淺析化工設計競賽對化工專業學生培養的促進作用*

鄭輝東，趙素英，吳　丹，嚴佐毅

(福州大學石油化工學院，福建　福州　350108)

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淺析化工設計競賽對化工專業學生培養的促進作用*

鄭輝東，趙素英，吳丹，嚴佐毅

(福州大學石油化工學院，福建福州350108)

根據福州大學化學工程與工藝教學團隊指導學生參加全國大學生化工設計競賽所取得的經驗，分別從基礎理論知識的學習與運用、現代設計方法的應用、綜合素質與創新意識、團隊協作精神、與其他高校的交流五個方面，總結了化工設計競賽對化工專業學生培養的促進作用。實踐表明，此項專業競賽不僅為化工專業的學生提供了一個展示才華的平臺，而且能夠從多方面促進學生的培養與教學改革。

化工設計競賽；學生培養；化學工程與工藝專業

全國大學生化工設計競賽是由中國化工學會、中國化工教育協會和教育部高等學校化工類專業教學指導委員會，在贊助公司冠名贊助下舉辦的一項針對化工類本科學生的學科競賽活動。此項賽事舉辦的目的是為了多方面培養大學生的創新思維和工程技能，培養團隊協作精神，增強大學生的工程設計與實踐能力，實踐“卓越工程師教育培養計劃”[1]。自2007年開賽以來，已連續舉辦了九屆，成為目前國內規模最大、影響最廣的大學生化工專業頂級賽事[2]。

福州大學石油化工學院(原化學化工學院)自2009年組隊參賽以來，已經參加了多屆比賽。表1列舉了近四年我校化學工程與工藝專業學生團隊參賽及獲獎情況。

表1　福州大學近四年參賽及獲獎情況

從多年指導學生參賽的經歷及化工設計課程的教學經驗中，我們體會到，化工設計競賽對化工類專業學生培養的促進作用是多方面的，是對學生綜合素質與專業技能的一次全方面檢驗，可以在短時間內對其所學的化工相關基礎理論與知識進行梳理，并對化工設計的整個過程有一定的宏觀把握。本文將從基礎理論知識的學習與運用、現代設計方法的應用、綜合素質與創新意識、團隊協作精神、與其他高校的交流五個方面，淺析化工設計競賽對學生培養的促進作用。

1　強化化工基礎理論知識的學習與綜合運用

對一個化工過程進行完整設計，不僅需要化工設計的專業知識與方法，而且需要綜合運用幾乎所有化工相關課程的知識，包括化工原理、反應工程、化工熱力學、化工制圖、化學工藝學等，參加化工設計競賽可以強化學生對這些化工基礎理論知識的學習及其綜合運用的能力[3]。每年競賽題目公布時間在三月初，七月末提交作品，完成設計基本是在每個學年的第二學期。參加競賽的學生多為大三年級的學生，大部分已完成化工原理、化工制圖和反應工程等課程的學習，而在完成作品的過程中正在學習化工設計、化學工藝學等課程，可謂一邊學習一邊參賽，因此，這就對參賽的學生和指導教師提出了更高的要求。如何將學生已經學過的化工基礎理論知識和正在學習的課程，與化工設計競賽所規定的一個實際項目結合起來，達到綜合運用的目的，實現理論與實踐的統一，這一直以來是人才培養的目標。以2015年乙二醇清潔生產工藝設計題目為例，學生在化學工藝學氧化反應單元工藝中系統學習了乙烯環氧化制環氧乙烷的工藝(其是石油路線制乙二醇的核心反應過程之一)[4]，但學生還需查閱大量其它關于乙二醇合成路線，工藝流程和參數等多方面的資料，特別是在產品方案和分離方案中，需要綜合運用化工原理、反應工程、化工熱力學等方面的知識，從而確定最終采用的工藝流程。此過程不但強化了學生對化工理論知識的理解與掌握，更能將現實問題與理論知識進行很好的銜接，從而激發學生的學習興趣。

2　加強現代設計方法的應用

隨著科學技術的飛速發展和計算機技術的廣泛應用，在化工設計中現代設計方法的運用顯得越來越重要，其中包括計算機輔助設計[5]、最優化設計[6]、有限元分析等方法。而現有的化工設計課程和教材的內容大多相對滯后，導致學生對此方面內容掌握的不夠扎實。因此，結合福州大學“卓越工程師教育培養計劃”的要求，福州大學化學工程與工藝專業教師團隊在課程上進行了教學方法的改革，在化工原理課程設計中增加了最優化設計方法的學習與應用，并單獨開設了一門化工過程軟件課程，重點對常用的化工軟件進行系統的學習與實踐應用。上述改革不但使學生對現代化工設計方法的有了一定的了解，而且多個化工軟件的學習還能調動學生的學習興趣與積極性，有助于對理論知識的更好理解。現代設計方法的應用在化工設計競賽中占有比較多的分值(約占總分的25%)，具體包括應用計算機過程模擬方法進行工藝流程設計，應用Pinch分析方法進行過程能量集成，應用計算機輔助設計軟件進行過程設備的計算設計，應用計算機輔助設計軟件繪制設計圖紙，以及應用三維建模方法進行設備布置或工廠外觀的設計等。常用的化工過程與設計軟件列于表2。

