化工設(shè)計競賽對化工專業(yè)教學(xué)的啟示

晉 梅，王晉黃，李忠銘

（江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056）

為加強工程教育，培養(yǎng)卓越工程師，教育部發(fā)起“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”［1］。專業(yè)學(xué)科競賽作為培養(yǎng)學(xué)生動手能力、解決問題能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力行之有效的途徑，已經(jīng)越來越受到一些“985”、“211”高校的重視［2］。其中，“中國石化－三井化學(xué)杯”全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽是中國化工學(xué)會、中國化工教育協(xié)會和教育部高等學(xué)?；瘜W(xué)工程與工藝教學(xué)指導(dǎo)分委員會共同舉辦的化學(xué)工程與工藝專業(yè)的國家級賽事。2012年參賽隊伍562 支，涉及119 所高校，江漢大學(xué)參賽團隊是華中賽區(qū)預(yù)決賽中獲一等獎團隊中唯一來自非重點本科院校的團隊，也是進入全國總決賽36 個團隊中4 個來自非重點本科院校的團隊之一。

在化工設(shè)計過程中要綜合運用化工原理、反應(yīng)工程、分離工程、環(huán)境保護、化工制圖以及經(jīng)濟、安全等方面的專業(yè)知識，因此參賽學(xué)生應(yīng)具有化工知識綜合運用能力，同時還應(yīng)具有使用專業(yè)軟件的能力，更要考慮方案所涉及的政策、經(jīng)濟、人文、地理等因素［3］。競賽專家委員會副主任、華東理工大學(xué)朱開宏教授評價“3 個月，不要說讓學(xué)生，就是交給專業(yè)設(shè)計員去做，這么短的時間想要完成這樣一個設(shè)計，難度還是比較大的……對學(xué)生而言，這給了他們一個對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用機會。設(shè)計本身是很開放的，可以提出各式各樣的方案，這樣的機會對我們國家的學(xué)生來講也是比較少的?！币虼?，化工設(shè)計競賽不僅對化工專業(yè)學(xué)生來說是一次大的鍛煉，同時也對化工專業(yè)的任課教師和教學(xué)提出了新的要求。

1 專業(yè)指導(dǎo)教師的能力要求

近年來化工設(shè)計大賽的題目一般都以科技進步為背景，立足于學(xué)科前沿，內(nèi)容涵蓋面廣，綜合性強。如2012 年化工設(shè)計大賽就是基于石油、天然氣、煤等化石類自然資源的有限性日漸突出，設(shè)計題是“為某一以煤、天然氣、石油為原料的烴化工綜合企業(yè)設(shè)計一座C4 綜合加工子系統(tǒng)”［4］。混合C4 烴類的綜合利用技術(shù)目前也正是我國烴化工科技界的一個研發(fā)熱點，這就對專業(yè)任課教師的各方面能力提出了新的要求。

1.1 實踐能力的要求

一般來講，專業(yè)教師在學(xué)校主要從事專業(yè)理論方面的教學(xué)和研究工作，對于專業(yè)教師理論聯(lián)系實踐的能力需要在相關(guān)的企業(yè)進行。而化工設(shè)計競賽的題目往往是要利用原料、產(chǎn)品、生產(chǎn)規(guī)模、環(huán)境要求和公用工程等設(shè)計為基礎(chǔ)條件，對項目可行性進行論證、提出工藝流程設(shè)計、設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計、車間設(shè)備布置設(shè)計、工廠總體布置設(shè)計，并對項目的經(jīng)濟分析與評價等方面進行分析和評價，這就要求專業(yè)教師除了具有一定的理論知識外，還需要掌握企業(yè)實際、應(yīng)用技術(shù)和經(jīng)濟方面的相應(yīng)知識。為此，專業(yè)教師一方面可以通過校企合作計劃中的下企業(yè)項目或者到設(shè)計院進行技術(shù)路線和經(jīng)濟方面的咨詢，將實踐經(jīng)驗和平時的理論課教學(xué)進行有機的融合；另一方面，還要通過校企合作或下企業(yè)的實踐過程提高教師的工程實踐能力。

1.2 創(chuàng)新能力的要求

縱觀近幾年化工設(shè)計競賽題目，基本上都是目前化工過程中的研究熱點。從評分指標(biāo)來看，對設(shè)計作品從原料到產(chǎn)品的加工方案、各種技術(shù)和新設(shè)備的應(yīng)用都要求有創(chuàng)新性，在2011 年評分表中創(chuàng)新性所占的比例高達25%。從遞交的作品和答辯過程中也可以看出，很多“985”和“211”高校的學(xué)生在一些作品中采用了目前比較新的專利技術(shù)或新型設(shè)備，甚至是本校教師所申請的專利技術(shù)。如天津大學(xué)參賽隊在2012 年提交的作品中采用了天津大學(xué)在2010 年申請的專利技術(shù)隔板塔熱耦合節(jié)能技術(shù)。這就提示參賽指導(dǎo)教師在教育教學(xué)過程中一方面要對相關(guān)專業(yè)的新技術(shù)、新工藝路線、新設(shè)備進行文獻的積累和整理，具有一定專利技術(shù)和學(xué)科的前沿性；另一方面，要結(jié)合科研工作進行一些技術(shù)和設(shè)備的創(chuàng)新，申請相關(guān)專利。

