拓寬實踐教學(xué)內(nèi)容提升化工類學(xué)生的工程設(shè)計能力

李國庭 安濤

[摘要]為提高化工類學(xué)生的工程設(shè)計能力，我們經(jīng)過多年的探索，尋找到一種行之有效的實踐教學(xué)模式。通過到工廠觀摩實習(xí)，再到“工程實踐教學(xué)觀摩中心”、“化工實訓(xùn)基地”觀摩實訓(xùn)，增加課程設(shè)計等幾個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，全面、系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生的工程設(shè)計技能，提升學(xué)生的工程設(shè)計能力。

[關(guān)鍵詞]化工專業(yè) 工程設(shè)計 教學(xué)

化工專業(yè)類學(xué)生在專業(yè)技術(shù)方面應(yīng)注重兩個方面的能力培養(yǎng)，其一是實驗科研能力；其二是工程設(shè)計能力。對于實驗科研能力的培養(yǎng)，由于每位大學(xué)生在課堂上所學(xué)的理論知識扎實，在實驗室，動手做實驗的機(jī)會較多，再通過畢業(yè)論文教學(xué)環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，化工類畢業(yè)生一般學(xué)生都具有較強(qiáng)的實驗科研能力，能夠勝任一般的科研工作；但對于大多數(shù)化工類學(xué)生來說，由于受到各種條件的限制，接觸大型工業(yè)生產(chǎn)裝置的機(jī)會少，工程知識匱乏，工程設(shè)計能力低，一旦從事設(shè)計方面的工作，學(xué)生無從下手，對工作沒有信心，設(shè)計單位也抱怨學(xué)生素質(zhì)低，也影響了學(xué)校的聲譽(yù)和學(xué)生的就業(yè)。為了彌補(bǔ)學(xué)生在工程設(shè)計能力方面的不足，我們探索了一種可有效地提升在校大學(xué)生的工程設(shè)計能力的實踐教學(xué)新模式，經(jīng)過多年不斷的完善教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生的工程設(shè)計能力有了顯著的提高。

一、到現(xiàn)場觀摩實習(xí)，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識

實習(xí)工廠的選擇應(yīng)與專業(yè)息息相關(guān)，化工專業(yè)類學(xué)生選擇化肥廠、化工化纖廠、焦化廠等比較合適。理由是：1）此類化工廠工藝成熟，技術(shù)公開程度高，能夠接納學(xué)生的實習(xí)，也能夠使學(xué)生深入到生產(chǎn)一線中的看到、聽到、感受到大工業(yè)化的內(nèi)部奧秘，而不是有些企業(yè)因技術(shù)保密原因，學(xué)生只好走馬觀花的觀摩一下；2）此類化工廠生產(chǎn)工藝流程相對比較復(fù)雜，有先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)，各單元操作全面，涉及到的化工裝備眾多，在這里學(xué)生可以接觸到化工行業(yè)一般使用的設(shè)備，如塔器、換熱器，氣液輸送設(shè)備，分離設(shè)備、合成反應(yīng)設(shè)備、種類繁多的閥門、管件、管道、儀表，DCS控制現(xiàn)場等，學(xué)生在實習(xí)中對設(shè)備外觀、大小、結(jié)構(gòu)、布置情況有一個初步了解，為以后的課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計積累大量的可供參考的素材；3）此類化工廠工藝復(fù)雜，操作條件苛刻，涉及到高溫、高壓，原材料易燃、易爆、有毒、有害，所以一般的大型的化工企業(yè)都有一套嚴(yán)格的管理系統(tǒng)，尤其是針對新員工的安全教育機(jī)制，有鮮活的事故案例。所以在大型化工廠實習(xí)觀摩，可以讓學(xué)生感覺到工廠管理的嚴(yán)格，對安全的重視程度，這對以后的從事化工設(shè)計工作是非常必要的。

