化工本科畢業論文指導的思考

陳晉陽

摘要：本科畢業論文作為學業的重要組成部分，除了最終論文的撰寫外，對于化工專業實踐性強的理工學科，專業規范、學科思維、分析與解決問題的能力及創新精神是學位論文實踐過程中指導的重點。對于培養具有專業素質、能適應化工及相關專業工作、能夠解決工作中問題及具有創新思維的畢業生具有重要的意義。

關鍵詞：化工本科；畢業論文指導；專業規范；學科思維；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）44-0219-03

隨著大學教育的發展與普及，學科專業目標側重寬口徑、厚基礎、復合型人才的培養，以適應科技的飛速發展與知識快速更新。化工本科專業畢業生除了具備化學工程與工藝方面的專業知識外，要有基于專業的素質與思維能力，能夠在化工及其相關專業領域如煉油、冶金、能源、材料、輕工、醫藥、食品、環保等廠礦公司從事技術開發、工程設計、生產技術管理、產品營銷和科學研究等方面工作。

本科畢業論文是大學實踐教學的主要環節，首先是對教學質量全面綜合的檢查，評定與了解整個大學期間學生的學習結果和實踐能力[1]。其次畢業論文也是學生今后從事本專業工作與研究的基本訓練，是初步的學術研究活動[2]。畢業論文的學術實踐活動，對于培養學生的專業素質與思維、創新精神與能力都具有重要的意義。

長期以來，由于我國對于大學本科畢業論文的管理常常是過于強調論文的學位屬性，致使學生過多地關注最后階段的論文寫作[3]，忽視畢業論文應當具有的學業屬性，缺少論文完成過程中專業素養與實踐訓練，學生走上工作崗位后通常難以快速地適應工作需要，社會上出現很多負面評價。特別是化工類實踐性較強的理工學科，在論文的實驗研究過程中，需要導師就基本的專業規范性、學科思維、創新與解決問題能力進行指導與培養。

一、專業的規范性

化工產品的開發和生產中，從原料、中間體到成品，大都具有易燃、易爆、有毒、有害等危險性；化工工藝過程復雜多樣，高溫、高壓、深冷等不安全因素很多。由于化工行業危險因素多、事故易發的特點，錯誤與不當的操作，可能帶來嚴重的后果。在畢業論文過程中，有些學生是初生牛犢不怕虎，在從事毒性很強試劑的操作時，疏于防護，也有些學生對化學藥品過于恐懼，做實驗時畏手畏腳。因此，在畢業論文完成過程中，專業規范性的訓練對于本學科尤其重要。

就化工來說，安全是首要考慮的。首先讓學生養成對于所要接觸的化學試劑，一定要先查詢這些試劑性質的習慣，熟悉化工試劑使用中的危險性、防范措施、以及發生意外時的處置方法。其此詳細了解與認真學習所用的實驗設備的操作規程，嚴格按照操作規程進行實驗工作，養成規范操作的習慣，且不可圖方便隨意操作。

化學實驗過程中，原料的預處理、加料順序及加料方式、反應過程的監控以及實驗結束后廢化學試劑的處理等實驗的細節是指導的重點，一定使學生不能有絲毫的疏忽。例如對于反應中要求無水的原料，一定要嚴格進行除水的預處理，不然輕則導致實驗失敗，重則由于副反應等引發燃燒爆炸等危險性。實驗完的廢試劑，除了不可隨便直接丟棄或倒入下水道外，在倒入廢液桶時還要注意不能使酸性和堿性、氧化性和還原性廢試劑混裝，以免反應造成廢液桶燃燒或爆炸。反應后剩余的活潑廢料，如金屬鈉，需要用無水乙醇處理，以免發生燃燒爆炸；強毒性的汞也需要進行無害化的處理才能丟棄。

對于化工反應，需要確定優化的原料配比。實驗過程中，指導學生把握量的概念非常重要。此外，反應原料的加入順序與加入方式也都特別重要。對于非常迅速的反應，如果一次性的加入原料，可能發生試劑噴出傷人甚至爆炸。涉及到劇烈反應，讓學生根據實際需要，采取原料分多次加入或是慢慢滴加的方式。2016年9月發生在東華大學的生化實驗室爆炸事故，就是由于學生用濃硫酸與高錳酸鉀氧化石墨粉，在制備氧化石墨烯的過程中，一次性加入氧化劑的量過多，造成急劇反應所致。

