基于工程能力培養(yǎng)的化工專業(yè)設(shè)計(jì)類課程改革實(shí)踐*

王小艷，常文貴，徐光年

(皖西學(xué)院，安徽 六安 237012)

工程實(shí)踐能力是對(duì)應(yīng)用型化工專業(yè)人才的基本要求，表現(xiàn)為既有扎實(shí)的學(xué)科理論基礎(chǔ)，又具備與生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系的工程意識(shí)和創(chuàng)新思維。其中化工設(shè)計(jì)類實(shí)踐課程是實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)目標(biāo)的重要的課程體系[1]。在教育部新修訂的化工類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中將化工設(shè)計(jì)列為四種基本的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)其中之一。指出“化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程是培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)多門相互聯(lián)系的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)的綜合和實(shí)踐應(yīng)用，該環(huán)節(jié)可培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和協(xié)作精神，提高其綜合應(yīng)用各方面的知識(shí)和技能解決復(fù)雜工程問題的能力”。

與傳統(tǒng)的工科院校和綜合性大學(xué)相比，地方院校化工專業(yè)辦學(xué)時(shí)間相對(duì)較短，專業(yè)定位、專業(yè)特色有待于進(jìn)一步彰顯，課程設(shè)置過程中往往存在大而全或者因人設(shè)置、因條件設(shè)置等情況，這對(duì)專業(yè)特色化發(fā)展、個(gè)性化發(fā)展是極其不利的。化工設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程主要包括化工原理課程設(shè)計(jì)、化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)、化工系統(tǒng)工程課程設(shè)計(jì)、化工CAD課程實(shí)踐等多個(gè)實(shí)踐課程的一個(gè)綜合性課程群組。傳統(tǒng)的化工課程設(shè)計(jì)類課程按照以上的模式開設(shè)獨(dú)立的理論和課程設(shè)計(jì)相關(guān)課程。各學(xué)校學(xué)院依據(jù)自身的優(yōu)勢(shì)在課程設(shè)計(jì)的出題方面有所側(cè)重。在化學(xué)工業(yè)中，化工設(shè)計(jì)都是工程建設(shè)的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)過程是將研究開發(fā)的技術(shù)及過程開發(fā)的成果轉(zhuǎn)以工程數(shù)據(jù)、圖紙、文件等等形式呈現(xiàn)，要求設(shè)計(jì)者具有一定的化工設(shè)計(jì)基本知識(shí)和技能和一定的工程實(shí)踐基礎(chǔ)。化工設(shè)計(jì)類課程正是為了培養(yǎng)化工專業(yè)的學(xué)生能綜合運(yùn)用多門理論課程中的的基本理論和基本方法，聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，提升專業(yè)綜合能力和實(shí)踐應(yīng)用能力[2]。近年來，我國(guó)化工行業(yè)的發(fā)展令人矚目，新能源、新材料能分支也蓬勃發(fā)展，行業(yè)需求也日益增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)一流的化工設(shè)計(jì)院所，通過引進(jìn)項(xiàng)目、消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)和設(shè)計(jì)水平已接近國(guó)際先進(jìn)水平，在與高校的聯(lián)系合作中也間接推進(jìn)了高校化工設(shè)計(jì)課程建設(shè)、完善和發(fā)展[3]。