通過實習(xí)這一實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對《化工設(shè)計概論》、《化工工藝學(xué)》課程的學(xué)習(xí)是非常有幫助的，同樣通過《化工設(shè)計概論》、《化工工藝學(xué)》課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生會加深對生產(chǎn)原理的理解，深入細(xì)致了解在實習(xí)中看到的圖紙圖形及代符號意表示的含義，掌握工藝圖紙的設(shè)計要求及規(guī)范。如果教師強(qiáng)化生產(chǎn)實習(xí)與課堂專業(yè)教學(xué)的結(jié)合，那么對于學(xué)生的工程設(shè)計能力的提高是非常顯著的。圖1 學(xué)生實習(xí)照片。

二、建立“工程實踐教學(xué)觀摩中心”，豐富學(xué)生的工程知識

學(xué)生通過觀摩、實習(xí)對生產(chǎn)裝置有了一定的了解，但由于現(xiàn)場裝置都無法觀察到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只有靠技術(shù)人員及老師的講解，但對于大多數(shù)設(shè)備及結(jié)構(gòu)還難于表述清楚，也留不下深刻的記憶。為了強(qiáng)化學(xué)生對工程設(shè)備的了解，建立“工程實踐教學(xué)觀摩中心”是非常必要的。觀摩中心展示有常用的化工設(shè)備，如流體輸送設(shè)備——泵（含各種葉輪）、風(fēng)機(jī)等，各種型式的換熱器、塔器（含不同型式的塔內(nèi)件）、分離設(shè)備、反應(yīng)釜（含各類攪拌器），干燥設(shè)備；管道、閥門、管件等。工業(yè)設(shè)備要剖解開，以能夠看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有些設(shè)備不易剖開的，選用有機(jī)玻璃材質(zhì)模型，以更好展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)行機(jī)理。此外，我校配有一套合成氨生產(chǎn)裝置的動態(tài)模型，該模型以空氣和水為流動介質(zhì)，形象逼真的模擬從原料氣制備到氨合成的全過程。

通過在觀摩中心的學(xué)習(xí)及老師的講解，幫助學(xué)生對化工生產(chǎn)裝置，設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，管道、管件、閥門等裝備有一個直觀的認(rèn)識，使學(xué)生將在實習(xí)過程中還一知半解的設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)一步深刻領(lǐng)悟，為開展化工設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。圖2 觀摩中心展區(qū)照片。

三、到化工實訓(xùn)基地動手操練，提高學(xué)生的工程實踐能力

對于化工類學(xué)生設(shè)計能力的培養(yǎng)，除工藝專業(yè)知識、計算能力外，主要強(qiáng)化對化工設(shè)計三大類圖（流程圖，設(shè)備布置圖，管道布置圖）設(shè)計繪制的訓(xùn)練。關(guān)于這方面能力的培養(yǎng)，除課本講解外，有必要建立“化工實訓(xùn)基地”，建設(shè)具有工程背景的化工實訓(xùn)裝置，增加實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的設(shè)計能力。實訓(xùn)內(nèi)容要側(cè)重有關(guān)設(shè)計方面的知識，如典型設(shè)備、管道、閥門、儀表等的安裝使用，會對簡單化工系統(tǒng)進(jìn)行安裝，打壓、試漏等常規(guī)操作。如實訓(xùn)內(nèi)容：安裝一臺離心泵向反應(yīng)釜中進(jìn)料，料液再由反應(yīng)釜回到泵的入口，要求泵進(jìn)口要裝球閥，出口要裝截止閥、壓力表，將管路連接好，然后對系統(tǒng)進(jìn)行打壓、試漏。為學(xué)生提供工藝流程圖，要求學(xué)生按圖安裝設(shè)備管道，培養(yǎng)學(xué)生讀圖的能力。系統(tǒng)安裝完畢，要學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有裝置繪制出設(shè)備布置圖和管道布置，以提供學(xué)生工藝設(shè)計繪圖能力和學(xué)生的動手能力。圖3為學(xué)生實訓(xùn)現(xiàn)場實景照片。