1.3 團結(jié)協(xié)作的要求

根據(jù)化工設(shè)計大賽的要求，提交的作品除了涉及與化工專業(yè)相關(guān)的專業(yè)知識關(guān)聯(lián)度緊密的工藝設(shè)計之外，還要滿足日益提高的環(huán)保要求和設(shè)計工廠的三維立體展示、車間布置和配管設(shè)計圖等，并輔以電影動畫的形式進行展示，讓評委能直觀地對設(shè)計的作品有感性的認識。因此，在參賽指導(dǎo)教師團隊中除了相應(yīng)的化工專業(yè)教師外，還需要環(huán)境工程、過程裝備與控制工程等相關(guān)專業(yè)的老師，組成參賽指導(dǎo)教師團隊對參賽隊伍進行指導(dǎo)。指導(dǎo)教師分工合作，分別對相關(guān)內(nèi)容進行重點指導(dǎo)，確保作品的每一部分都滿足設(shè)計要求，才能使整體作品達到比賽要求。

2 專業(yè)教學(xué)模式的啟示

化工設(shè)計大賽不僅僅對理論教學(xué)課程提出了新的要求，同時也強調(diào)了實踐環(huán)節(jié)在專業(yè)競賽中所起的作用，對化工專業(yè)教學(xué)的啟示是多方面的、有指導(dǎo)性的。

2.1 更加重視專業(yè)理論課教學(xué)改革

化工設(shè)計競賽的知識涵蓋面非常廣，而現(xiàn)行教材的內(nèi)容大多相對滯后，從而造成理論與實踐稍有脫節(jié)，其深度和廣度等已不能滿足競賽和培養(yǎng)專業(yè)人才的要求［3］。因此，結(jié)合江漢大學(xué)2012年“教改工作年”的總體部署，化學(xué)工程與工藝專業(yè)教師在理論課程上進行了教學(xué)方法的改革。如針對化工工藝學(xué)的課改中就改變了“以教師為中心，以教材為中心，以課堂為中心”的傳統(tǒng)方式，真正樹立“以學(xué)生為中心”的現(xiàn)代教育理念。在教學(xué)中，采用講授、自學(xué)、小組討論與發(fā)言、參觀、設(shè)計型作業(yè)和仿真操作的方式，綜合運用“啟發(fā)式、討論式、研究式、案例式”等多種教學(xué)方法。同時，對考核方式也進行了較大的改革，將一般的試卷考試改為試卷、作業(yè)、小組討論與發(fā)言、設(shè)計型作業(yè)和化工仿真訓(xùn)練相結(jié)合的綜合考核。教學(xué)中還充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，始終把教學(xué)的重心放在教會學(xué)生如何綜合應(yīng)用所學(xué)知識去解決實際生產(chǎn)中存在的問題上，以強化學(xué)生的工程意識與基礎(chǔ)知識的實際應(yīng)用能力。

2.2 更加重視課程設(shè)計環(huán)節(jié)

課程設(shè)計是重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用專業(yè)理論課程所學(xué)知識，完成設(shè)計的主要實踐環(huán)節(jié)［5］。通過課程設(shè)計使學(xué)生掌握化工設(shè)計的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡潔文字和圖表表達設(shè)計結(jié)果、繪圖以及計算機輔助計算等方面得到訓(xùn)練，在設(shè)計過程中培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。如在化工原理課程設(shè)計中，學(xué)生通過復(fù)雜的工程計算來確定設(shè)備的類型，計算設(shè)備的尺寸，設(shè)計設(shè)備的結(jié)構(gòu)，獨立完成某一化工單元操作的工藝設(shè)計，并撰寫設(shè)計說明書，繪制工藝流程圖和設(shè)備工藝條件圖，完成作為工程技術(shù)人員在工藝設(shè)計方面必備能力的基本訓(xùn)練。在這一過程中，課程設(shè)計所需的理論分析知識主要來源于化工原理的課堂教學(xué)，在查閱資料過程中讓學(xué)生充分理解理論上正確、技術(shù)上可行、操作上安全和經(jīng)濟上合理在實際化工單元設(shè)備選型上的運用，在選用公式計算過程中了解工程問題的計算方法，在繪圖過程中讓學(xué)生了解化工設(shè)計繪圖的規(guī)范。同時，為了打下堅實的化工專業(yè)基礎(chǔ)和提高課程設(shè)計質(zhì)量，采用每名學(xué)生完成一個設(shè)計課題，不合格打回重做直至合格的方式，要求每名學(xué)生都達到既定的化工專業(yè)培養(yǎng)要求。這些課程設(shè)計環(huán)節(jié)的訓(xùn)練有效地為專業(yè)競賽打下堅實的基礎(chǔ)。

2.3 更加重視實踐環(huán)節(jié)