現(xiàn)有的化工設(shè)計(jì)類課程體系在培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和應(yīng)用能力方面存在著斷層、重復(fù)交叉、資源未有效充分利用等方面的問題。重新整合化工設(shè)計(jì)類課程，將化工設(shè)計(jì)類課程進(jìn)行綜合改革是化工教改非常重要也必要的一個(gè)方面。綜合后的化工設(shè)計(jì)課程立足于化工學(xué)科的工程技能訓(xùn)練，有效整合《化學(xué)工藝學(xué)》、《化工原理》、《化工設(shè)備基礎(chǔ)》、《化工過程分析與綜合》和《化工CAD》等課程的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過合理的設(shè)置化工項(xiàng)目的要求學(xué)生分組，以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握化工專業(yè)的設(shè)計(jì)方法、熟練掌握模擬軟件、作圖工具等。學(xué)生在實(shí)踐過程，學(xué)習(xí)現(xiàn)代(化工專業(yè))設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)工具的使用方法，了解計(jì)算機(jī)輔助化學(xué)工程設(shè)計(jì)的基本步驟，初步掌握使用Aspen Engineering Suit軟件進(jìn)行化工過程、換熱設(shè)備和塔設(shè)備設(shè)計(jì)，使用Intergraph Smart Plant 3D軟件進(jìn)行化工裝置三維建模設(shè)計(jì)，使用AutoCAD繪制化工流程圖、塔設(shè)備圖、車間布置圖、工廠總平面圖的方法和技能，使用Aspen Process Economic Analyzer軟件進(jìn)行成本估算，了解化工設(shè)計(jì)工作程序、工作內(nèi)容、設(shè)計(jì)文檔編制方法，從單元操作模擬、設(shè)備選型到完整流程模擬，再到化工廠設(shè)計(jì)全過程[4]。課程的實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用化工熱力學(xué)、化工原理、化學(xué)工藝學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工機(jī)械設(shè)備、化工儀表與自控等化工專業(yè)基礎(chǔ)理論解決具體工程問題的能力，符合培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需求。

以皖西學(xué)院為例，自2011級(jí)開設(shè)化工原理課程設(shè)計(jì)、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)、化工CAD課程實(shí)踐，2014級(jí)開設(shè)化工系統(tǒng)工程課程設(shè)計(jì)、2015級(jí)開設(shè)化工設(shè)計(jì)課程實(shí)踐以來，調(diào)研發(fā)現(xiàn)：

(1)部分課程設(shè)計(jì)與理論課同步開設(shè)，學(xué)生在未完整的系統(tǒng)的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)要求的情況下完成的設(shè)計(jì)內(nèi)容不規(guī)范，設(shè)計(jì)內(nèi)容單一。

(2)多門設(shè)計(jì)課程內(nèi)容雖然各有側(cè)重，但有重復(fù)的現(xiàn)象。

(3)各門設(shè)計(jì)實(shí)踐課程獨(dú)立開設(shè)，學(xué)生沒有對(duì)完整的項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐的經(jīng)歷，不利于工程能力的培養(yǎng)。

鑒于當(dāng)前化工課程設(shè)計(jì)類課程開設(shè)的現(xiàn)狀，從以下方面進(jìn)行改革實(shí)踐和探索，形成可輻射性經(jīng)驗(yàn)。

1 化工設(shè)計(jì)類實(shí)踐課程之間的融合

化工課程設(shè)計(jì)類的課程的課程體系大多是按設(shè)計(jì)知識(shí)單元?jiǎng)澐郑w單元操作、設(shè)備設(shè)計(jì)、CAD制圖、換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、流程設(shè)計(jì)等。學(xué)生依托理論課中的知識(shí)針對(duì)單元操作及其設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的物料衡算、能量衡算和設(shè)備選型計(jì)算。這個(gè)過程固然對(duì)學(xué)生的理論知識(shí)得到檢驗(yàn)，對(duì)單元操作有進(jìn)一步理解，但是缺乏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，而且往往因?yàn)樵O(shè)計(jì)目標(biāo)脫離實(shí)際項(xiàng)目，導(dǎo)致學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過程中缺乏工程實(shí)際的考量；學(xué)生完成階段性設(shè)計(jì)從而與工藝過程脫節(jié)，將知識(shí)孤立化和碎片化，在設(shè)計(jì)過程中不利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和綜合分析問題能力，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)能力弱化的現(xiàn)象。在實(shí)踐課程教學(xué)過程中，加強(qiáng)現(xiàn)有的課程設(shè)計(jì)類實(shí)踐課程的有機(jī)融合，減少重復(fù)交叉、資源未有效充分利用等方面的問題，通過面向具體化工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)踐來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握化工專業(yè)的設(shè)計(jì)方法、工具和思想。設(shè)計(jì)類課程協(xié)同教學(xué)的模式實(shí)現(xiàn)了階段設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)的有效結(jié)合，加強(qiáng)了設(shè)計(jì)內(nèi)容的系統(tǒng)性、綜合性和規(guī)范性。針對(duì)課程設(shè)計(jì)類課程之間的融合，可以有效的利用課程設(shè)計(jì)內(nèi)容項(xiàng)目化，加強(qiáng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的系統(tǒng)性、綜合性和規(guī)范性，學(xué)生則采用分組協(xié)作，在一定的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)相對(duì)完整工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)，開展原料、產(chǎn)品方案選擇、設(shè)備設(shè)計(jì)選型、工藝方案設(shè)計(jì)、車間設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)和環(huán)境評(píng)價(jià)等，最終完成完整的初步設(shè)計(jì)[5]。在此過程中不僅培養(yǎng)了學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，而且提升了他們解決復(fù)雜工程問題的能力，達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

