化工設(shè)計競賽對地方應(yīng)用型高校化工專業(yè)教學(xué)改革的促進作用

吳 菊，楊 梅，金俊成，王小艷，常文貴，謝成根，陳乃富

(皖西學(xué)院 材料與化工學(xué)院，安徽 六安 237012)

皖西學(xué)院定位于建成一所面向基層、服務(wù)一線，具有較強競爭力的地方性、開放式的應(yīng)用型本科高校。我校在定位基礎(chǔ)上提出“通識教育、寬口徑、因材施教、分類培養(yǎng)”的人才培養(yǎng)模式。其內(nèi)涵就是要夯實基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)，重視實踐，培養(yǎng)能力；激發(fā)創(chuàng)新，彰顯個性，重視綜合，提升素質(zhì)，改進教學(xué)，打造務(wù)實創(chuàng)業(yè)的高素養(yǎng)人才。同時化學(xué)工業(yè)是一個挑戰(zhàn)性強、創(chuàng)新性強的重要行業(yè)。資本密集、技術(shù)密集、人才密集是化學(xué)工業(yè)的特點。當前，新時代下的化學(xué)行業(yè)正向“綠色化工”方向發(fā)展，與相關(guān)產(chǎn)業(yè)間的交融寬度和深度更強、各行業(yè)知識之間協(xié)同性更強，為了適應(yīng)新時代的發(fā)展要求，需要厚植基礎(chǔ)、拓寬口徑，適應(yīng)該專業(yè)工程教學(xué)的要求。

目前為止，化工設(shè)計競賽是國內(nèi)化工專業(yè)最高級別的賽事，是面向國內(nèi)各大高校化工專業(yè)的學(xué)生最為規(guī)范性的比賽[1-3]。全國化工設(shè)計大賽題目內(nèi)容廣，經(jīng)常涉及化工界的研究熱點，工作量大。在參加該賽事過程中學(xué)生可以對化工專業(yè)的知識進行系統(tǒng)綜合的梳理。該競賽能全方位激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新思維，能提升學(xué)生的工程技能。如2014年以“為某一大型綜合化工企業(yè)設(shè)計一座采用清潔生產(chǎn)工藝制取對二甲苯(PX)的分廠”為題目，拿到該題目后學(xué)生首先需要做對二甲苯市場調(diào)研，對國際和國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀進行調(diào)研，對對二甲苯(PX)項目進行可行性論證，包括設(shè)計原則、技術(shù)論證、廠址選擇、原材料運輸、社會及經(jīng)濟效益分析等。在設(shè)計過程中學(xué)生需要綜合運用各門基礎(chǔ)課程如化學(xué)反應(yīng)工程、化工原理、化工設(shè)計、化工過程分析與綜合和化工熱力學(xué)等的知識。同時還需要學(xué)生掌握比賽所要使用的相關(guān)軟件如化工計算軟件Aspen Plus、Proll、Hysys，化工設(shè)備校核軟件如Cup-tower、KG-tower和SW6以及圖形繪制軟件CADWorx、AutoCAD、3DMATX和Sketchup等。該比賽能凝聚大學(xué)生的團隊協(xié)作精神，強化工程設(shè)計能力、鍛煉實踐能力，著力打造“卓越工程師”隊伍，圓滿完成教育培養(yǎng)計劃。