表2　常用的化工過程與設計軟件

3　提升綜合素質與創新意識

現代化工需要的是復合型人才，不僅要具備將理論與原理運用在實際情況中的工程應用能力，而且要有多方面的綜合素質及創新能力[7]。提升綜合素質與創新意識在化工人才的培養中占有重要的地位，但在平時的教學與實踐環節學生受到的鍛煉較少。化工設計是一個綜合性創造過程，學生的綜合素質可以得到較多的鍛煉，而化工設計競賽在提高學生的綜合素質方面具有針對性，是對學生綜合能力的全方位檢視。如在設計作品準備過程中，鍛煉了學生從查找文獻、確定工藝路線、物料衡算，到流程模擬、圖紙繪制，再到說明書編寫、準備答辯，多個設計環節不僅增加了學生的化工專業知識的運用能力，而且鍛煉了學生的自學能力，書面表達能力，語言組織能力等多方面的能力素質，對學生的綜合素質的提升具有較好的促進作用。創新是化工設計的靈魂，通過舊工藝的改進與新工藝的引進，從根本上減少三廢污染的排放，提高生產產品的質量，降低成本的消耗是化工企業的發展方向。化工設計競賽通常以某個具體化工項目設計為題目，具有較大的靈活性，強調學生在作品中要采用新方法或新技術，且這種創新性要求在競賽中占有較多的分值。設計過程中的創新是眾多參賽團隊所關注的，也是得分的關鍵點。運用新型的反應器，創新的分離方法，節能的換熱形式，清潔的生產流程均可以提升參賽作品的競爭力。化工設計競賽對培養學生的創新意識，提升其對化工新技術、新方面的敏銳捕捉能力具有很好的促進作用。

4　增強團隊協作精神

化工設計過程的涵蓋面廣泛，不單需要化工的專業知識，且要有自動化、機械、經濟管理等多學科的知識，設計過程的工作量巨大，因此需要團隊成員共同努力，協作完成[8]。這種團隊協作精神在學校的教學活動中很少能夠涉及，是目前多數中國學生所欠缺的。而通過化工設計競賽的鍛煉，能很好地增強學生的團隊協作精神。競賽作品提交的時間規定和競賽任務的龐雜，要求參賽團隊分工明確有序，成員間要有良好的溝通與協作，這樣才能夠快、穩、準的完成設計任務。而且在答辯展示環節，要求全體隊員對設計作品進行展示呈現，此過程既體現了團隊完成作品的總體質量，又表現了成員在整個團隊中所做的貢獻。只有良好的團隊協作才能高效的完成設計作品。

5　增進與其他高校的交流

全國大學生化工設計競賽已成為目前參與最廣的化工專業的學科競賽。2015年，僅福建省就有7所學校，18支隊伍參賽。化工設計競賽為化工類專業學生提供了一個展示自我與交流的平臺，參賽的學生都深感，最后拿到獎杯、獎狀不是最重要的，重要的是能夠給每個學校、每位學生一個展示自我的機會，可以通過此項競賽了解自身的不足之處，通過專家對自己作品的點評，學到更多的知識。此外，隨著目前互聯網的發展，各高校的學生在網上關于化工設計競賽的交流也十分活躍，如“馬后炮化工論壇”、“小木蟲論壇”、“海川化工論壇”上便活躍著各高校的學生。交流對比賽的看法和比賽心得，分享參賽經驗，討論軟件的應用等。另外，社交軟件(如QQ群)中也建立了不少競賽相關討論群，提供了更加廣闊的交流平臺。

6　結　論

全國大學生化工設計競賽對化工專業學生培養的促進作用是多方面的。競賽為學生展示才華提供了一個很好的平臺，同時也對化工專業的任課教師和教學提出了新的要求，推動了化工課程的教學改革。

[1]全國大學生化工設計競賽官網[EB/OL]. http://iche.zju.edu.cn/.

[2]第八屆全國大學生化工設計競賽全國總決賽總結[EB/OL].http://www.ciesc.cn/_d276676037.htm.

[3]付雪,朱蠡慶,王孝科.淺談“化工設計大賽”促進化工人才綜合能力培養[J]. 重慶科技學院學報(社會科學版)，2013(11):193-195.

[4]黃仲九,房鼎業. 化學工藝學[M]. 北京:化學工業出版社，2001:97-113.

[5]何光洪,邱方利,林克洪. 計算機輔助軟件在化工設計課程教學中的應用[J]. 化工高等教育，2012(6):78-80.

[6]阮奇,葉長燊,黃詩煌. “化工原理課程優化設計”的教學研究與實踐[J]. 化工高等教育，2001(4):9-12.

[7]2013年度中國工程教育質量報告[R]. 教育部高等教育教學評估中心,2014.

[8]晉梅,王晉黃,李忠銘. 化工設計競賽對化工專業教學的啟示[J]. 江漢大學學報(自然科學版)，2013，41(3):102-104.

Promoting Effects of CEDC on the Cultivation for the Students of Chemical Engineering*

ZHENGHui-dong,ZHAOSu-ying,WUDan,YANZuo-yi

(School of Chemical Engineering, Fuzhou University, Fujian Fuzhou 350108, China)

According to the experience of guiding the student to attend the Chemical Engineering Design Competition (CEDC), provided by the teachers from Fuzhou University, five promoting effects of CEDC on the cultivation for the students of chemical engineering were summarized. It indicated that this professional competition not only provided a platform for the students to show their talents, but also can promote the cultivation of the students, as well as the teaching reform in several aspects.

Chemical Engineering Design Competition; students cultivation; major of Chemical Engineering and Technology

福州大學閩臺高等工程教育研究教改項目(2013年);福州大學第八批本科高等教育教學改革工程項目(編號521044)。

鄭輝東(1979-)，男，福州大學石油化工學院副教授，從事化工設計課程的教學和化工工藝的開發。

G642.0

A

1001-9677(2016)08-0194-03