在實(shí)踐過程中總結(jié)出實(shí)現(xiàn)融合的途徑和方式：形成“師資團(tuán)隊(duì)共同協(xié)作、理論基礎(chǔ)長(zhǎng)程統(tǒng)一、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目化”綜合后的化工課程設(shè)計(jì)課程體系將有很大的改變，如設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的融合，理論和生產(chǎn)設(shè)計(jì)實(shí)際的對(duì)接等。形成完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，更好的對(duì)接工程實(shí)際，有效的培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。

2 化工設(shè)計(jì)類課程與其他實(shí)踐類課程融合

以企業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)-校內(nèi)化工專業(yè)仿真實(shí)驗(yàn)-化工專業(yè)實(shí)訓(xùn)為學(xué)生工程能力進(jìn)階式培養(yǎng)脈絡(luò)的的化工實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)課程設(shè)計(jì)有很好的支撐作用。

化學(xué)工程與工藝的學(xué)生通常都需要參加認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，期間要求學(xué)生掌握所實(shí)習(xí)工段的生產(chǎn)流程、工藝原理及操作方法，了解主要設(shè)備的類型、安全生產(chǎn)措施，了解生產(chǎn)中“三廢”的處理方法和利用情況，了解車間的生產(chǎn)管理制度。通過實(shí)習(xí)過程在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中有效的培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)。但目前工廠顧及安全與效益，一般不允許學(xué)生動(dòng)手操作，以參觀、討論為主，因此校內(nèi)仿真實(shí)驗(yàn)中心和工程訓(xùn)練中心的建設(shè)尤為重要。

仿真實(shí)驗(yàn)中心一方面采用實(shí)物仿真裝備和實(shí)訓(xùn)軟件的混合體系架構(gòu)，將單元操作的化工裝備按一定比例制作，具備真實(shí)裝備所具有的相關(guān)結(jié)構(gòu)、功能，學(xué)生可以分小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，調(diào)試實(shí)驗(yàn)參數(shù)，探索實(shí)驗(yàn)結(jié)論。然后根據(jù)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行仿真裝備實(shí)驗(yàn)，再結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)裝置親身操作，同時(shí)將實(shí)驗(yàn)得到的參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作之間的有效真實(shí)互動(dòng)。在這樣積極的互動(dòng)過程中能讓學(xué)生進(jìn)一步理解過程系統(tǒng)優(yōu)化的內(nèi)涵，充分提升學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。通過逼真的仿真教學(xué)系統(tǒng)，使學(xué)生不出校門便能了解實(shí)際生產(chǎn)裝置，并能親自動(dòng)手反復(fù)操作，將所學(xué)專業(yè)知識(shí)和實(shí)際生產(chǎn)緊密地結(jié)合在一起充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在按照步驟操作的同時(shí)需要用用理論去分析實(shí)際問題，解決實(shí)際問題。