1 化工設(shè)計競賽對化工專業(yè)培養(yǎng)方案修訂的促進作用

全國化工設(shè)計競賽題目以當年國內(nèi)熱點化工項目為設(shè)計任務(wù)，涵蓋面特別廣，綜合性很強[4，5]。學(xué)生在設(shè)計過程中需綜合運用化工、自動化、機械、經(jīng)濟管理等多門學(xué)科的知識。這就使得參賽學(xué)生既要有化工專業(yè)知識，又要對相關(guān)的專業(yè)如自動化、機械等有所涉獵[4]；同時又能夠靈活運用扎實的化工基礎(chǔ)知識。皖西學(xué)院材料與化工學(xué)院結(jié)合六安市化工企業(yè)以化工肥料、新型精細化工、新型環(huán)保墻體材料等為主的特點，秉承我校“厚德尚能 博學(xué)創(chuàng)新”的校訓(xùn)，注重培養(yǎng)面向基層，服務(wù)一線，地方用得上、留得住，具有創(chuàng)新精神和實踐能力的應(yīng)用型人才，材化學(xué)院在加強基礎(chǔ)知識教育的同時，依托全國化工設(shè)計競賽，征求六安市化工企業(yè)的實際需要后，制定側(cè)重精細化工類相關(guān)課程的開設(shè)。課程分為三類：1)含有大學(xué)語文、專業(yè)導(dǎo)論、職業(yè)生涯與規(guī)劃、大學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)、心理健康教育、形勢與政策等課程在內(nèi)的通識類課程。2)含有大學(xué)英語，高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、文獻檢索、物理化學(xué)、無機及分析化學(xué)、有機化學(xué)、電子電工學(xué)基礎(chǔ)、儀器分析、工程制圖等課程在內(nèi)的大類課程。3)專業(yè)類課程，包括專業(yè)核心課程如化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、化工熱力學(xué)、化學(xué)工藝學(xué)、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)、化工熱力學(xué)、分離工程與技術(shù)、化工過程分析與綜合、化工設(shè)計、化工儀表及自動化等；實踐課程包括化工專業(yè)綜合實驗、專業(yè)創(chuàng)新實驗、化工設(shè)計課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)知識進行動手操作類課程。本培養(yǎng)方案修訂的基本目標就是立足于基礎(chǔ)專業(yè)知識教育，服務(wù)于一線和當?shù)仄髽I(yè)。在實踐類課程及方向選修課程中融入對當?shù)仄髽I(yè)現(xiàn)狀的調(diào)查、調(diào)整和工藝創(chuàng)新設(shè)計，形成以專業(yè)為基礎(chǔ)、以應(yīng)用為目標的培養(yǎng)方案；同時根據(jù)化工設(shè)計競賽的實戰(zhàn)性要求，開設(shè)緊密聯(lián)系六安市化工產(chǎn)業(yè)相關(guān)的方向選修課程，實現(xiàn)基礎(chǔ)知識的系統(tǒng)應(yīng)用。化工設(shè)計競賽對地方向應(yīng)用型高校化工專業(yè)培養(yǎng)方案修訂具有促進作用，使得培養(yǎng)方案能與地方產(chǎn)業(yè)結(jié)合，靈活開設(shè)服務(wù)地方經(jīng)濟類課程。

2 促進課程體系的論證和完善

皖西學(xué)院老師在最近幾年帶領(lǐng)學(xué)生參賽過程中，發(fā)現(xiàn)全國化工設(shè)計競賽要求學(xué)生擁有強烈社會責(zé)任感，基礎(chǔ)扎實、知識面寬、能力強、素質(zhì)高，具備“四個自信”和科學(xué)素養(yǎng)。參賽可以促使學(xué)生全面掌握現(xiàn)代化工基礎(chǔ)知識和理論以及專業(yè)技能。參賽可以使學(xué)生擁有從事化工及相關(guān)行業(yè)生產(chǎn)和管理、產(chǎn)品和過程研究開發(fā)、工程設(shè)計等方面的應(yīng)用型工程技術(shù)能力。因此，全國化工設(shè)計競賽促進了對化工專業(yè)的課程體系的論證。在參考兄弟院校化工專業(yè)核心課程及實踐課程體系后，結(jié)合皖西學(xué)院立足六安地方的特色以及幾年來化工設(shè)計大賽的經(jīng)驗，將化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)、分離工程與技術(shù)、化工系統(tǒng)工程、化工設(shè)計、化工儀表及自動化七門課程設(shè)置為皖西學(xué)院化工專業(yè)的專業(yè)核心課程。化學(xué)工程與工藝專業(yè)實踐課程體系分為三個模塊通識教育實踐教學(xué)模塊(基礎(chǔ)化學(xué)實驗(Ⅰ)，基礎(chǔ)化學(xué)實驗(Ⅱ)，基礎(chǔ)化學(xué)實驗(Ⅲ)、金工實習(xí)等)、大類實踐教學(xué)模塊(專業(yè)基礎(chǔ)實驗(Ⅰ)，專業(yè)基礎(chǔ)實驗(Ⅱ)，專業(yè)基礎(chǔ)實驗(Ⅲ)、化工原理課程設(shè)計等)、專業(yè)實踐教學(xué)模塊(專業(yè)綜合實驗(Ⅰ)、專業(yè)綜合實驗(Ⅱ)、專業(yè)創(chuàng)新實驗、化工設(shè)計課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、頂崗實習(xí)等)。