總之，化工專業本科畢業論文的研究，相對來說由于是比較長時間的實踐過程，是培養學生專業規范性的重要途徑。

二、基于學科本質的思維能力

在現代科學技術發展過程中，任何一個最終形成的學科，必定有其學科的一些本質特點。因此，畢業論文指導過程中，讓學生了解本學科的特點是重點。化學變化的本質是分子的變化，其中的元素并未改變，從分子的角度來思考問題，是化學化工學科的基礎。

化學反應形成新物質，反應的進行宏觀上可以通過熱力學判斷。在微觀上從分子的角度思考，有利于形象化的理解。反應過程本質是原先分子的破壞，分子中的元素重新結合形成新分子。元素活性高，說明其原子或者有多的電子急需給予，或者缺少電子急于獲得。含氟的高分子材料非常穩定，由于氟原子的強結合力，新反應要將其與原來結合的原子分開非常困難。苯環由于電子多，容易給出電子與需要電子的原子結合。設計新化學反應，如近年來熱門的甲烷活化催化研究中，考慮與想象反應過程中原子的相互作用，為催化劑的開發提供思路。

對于反應后得到新物質，通常都是與其他物質混在一起的，需要分離。其中精餾與蒸餾是很重要的分離工藝過程，與氣液相平衡密切相關，例如有些組分形成正偏差體系，說明氣化時組分容易進入到氣相中。混合體系是否形成正偏差可以從分子作用的角度進行定性的判斷。例如乙醇與水體系，由于乙醇分子中含有疏水的乙基CH3CH2-，它與水分子在一起相對來說排斥作用比與相同分子大，混合體系必然趨向于有更大的距離，因此，容易變為氣相，形成正偏差體系。總的來說，分子大小、形狀及相互作用差別大的混合體系，分離相對容易。因此，從分子的組成與結構考慮，首先為分離工藝過程提供了定性的參考。

液相的表面張力是重要物理特性，主要由于表層分子受到內側分子的吸引引起。不同混合體系表面張力大小可以從分子角度進行定性判斷。例如水中加入無機鹽如NaCl，由于NaCl以鈉離子與氯離子分散水分子中，離子之間的相互作用比分子之間的作用強，因此，水中加入鹽必然導致表面張力增加。選擇添加劑來改變表面張力時，從分子角度來看給出定性依據。

材料是社會發展的物質基礎與先導，其組成與結構決定了性能。例如碳材料，雖然都是碳原子，但是不同結合所形成的不同分子，其性能完全不同。目前最硬的金剛石，由碳原子以四面體的形式結合。近年來熱門的石墨烯，碳原子在二維平面上通過六面體的形式結合，具有非常優良的導熱導電等性能，開創了21世紀的新材料紀元，將給世界帶來實質性的變化。從分子角度考慮材料的合成是化工的優勢。

三、創新與解決問題的能力

本科畢業論文不僅是論文的撰寫，也是一個重要的教學環節。在指導的過程中，分享學科發展史上經典案例及創新方法，有利于啟發學生的創新思維與解決問題的能力。

確定氣體的壓力與體積的關系。由于氣體體積的變化引起壓力很小，采用一般活塞圓筒式來測量，會存在固體與容器摩擦與密封之間的矛盾。因為如果密封很好，會使得摩擦力太大，而如果摩擦力太小的話，可能就密封不好，測定的結果有很大的誤差。玻義耳采用了一種新的密封方式，這是直到目前也在用的測定氣壓方法，即采用液態水銀進行密封。水銀是液體，其表面張力很大，一般的氣體不能滲透進去，能夠很好的密封氣體，而且由于是液體，與固體的摩擦力很小。玻義耳通過水銀密封這種創新的方法，獲得氣體壓力與體積的關系，為理想氣體狀態方程確定奠定了基礎。