在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，虛實(shí)結(jié)合的原則，強(qiáng)化仿真實(shí)驗(yàn)中心和工程訓(xùn)練中心的建設(shè)，以皖西學(xué)院材化學(xué)院化工專業(yè)為例，當(dāng)前學(xué)院已建成“省級(jí)仿真實(shí)訓(xùn)中心”和工程實(shí)訓(xùn)中心，其中仿真實(shí)驗(yàn)中心依托虛擬現(xiàn)實(shí)、仿真裝備與多媒體技術(shù)，融合多種互動(dòng)硬件與數(shù)據(jù)庫，可以對(duì)化工單元操作、工藝流程的各個(gè)真實(shí)環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬仿真，將不可視的場(chǎng)景形成安全操作的二維或三維虛擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)崗位職能及工藝的可視化模擬。學(xué)生在虛擬的崗位進(jìn)行提前預(yù)演，在工程實(shí)踐中提高學(xué)生工程實(shí)踐能力、 提升就業(yè)素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)能力。

通過認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、仿真實(shí)訓(xùn)，學(xué)生已經(jīng)逐步形成工程設(shè)計(jì)理念，具備一定工程實(shí)踐能力，在課程設(shè)計(jì)過程中遇到工程設(shè)計(jì)問題能更好的自主解決，設(shè)計(jì)結(jié)果更符合生產(chǎn)實(shí)際。

3 化工設(shè)計(jì)類課程與競(jìng)賽融合

全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽是面向高校化工專業(yè)、規(guī)模最大、影響最大的化工學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽，至今已舉辦十五屆了，在培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等等方面都有非常重要的作用，符合工程認(rèn)證的要求，每一年精心選擇貼合當(dāng)前化工行業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品需求的設(shè)計(jì)目標(biāo)，制定相關(guān)的設(shè)計(jì)任務(wù)[6]。參賽多年來我們以開展化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽為手段，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)精神，在完成產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)，流程和裝置的設(shè)計(jì)，工廠設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)分析，環(huán)保設(shè)計(jì)運(yùn)行方案等過程中，鍛煉將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)造新的技術(shù)成果的能力。通過競(jìng)賽過程進(jìn)行工程能力培養(yǎng)的實(shí)踐探索。競(jìng)賽的宗旨和課程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)目標(biāo)具有高度的重合性，所以也探索了課程設(shè)計(jì)與競(jìng)賽融合，擴(kuò)大競(jìng)賽的參與面，提高參與的積極性，能更好的以賽促教、以賽促學(xué)。在課程設(shè)計(jì)與競(jìng)賽融合我們發(fā)現(xiàn)：一方面推動(dòng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革，提升教師競(jìng)賽指導(dǎo)水平和課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)能力；一方面學(xué)生為帶著在課程設(shè)計(jì)和競(jìng)賽中遇到的問題，進(jìn)行理論學(xué)習(xí)和探索學(xué)習(xí)，拓展了理論學(xué)習(xí)的廣度和深度，也強(qiáng)化了學(xué)生自學(xué)能力。指導(dǎo)競(jìng)賽的教師一般都擔(dān)任課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)工作，在課程設(shè)計(jì)出題、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法等多方面更容易把控，實(shí)現(xiàn)兩者之間的融合。在具體的教學(xué)

過程中通過整合設(shè)計(jì)實(shí)踐課程，以完整的項(xiàng)目作為課程設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生需要進(jìn)行流程設(shè)計(jì)、單元操作設(shè)備設(shè)計(jì)、換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)等。通過改革后的課程設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐過程，大多學(xué)生對(duì)參加設(shè)計(jì)競(jìng)賽有了一定的信心，對(duì)后續(xù)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

在化工專業(yè)設(shè)計(jì)類課程改革實(shí)踐過程中，積極探索改革模式：通過化工設(shè)計(jì)類實(shí)踐課程之間的融合，有效的整合師資和其他教學(xué)資源，形成“師資團(tuán)隊(duì)共同協(xié)作、理論基礎(chǔ)長(zhǎng)程統(tǒng)一、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目化” 實(shí)現(xiàn)融合的有效途徑和方式；通過化工設(shè)計(jì)類課程與其他實(shí)踐類課程融合，結(jié)合進(jìn)階式化工實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提升設(shè)計(jì)能力；通過化工設(shè)計(jì)類課程與競(jìng)賽融合，不但能正向以賽促教、以賽促學(xué)，還能逆向提高化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽水平。通過化工專業(yè)設(shè)計(jì)類課程改革，為達(dá)成工程能力培養(yǎng)目標(biāo)提供了有效的途徑，提升應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。