Aspen Plus在應(yīng)用型化工人才培養(yǎng)中的應(yīng)用

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(河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院 ， 河南 鄭州 450000)

Aspen Plus在應(yīng)用型化工人才培養(yǎng)中的應(yīng)用

呂和坤，郭丹，趙龍濤，陳壘

(河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院 ， 河南 鄭州 450000)

應(yīng)用型化工人才的培養(yǎng)是地方本科院校化工專業(yè)的重要目標(biāo)。介紹了在化工專業(yè)課教學(xué)過(guò)程中引入Aspen Plus軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、提高學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效率、強(qiáng)化課程之間的聯(lián)系等方面進(jìn)行了有益的探索，認(rèn)為引入Aspen Plus軟件可以加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

Aspen Plus ； 應(yīng)用型化工人才 ； 培養(yǎng)

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的需求日益旺盛，對(duì)人才的創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力和實(shí)際操作能力提出了更高的要求。河南工程學(xué)院作為一所新建的本科院校，從河南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀出發(fā)，貫徹落實(shí)教育部提出的卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃，大力培養(yǎng)社會(huì)發(fā)展所需要的高層次應(yīng)用型人才。在這一背景下，我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)進(jìn)行了相應(yīng)的改革，將人才培養(yǎng)的重點(diǎn)放在高層次應(yīng)用型化工類創(chuàng)新人才上，對(duì)化工專業(yè)的課程設(shè)置、內(nèi)容優(yōu)化和實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了教學(xué)改革與探討，開(kāi)展了化工類專業(yè)應(yīng)用型人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的研究。

化學(xué)工程與工藝專業(yè)是傳統(tǒng)專業(yè)，具有高度的綜合性和實(shí)踐性，高度的資金密集性和知識(shí)密集性?；どa(chǎn)過(guò)程涉及因素多，并隨著現(xiàn)代工程技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，面臨著新的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)。對(duì)于本?；I(yè)而言，培養(yǎng)的本科人才應(yīng)該是大批直接面向一線的生產(chǎn)、技術(shù)轉(zhuǎn)化、推廣和管理的應(yīng)用型人才。與研究型人才相比，化工類專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)更加貼近化工生產(chǎn)實(shí)踐，要具備更強(qiáng)的解決現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中工程技術(shù)問(wèn)題的能力，既有足夠的理論基礎(chǔ)和專業(yè)素養(yǎng)，又能夠理論聯(lián)系實(shí)際、將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際。為使學(xué)生具備上述能力，我們將先進(jìn)的化工設(shè)計(jì)軟件Aspen plus引入到化工專業(yè)課程體系之中，在平時(shí)的教學(xué)中使用，大大增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)能力。此外，在軟件的使用過(guò)程中，還加深了對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解。

1 Aspen Plus軟件在教學(xué)中的使用

Aspen Plus是大型通用流程模擬系統(tǒng)，全稱為“過(guò)程工程的先進(jìn)系統(tǒng)”(Advanced System for Process Engineering，ASPEN)，已廣泛應(yīng)用于全球各大化工、石化、煉油等過(guò)程工業(yè)制造企業(yè)及著名的工程公司，是應(yīng)用最為廣泛的化工類設(shè)計(jì)軟件之一。該軟件經(jīng)過(guò)多年來(lái)不斷地改進(jìn)和提高，已先后推出了多個(gè)版本，應(yīng)用案例數(shù)以百萬(wàn)計(jì)。

在教學(xué)中，我們的原則是：以“突出實(shí)用”為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合Aspen軟件相關(guān)功能，利用軟件解決實(shí)際問(wèn)題，在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和使用軟件過(guò)程中，掌握基礎(chǔ)知識(shí)并提升能力。我們主要在化工熱力學(xué)、分離工程以及化工設(shè)計(jì)等課程上使用。

1.1優(yōu)化內(nèi)容設(shè)置，突出應(yīng)用能力的培養(yǎng)

化工專業(yè)的課程體系較復(fù)雜，一些核心課程理論性較強(qiáng)，學(xué)生對(duì)基本概念等基礎(chǔ)知識(shí)的掌握普遍不扎實(shí)。一般情況下，化工專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法都是傳統(tǒng)和規(guī)范的。專業(yè)課程教學(xué)主要通過(guò)課堂講解為主，并輔以作業(yè)、習(xí)題，教材結(jié)構(gòu)通常為“原理”—“模型”—“應(yīng)用”。

在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法存在一些問(wèn)題：①一些較為抽象的概念難易理解，如化工熱力學(xué)中的逸度系數(shù)和活度系數(shù)的概念；②一些課程公式繁多，推導(dǎo)困難，如化工熱力學(xué)中偏離函數(shù)表達(dá)式的推導(dǎo)；③某些計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理繁瑣，手工計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易出錯(cuò)，如分離工程中的多級(jí)氣液平衡的計(jì)算，計(jì)算上的困難限制了學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題，容易造成畏難情緒。

對(duì)于難易理解的概念，我們優(yōu)化了課堂內(nèi)容，弱化了教材中“原理”和“模型”部分，將精力主要放在“應(yīng)用”上。在講解原理的基礎(chǔ)上，通過(guò)使用Aspen Plus軟件建立流程，在軟件的運(yùn)行過(guò)程中加深理解，邊使用，邊理解。對(duì)于難易推導(dǎo)的公式，弱化推導(dǎo)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用，在使用Aspen Plus軟件的過(guò)程中掌握這些公式的應(yīng)用。在運(yùn)用軟件解決問(wèn)題的過(guò)程中，繁雜的計(jì)算都交給軟件后臺(tái)來(lái)完成，降低了問(wèn)題的復(fù)雜性，也不容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過(guò)這些教學(xué)改革，學(xué)生對(duì)基本概念和公式的使用方面的能力得到了較大的提高。

