林產化工專業《化工原理課程設計》的教學思考*

楊海艷，鄧 佳，楊 靜，史正軍

(西南林業大學化學工程學院，云南 昆明 650224)

現代化工專業人才需具備扎實的基本理論知識、良好的實踐能力和工程素質。化工原理是化學工程、生物工程、食品工程、制藥工程等化工類專業的一門主干課；其任務是研究各單元操作基本原理、典型設備及單元過程操作分析[1]。化工原理課程教學包括理論課、實驗課和課程設計教學三個環節，其中化工原理課程設計是綜合運用化工原理課程所學的知識去完成生產過程中一個具體單元操作過程的工程設計實踐課，培養學生創新精神和提高實踐能力[2]。該課程擔負著由理論到工程、由基礎到專業的橋梁作用，在培養高素質化工人才方面具有重要作用。

1 林產化工特色

林產化工(林產品化學加工)是指利用林業產品經過化學加工后，生產各種產品，特別是化工產品的化學工業。在化石資源枯竭的時代背景下，綜合高效開發利用可再生的植物資源受到世界各國政府和學者的重視，因此林產化工行業具有廣闊的發展前景。植物通過光合作用將二氧化碳轉化為纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質、色素等有機化合物貯存于植物細胞中，為植物的生長提供能量、剛性和抵抗外侵蝕的能力。根據不同類型植物資源中含有的組份結構與性質的差異，通過精深加工可生產紙張、松香、松節油、天然色素、香精等高附加值產品。隨著生物煉制概念的提出，植物資源還可替代化石原料生產燃料、生物基化學品和生物質基材料。從生產規模看，大多數的林產化工企業屬小型的工業模式，且具有一定的季節性。為實現經濟效益，林產化工企業的生產技術和設備需滿足同類系列產品的生產需求。例如，天然色素生產企業的原料隨季節變化，不同時節適宜采集的植物種類不同，其中含有的色素結構、色素類型不同，因此天然色素產品及產品的物理化學性質也隨之變化。因此，企業在選擇生產工藝和設備時需綜合考慮當地不同季節適合生產的原料類型及其含有的色素類型。因此，在進行相應的單元操作設計時除化工原理基本理論知識的應用還需結合林產化工專業基本理論綜合考慮不同原料和產品類型的特點，保證學生訓練與實際工業的銜接。林產化工學科主要培養從事植物資源化學與加工和生物質化學品技術開發研究與應用、技術服務、管理等方面工作的高級工程技術人才[3]。從業人員在掌握植物資源的組成及其化學結構的基礎上，還應能夠綜合應用化學、物理等基本理論實現植物資源的有效轉化與利用。

2 化工原理課程設計教學改革的探索

化工原理是綜合運用數學、物理、化學等基礎知識分析和解決化工過程中各單元操作問題的工程學科。其中，課程設計的目的是使學生依據化工原理的經濟性、實用性、安全可靠性及先進性原則，綜合利用化工制圖、機械制圖、化工儀表及自動化與控制等理論知識，進行一次與生產實際緊密相連的某一化工單元操作的實踐性設計[4]。通過課程設計可培養學生綜合運用理論知識的能力，樹立正確設計思想，解決常規設計中的一些實際問題。在課程設計過程中還可提高學生文獻查閱、資料整理及解決實際生產問題等方面的能力。但目前化工原理課程設計教學中還存在學生基礎不一致、化工原理理論教學效果弱化、課程設計題目單一、課程設計時間短促、課程設計考核體系不科學等問題[5]。在化工原理課程設計中，學生首次體驗工程問題的復雜性，經驗不足，因此需對傳統的教學模式進行調整，提升教學效率[6]。

2.1 加強理論教學，合理設計題目

林產化工專業中化工原理的理論學時有限，教學過程中需重點講授流體流動、傳熱、吸收、精餾和干燥章節的理論內容和相關設備。在理論學習的過程中需夯實基礎、深入理解三大守恒定律、加強工程計算能力。在學習的過程中，還需加強練習，增強對基本理論知識的理解，做到靈活運用理論知識解決生產型問題。此外，在學習過程中學生還需收集整理相關資料，了解化工生產過程中重要物質的相關物理化學性質參數、了解生產設備的工作原理、了解化工單元操作設計過程。