四、通過課程設(shè)計，全面提升學(xué)生的工程設(shè)計能力

在《化工設(shè)計概論》，《化工工藝學(xué)》等專業(yè)課程結(jié)課后，為了強(qiáng)化學(xué)生在課本上所學(xué)的工程專業(yè)知識，又增加了一項“課程設(shè)計”。 以加深學(xué)生掌握所學(xué)的基本知識，基礎(chǔ)理論，綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識，開展貼近實戰(zhàn)的化工工藝設(shè)計訓(xùn)練。

在課程設(shè)計選題上，盡量結(jié)合生產(chǎn)實習(xí)及所講授的專業(yè)知識來設(shè)定，如：年產(chǎn)4萬噸合成氨變換工段工藝初步設(shè)計，年產(chǎn)15000噸合成氨廠造氣工段的工藝設(shè)計等。在課程設(shè)計過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生各方面的工程能力：1）信息檢索能力。在課程設(shè)計的過程中，需要查閱大量的文獻(xiàn)，物性參數(shù)等，通過具體的題目，讓學(xué)生熟練掌握文獻(xiàn)查閱和常用工程手冊的使用；2）計算能力，設(shè)備選擇原則和工藝參數(shù)的優(yōu)化能力。學(xué)生需要結(jié)合課堂上學(xué)習(xí)到的理論知識，運(yùn)用先進(jìn)的模擬軟件，如：Aspen Plus等進(jìn)行復(fù)雜設(shè)備的工藝設(shè)計和工藝條件的優(yōu)化；3）工程制圖能力。工程制圖能力是工程技術(shù)人員的基本功，是工程設(shè)計人員必備的素質(zhì)。課程設(shè)計需要繪制流程圖、主要設(shè)備圖紙、設(shè)備布置圖等圖紙，學(xué)生的制圖能力可以得到很好的鍛煉。4）語言文字表達(dá)能力，工程設(shè)計需要編制設(shè)計文件對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行解釋說明，設(shè)計說明書的編寫能夠加強(qiáng)學(xué)生語言文字表達(dá)能力；

通過此環(huán)節(jié)使學(xué)生掌握化工設(shè)計的基本程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計思想和求是精神，嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)、協(xié)調(diào)創(chuàng)新的工作作風(fēng)和養(yǎng)成科學(xué)化組織管理的良好作風(fēng)，進(jìn)一步全面提升學(xué)生的工程素質(zhì)，特別是工程設(shè)計能力。

此外，我們還在畢業(yè)環(huán)節(jié)引入工程設(shè)計類課題，學(xué)生可以參與一個實際項目的設(shè)計，有機(jī)會到現(xiàn)場去參與項目設(shè)計，為以后的學(xué)習(xí)和工作積累寶貴的經(jīng)驗。

五、結(jié)語

生產(chǎn)實習(xí)教學(xué)，主要增加學(xué)生的工程感官的認(rèn)識，特別是強(qiáng)化化工企業(yè)的安全意識，掌握生產(chǎn)原理，能夠讀懂工廠工藝流程圖，培養(yǎng)其根據(jù)生產(chǎn)裝置現(xiàn)場繪制工藝流程圖能力，對設(shè)備及結(jié)構(gòu)要深入細(xì)致了解；由于實習(xí)現(xiàn)場觀察不到設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，那么通過建立“工程實踐教學(xué)觀摩中心”將常用的化工設(shè)備的運(yùn)行原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)直觀展示在學(xué)生眼前，比課本說教學(xué)生易于理解，記憶也深刻，為以后設(shè)計工作中設(shè)備選型提供參考依據(jù)；通過在“化工實訓(xùn)基地”的實訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程識圖、制圖、工程設(shè)計能力；在理論學(xué)習(xí)，觀摩實習(xí)，化工實訓(xùn)的基礎(chǔ)上，最后要同學(xué)完成貼近實戰(zhàn)的課程設(shè)計，全面系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生的工程設(shè)計技能，提升學(xué)生的工程設(shè)計能力，為未來承擔(dān)化工設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。

本文受“國家實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的教改項目”資助。

[參考文獻(xiàn)]

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（作者單位：河北科技大學(xué) 河北石家莊）