實踐環(huán)節(jié)是培養(yǎng)工科學(xué)生綜合素質(zhì)和工程意識的重要環(huán)節(jié)。通過實踐環(huán)節(jié)中的生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)，可以使學(xué)生了解化工生產(chǎn)的實際和特點，加深學(xué)生對所學(xué)理論的理解。在強化理論與實踐的結(jié)合方面，實習(xí)指導(dǎo)教師在實習(xí)環(huán)節(jié)中通過現(xiàn)場指導(dǎo)和走流程，讓學(xué)生了解理論知識在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用；在強化實習(xí)效果方面，在實習(xí)的過程中采用設(shè)問式教學(xué)方法，結(jié)合實習(xí)裝置設(shè)置相關(guān)問題，并加強實習(xí)指導(dǎo)與監(jiān)督，讓學(xué)生在實踐環(huán)節(jié)充分進行理論與實踐的結(jié)合。

在近兩年的畢業(yè)實習(xí)環(huán)節(jié)中，化工專業(yè)的教師還有意識地加強了工藝課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計選題與實習(xí)環(huán)節(jié)的相互聯(lián)系，針對學(xué)生所在實習(xí)工段的實習(xí)內(nèi)容進行相關(guān)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的選題工作。如結(jié)合襄陽澤東化工股份有限公司精細車間甲醇制取甲醛生產(chǎn)工段，指導(dǎo)教師在2011－2012 年工藝課程設(shè)計環(huán)節(jié)、2012 屆畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，都針對該工段進行了“年產(chǎn)*萬t 工業(yè)甲醛裝置”的工藝設(shè)計。另外，針對完成一種清潔生產(chǎn)的化工產(chǎn)品生產(chǎn)裝置的設(shè)計及建設(shè)運營規(guī)劃的“宜化杯”湖北省第一屆化工設(shè)計大賽題目，學(xué)生也針對該工段的工藝方案進行合理化設(shè)計和經(jīng)濟核算，提出合理的建設(shè)運營方案。

2.4 更加重視學(xué)生整體能力的培養(yǎng)

專業(yè)競賽的答題要綜合運用化工專業(yè)知識，綜合考察參賽者的軟件應(yīng)用能力、經(jīng)濟分析能力、文字撰寫能力和語言表達能力。這就對化工專業(yè)學(xué)生的整體能力提出了較高的要求：較強的專業(yè)技能、較強的自主學(xué)習(xí)能力、口頭表達能力、文字寫作能力和應(yīng)變能力。為了強化學(xué)生在這些方面的能力，在一些課程中采用模擬競賽的模式對學(xué)生進行綜合能力的訓(xùn)練，并采用課程答辯——Presentation 的形式進行考核。如在化工設(shè)計課程中，將獲獎的競賽作品的資料分發(fā)給學(xué)生，然后按照專業(yè)競賽要求進行“年產(chǎn)*萬t 鄰苯二甲酸酐項目”的設(shè)計。當(dāng)學(xué)生在接收設(shè)計任務(wù)之后，先熟悉資料，通過查閱相關(guān)文獻、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料，進行小組討論，明確分工，然后按期交作品，并進行作品答辯。在這些過程中，學(xué)生學(xué)會了知識的融會貫通、舉一反三，鍛煉了他們發(fā)掘資源、自主學(xué)習(xí)的能力，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，激發(fā)了求知欲。專業(yè)競賽活動的開展，既培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力和分析決策能力，也使教學(xué)時間和空間得到了擴展。

3 結(jié)語

大學(xué)生化工設(shè)計競賽對化學(xué)工程與工藝專業(yè)的專業(yè)教師、教學(xué)模式和培養(yǎng)思路等都提出了新的要求，為學(xué)生施展才能提供了契機，同時也推動了化工類課程的教學(xué)改革。改革需要與時俱進，如何將新技術(shù)、新知識、新工藝、新方法融入到教學(xué)中，如何培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的能力，如何更好地制定專業(yè)培養(yǎng)方案，完成對學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練，是專業(yè)教師需要持續(xù)考慮的問題。

［1］ 肖春. 面向卓越工程師培養(yǎng)的學(xué)科競賽體系探索［J］. 浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2011，10（2）：205－210.

［2］ 朱斌，曹漫祥，譚勇，等. 以學(xué)科競賽為抓手提升工科大學(xué)生工程素質(zhì)［J］. 電腦知識與技術(shù)，2011，7（17）：4237－4238，4242.

［3］ 李寧，陳盛明，宋應(yīng)華，等.化工設(shè)計課程的教學(xué)改革實踐與探索［J］. 高師理科學(xué)刊，2010，30（6）：106－107.

［4］ 2012“中國石化－三井化學(xué)杯”第六屆大學(xué)生化工設(shè)計競賽通知及參賽指導(dǎo)［EB/OL］.（2012－05－07）［2013－02－05］. http://iche.zju.edu.cn/showNotice.aspx?indx=72.

［5］ 劉元偉，賈冬梅.化工原理課程設(shè)計教學(xué)研究［J］.濰坊教育學(xué)院學(xué)報，2011，24（4）：77－78.