在理論教學的基礎上設計題目的選擇是課程設計的關鍵環節，在選題時要結合實際生產綜合考慮基礎性、代表性、難度和工作量，并結合專業特色進行選題使課程設計題目多樣化[7]。在林產化工專業中，可結合松脂深加工、香精、天然色素等特色產業中涉及的精餾、傳熱、吸附等單元操作擬定設計題目。在課程設計過程中可采用團隊協作的方式進行，選定生產工藝流程后再根據學生實際情況進行分組，分別完成生產流程中中不同單元操作，同組同學分別承擔進料組成、進料狀態、進料量或生產任務不同的設計內容。

2.2 提高感性認知能力

感性認知可使學生形成完整的知識體系，有助于課程設計的順利進行。首先，結合林產化工專業特色課程可了解各類林化企業生成過程中所涉及的工藝流程和相關設備。專業課程開設的實驗課程可使學生了解在實際生產中所需的工藝步驟及相應設備，初步了解林產化工企業的生產場景。

其次，通過化工原理實驗使學生初步了解在工程規模條件下物料的物理或化學狀態的變化。單個化工原理實驗相當于一個單元操作，不同類型的單元操作即可構成實際化工生產過程。因此，通過化工原理實驗，學生可大量地發現工程實際問題，了解工藝過程與數學模型之間的關系，學會運用基本理論解決實際問題。此外，化工原理實驗中遇到的問題更多地需要分工合作來解決，化工原理實驗的開展有利于培養學生的團隊協作精神[8]。

再者，隨著計算機科學的發展，虛擬仿真技術應用到化工原理教學中可實現人機交互、資源共享、校企銜接。通過虛擬仿真技術動態模擬化工單元操作中的設備及其運行狀態可提升學生對設備及生產工藝的認知能力、增加實驗操作的趣味性。此外，在模擬的生產場景中，學生可認知生產過程，還可模擬實際生產過程中的化工事故，培養學生對應急事件的處理能力，增強學生的安全生產意識。

2.3 加強校企合作

化工原理是一門實踐性很強的學科，理論基礎、感性認知均需通過實踐才能轉化為生產力，校企合作是有效的人才培養模式。人才培養過程中企業的參與能為學生提供充足的實踐和深入了解實際生產的機會。學生可通過企業生產過程的觀摩教學、實訓基地培訓、體驗實習等環節積累生產經驗更好地服務于企業。通過企業實訓可幫助學生系統地整理運用各項知識，建立全局思維，提高分析和解決問題的能力。根據企業實習情況結合企業實際生產工段可為學生設計選題提供參考，將設計結果與企業實際生產工段的比較也可為考核提供參考[9]。此外，在企業中學習的過程及相關生產工段的課程設計既可加深學生對專業的認知，提高學生的學習興趣，有利于培養學生的工程素質，也可幫助學生做好職業規化。

2.4 課程設計規范化及考核方式改進

化工原理課程設計中，設計過程具有重要的意義。學生從學習態度到學習能力等多方面都會得到相應的提高。教師應鼓勵學生自主學習，創造性地解決問題。設計完成時以設計說明和圖紙的形式呈現設計人員的思維。因此，設計說明的撰寫和圖紙的繪制也需對學生加強訓練，增強學生的工程素養，培養學生閱讀和繪制設計說明和圖紙的能力，并將設計說明和圖紙的規范作為一項標準進行考核，避免撰寫格式混亂的問題。

在考核環節中，還可借助個人答辯或小組答辯的方式。答辯過程中，需每個組員對自己完成的工作做出說明并總結課程設計過程的經驗與不足。結合小組成績和個人實際表現，給每一位同學評定成績。此外，答辯過程中是文字及數據到語言的轉化過程，可進一步加強學生對設計過程的理解，同時也鍛煉了學生的交流能力。

3 結 語

隨著國家對可再生資源的重視，林產工業將迎來新的機遇，專業人才需求量將與日俱增，培養適應時代需求、實踐能力強、能夠服務產業、服務地方經濟的應用型人才至關重要。因此，化工原理課程設計在教學過程中需不斷改進教學方法、豐富設計內容、加強實踐環節，提升學生綜合素質和工程觀念。