1.2激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率

化工專業(yè)的一些專業(yè)課較難、較枯燥，內(nèi)容多且相互聯(lián)系緊密，學(xué)生普遍存在畏難情緒，學(xué)習(xí)積極性不高。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候引入Aspen軟件，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有意識(shí)地去挖掘化工專業(yè)的“興趣點(diǎn)”，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力。

通常首先在課堂上向?qū)W生介紹與課程相關(guān)的Aspen單元模塊，讓學(xué)生熟悉各個(gè)模塊，然后讓學(xué)生在運(yùn)用模塊解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中理解所學(xué)知識(shí)。在“化工熱力學(xué)”課程中，讓學(xué)生學(xué)習(xí)物性原理在過(guò)程系統(tǒng)模擬中的運(yùn)用，對(duì)流體的物性和氣液平衡過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算。在“分離工程”課程中，對(duì)多級(jí)氣液平衡進(jìn)行計(jì)算。在“化工設(shè)計(jì)”和“畢業(yè)設(shè)計(jì)”課程中，要求學(xué)生對(duì)針對(duì)特定的生產(chǎn)目的，從簡(jiǎn)單的流程開(kāi)始設(shè)計(jì)，逐漸擴(kuò)大到一個(gè)工段甚至整個(gè)工藝流程的設(shè)計(jì)，并對(duì)化工生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行模擬和優(yōu)化。通過(guò)軟件計(jì)算之后，還要求學(xué)生們將計(jì)算結(jié)果與手工計(jì)算的結(jié)果相比較。通過(guò)比較，學(xué)生深入理解了所學(xué)的知識(shí)，而整個(gè)過(guò)程也是比較有趣的，激發(fā)了學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

1.3強(qiáng)化課程之間的聯(lián)系，增強(qiáng)知識(shí)的靈活運(yùn)用能力

化工熱力學(xué)、分離工程、化工設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等化工專業(yè)的專業(yè)課程，即相互獨(dú)立，又有較強(qiáng)的聯(lián)系。特別是化工設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，更是對(duì)所有課程的綜合考驗(yàn)。我們?cè)诮虒W(xué)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，很多同學(xué)對(duì)于過(guò)去所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，由于應(yīng)用極少，存在著遺忘的情況。通過(guò)Aspen軟件的學(xué)習(xí)和使用，讓學(xué)生經(jīng)常運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決問(wèn)題，較好地避免了這種情況。此外，在軟件的使用過(guò)程中，隨著專業(yè)課程的深入，讓學(xué)生逐漸從簡(jiǎn)單的單元模塊模擬，過(guò)渡到化工生產(chǎn)系統(tǒng)的模擬和優(yōu)化，從單一的軟件的操作學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)向解決設(shè)計(jì)性和綜合性問(wèn)題；從知識(shí)的學(xué)習(xí)逐漸轉(zhuǎn)向能力的培養(yǎng)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力的目的。

2 使用軟件時(shí)存在的問(wèn)題

Aspen Plus軟件在化工專業(yè)課程教學(xué)中的引用，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果，學(xué)生反映較好。但在教學(xué)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)問(wèn)題：①Aspen Plus軟件的使用降低了學(xué)生的計(jì)算能力。良好的計(jì)算能力是化工專業(yè)畢業(yè)生所應(yīng)該具備的，軟件的輔助計(jì)算只能認(rèn)為是工具。在教學(xué)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)有一些學(xué)生在解決問(wèn)題時(shí)過(guò)度依賴軟件，忽視了自身能力的提高。針對(duì)這種情況，我們?cè)凇盎ぴ怼焙汀盎ぴ碚n程設(shè)計(jì)”課程中仍全部采用手工計(jì)算，通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算過(guò)程熟悉化工設(shè)計(jì)的基本原理和方法，鍛煉計(jì)算能力，打好專業(yè)基礎(chǔ)。在“化工熱力學(xué)”、“分離工程”和“化工設(shè)計(jì)”等課程中，先進(jìn)行手工計(jì)算，再用軟件進(jìn)行計(jì)算，最后再相互比較。通過(guò)上述措施，基本上解決了計(jì)算能力降低的問(wèn)題。②有些學(xué)生使用軟件解決問(wèn)題時(shí)“知其然不知其所以然”，只會(huì)機(jī)械的使用軟件，對(duì)其中包含的基本理論和知識(shí)并不關(guān)心。對(duì)于這種情況，在軟件教學(xué)時(shí)多講解基礎(chǔ)理論在軟件中的體現(xiàn)，必要時(shí)刻采取“反轉(zhuǎn)課堂”等方式，盡可能的加深學(xué)生對(duì)軟件的理解。

3 結(jié)束語(yǔ)

將Aspen Plus化工流程模擬軟件應(yīng)用于化工專業(yè)課的教學(xué)已經(jīng)有3年了，通過(guò)此次教學(xué)的改革，使軟件的使用與課程教學(xué)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合，已經(jīng)取得了一定的效果。軟件的運(yùn)用，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了對(duì)課程內(nèi)容的理解，減輕了計(jì)算工作量，提高了學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量，開(kāi)闊了學(xué)生的視野和自主創(chuàng)新能力。同時(shí)通過(guò)軟件的學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)研究的能力，達(dá)到了教改的目的。

G642.4

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1003-3467(2017)09-0059-02

2017-05-28

河南工程學(xué)院博士基金(D2013004)

呂和坤(1981-)，男，講師，從事化工熱力學(xué)方面的研究工作，電話：15939009691，E-mail：lvhekun@126.com。