3 促進教學(xué)過程中更新知識體系，關(guān)注技術(shù)發(fā)展和學(xué)科交叉

全國化工設(shè)計競賽涉及的知識面新和廣，而我們所用的教材多是幾年前編著的，知識的更新相對延后[4，6]，教學(xué)內(nèi)容的更換滯后于化工實踐的變化，已滿足不了化工設(shè)計競賽對培養(yǎng)新時代專業(yè)技術(shù)人才的要求[7]。參賽指導(dǎo)教師在理論教學(xué)過程中，一方面要掌握國內(nèi)外相關(guān)專業(yè)的最先進的設(shè)備、最前沿技術(shù)和最新的工藝流程；另一方面，要密切聯(lián)系指導(dǎo)老師自己的科研工作，把最新的技術(shù)和成果、新標準、新政策、新規(guī)范及時充實到教學(xué)中[7]。而且全國化工設(shè)計大賽設(shè)計過程中涉及清潔生產(chǎn)工藝、反應(yīng)分離技術(shù)創(chuàng)新、新型設(shè)備、過程節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新和自動化控制創(chuàng)新等多個方面知識，這些對參賽學(xué)生和帶隊老師是極具挑戰(zhàn)的。例如當在講解化工原理課程中精餾塔時，將2014年化工設(shè)計大賽設(shè)計過程中涉及甲苯以及三種二甲苯利用精餾方法將甲苯從二甲苯混合物中精餾出來，回收循環(huán)利用作為實際案例來講解，讓學(xué)生利用Aspen Plus進行精餾模擬，指導(dǎo)學(xué)生選擇簡捷精餾的方法進行，即DSTWU中的ICON1模塊來進行過程模擬。學(xué)生模擬結(jié)果如圖1和表1所示。這就需要指導(dǎo)老師具有關(guān)注新技術(shù)發(fā)展和學(xué)科交叉內(nèi)容。

圖1 精餾塔流程模塊

4 促進校企合作

大學(xué)生化工設(shè)計競賽過程中涉及工藝工程中反應(yīng)塔、精餾塔、分離塔和換熱器等，而最初學(xué)生沒有進入企業(yè)時，對這些設(shè)備外觀、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造是陌生的，參賽時設(shè)計也只能紙上談兵。通過比賽后發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備可以在化工原理和化工設(shè)備機械基礎(chǔ)等課程中帶領(lǐng)學(xué)生到企業(yè)，面對真實的生產(chǎn)線講解，這樣的教學(xué)方法一方面使學(xué)生能夠更好地掌握相關(guān)知識。另一方面也提高教師的教學(xué)水平，使教師向“雙師型教師”發(fā)展。同時在參賽設(shè)計過程中找企業(yè)工程師和教師一起指導(dǎo)學(xué)生，促進企業(yè)和學(xué)院的交流，為進一步的合作打下基礎(chǔ)。

表1 甲苯精餾塔物料衡算Aspen Plus模擬表

大學(xué)生化工設(shè)計競賽促進了化工專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂，促進了化工專業(yè)課程體系的論證及完善，促進了教學(xué)過程中教師對知識體的更新，使得專業(yè)教師更多關(guān)注新興技術(shù)發(fā)展和學(xué)科交叉。今后，學(xué)院將繼續(xù)堅持為學(xué)生提供更多的實踐平臺，舉行校內(nèi)化工設(shè)計大賽初賽，進一步增加參加化工設(shè)計大賽的學(xué)生人數(shù)，以期提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。