合成氨的工業化。由于反應需要在高溫高壓下進行，需要耐高壓與高溫的反應器。要找到既能夠耐高溫又能夠耐高壓的材料很困難，工業化生產難以實現，因此很難制備出反應器。德國的博施設計了一個套管式反應器，反應器有兩層，內層反應器耐高溫，外層耐高壓。反應原料壓縮到高壓后先進入內外層之間，在此條件下保持比較低的溫度，然后進入內層加熱到高溫進行反應。在雙層反應器中，控制內外層壓力相當。對于內層反應器來說，由于內外壓力相當，不需要耐高壓；而外層反應器，由于溫度低，無需耐高溫。因此，反應器制備采用耐高壓材料作為外層，耐高溫材料作為內層即可，有很多材料可選，從而實現工業化。不囿于傳統，這是創新的重要前提。

焦耳的熱功當量的實驗，是科學史上重要的經典案例。其一設計巧妙的實驗方法。在量熱器里盛液體，中間安裝帶有葉片的轉軸，下降重物帶動葉片旋轉。由于葉片和液體的摩擦，液體變熱。由重物下落的高度算出轉化的機械功，而根據量熱器內液體升高的溫度，可計算液體內能的升高值，兩者比較即可求出熱功當量值。其二嚴謹與堅持的精神。為了得到準確的數值，焦耳嘗試了不同的液體，近20年時間進行了400多次的實驗，才得到比較理想的結果。讓學生知道，在解決問題的過程中，除了采用創新的方法外，耐心與嚴謹同樣重要。

化工最終是要生產出合適的產品，具體工藝過程對產品存在很大的影響。例如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）來配置液體洗滌液時候，一定要將AES溶解到水中，如果反過來，把水加入到AES中，可能形成凝膠，得不到需要的產品。因此，化工工藝的細節是畢業論文指導的重點。

在制備出所需要產品過程中，工業上典型解決問題的技巧值得與學生分享。玻璃由于原料中含有少量二價鐵離子而偏綠色，要得到白色玻璃，直接考慮當然就是直接去除鐵離子。然而如果直接分離除去鐵離子，由于含量很低，成本非常高。工業上通過加入適量二氧化錳，在玻璃熔化過程中氧化二價鐵離子為三價鐵離子，二氧化錳中錳則被還原為三價錳。三價鐵偏黃色，而三價錳偏紫色，兩者互補變為白色。生產中由除去某組分改變為加入適量其他組分，使產品達到使用性能為我們解決問題提供了新思路。

化工產品組分的含量對性能有重要的影響，對組成含量差別很大的工業原料，直接控制含量往往很困難。例如鋼材的性能與含碳量密切相關，在英國掀起工業革命的貝塞麥煉鋼法，采用將空氣灌入熔鐵，利用其中氧氣與鐵中碳反應生成二氧化碳，帶走部分的碳，得到合適鐵碳比的優質鋼。在最初工業化生產中，由于不同的鐵礦石原料含碳的差別很大，通過控制加入空氣的量來得到鐵碳比難度很大。后來，馬希特將工藝改為先加足夠的空氣，移除鐵中的所有碳，然后再摻回定量的碳，很容易得到合適鐵碳比的鋼材。

在化工本科畢業論文的指導中，通過進行化工發展史上經典創新案例及分析解決問題方法的交流，是培養學生創新與分析解決問題能力的重要途徑。

總之，化工專業本科畢業論文是本科學業的重要環節。在畢業論文課題研究的實踐過程中，指導學生把握本學科規范、了解學科的本質、借鑒學科發展史上經典創新與分析解決問題的方法，對于培養學生的專業素質、盡快適應化工及相關專業的工作、解決問題與創新思維等方面具有重要的意義。

參考文獻：

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[3]黨亭軍.中國近代大學本科畢業論文管理的特點及啟示[J].重慶高教研究，2015，3（1）：89-93.

Absrtact：As an important part of the course of study，the thesis，besides the writing of the final thesis，is very practical for the engineering，discipline and discipline thinking of chemical engineering major. The ability to analyze and solve problems and the spirit of innovation are the key points in the practical process of degree thesis. It is of great significance for graduates who can solve problems and have innovative thinking.

Key words：chemical undergraduate；thesis guidance；professional norms；subject thinking；innovation ability