化工原理課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐

盧素敏+劉秀軍+郭玉高+張慶印+管山

摘 要：本文針對(duì)化工原理課程設(shè)計(jì)的實(shí)用性、綜合性、工程性等特點(diǎn)，探討了化工原理課程設(shè)計(jì)在理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方法等方面的改革思路，以期更好地培養(yǎng)應(yīng)用開發(fā)型高等技術(shù)人才，適應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)、不斷創(chuàng)新的時(shí)代要求。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)計(jì)；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

化工原理課程設(shè)計(jì)是化工類相關(guān)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理課程必修的環(huán)節(jié)之一，是對(duì)化工原理、化工制圖、化工機(jī)械、化工儀表及自動(dòng)化、化工熱力學(xué)等知識(shí)的綜合性訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)，能夠培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生各方面實(shí)踐能力：查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)（包括從已發(fā)表的文獻(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集）的能力；樹立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性，又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性，并注意到操作時(shí)的勞動(dòng)條件和環(huán)境保護(hù)的正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問題的能力；迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行工程計(jì)算的能力；用簡(jiǎn)潔的文字、清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力。在設(shè)計(jì)中，學(xué)生需要自己做出決策，自己確定方案、選擇流程、查取資料，進(jìn)行過程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出論證和核算，經(jīng)過反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。因此，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。筆者從事了5屆的課程設(shè)計(jì)教學(xué)，在不斷思考中總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)將自己在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題以及一些思考做一介紹，以期提高教學(xué)效果。

一、設(shè)計(jì)題目既要立足實(shí)際又要兼顧學(xué)生所學(xué)

課程設(shè)計(jì)的基本要求是通過設(shè)計(jì)使每個(gè)學(xué)生都受到相應(yīng)的工程訓(xùn)練，使學(xué)生在將來(lái)的就業(yè)及工作中受益。因此，課程設(shè)計(jì)的選題應(yīng)該立足于工程的實(shí)際問題，例如，可以截取某化工項(xiàng)目的一部分讓學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)，如合成氨生產(chǎn)設(shè)計(jì)、PVC生產(chǎn)設(shè)計(jì)等，讓學(xué)生切實(shí)貼近實(shí)際。此外，由于學(xué)生在大學(xué)所學(xué)課程的內(nèi)容大多偏于理論學(xué)習(xí)，一些實(shí)驗(yàn)課程也往往以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、工程意識(shí)非常薄弱，因此設(shè)計(jì)題目應(yīng)該盡可能包括在化工原理課程中所學(xué)過的單元操作，如精餾、吸收、傳熱、流體輸送等，讓他們循序漸進(jìn)地進(jìn)行設(shè)計(jì)，不至于產(chǎn)生畏難情緒。

二、所涉及的物質(zhì)應(yīng)盡可能為常見物質(zhì)

設(shè)計(jì)過程中涉及很多物理性質(zhì)，例如設(shè)計(jì)中往往需要不同溫度下的密度、粘度、導(dǎo)熱系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)、表面張力等，有些物理性質(zhì)不太容易直接查到，對(duì)于剛剛學(xué)習(xí)文獻(xiàn)查閱的學(xué)生來(lái)說(shuō)這也是設(shè)計(jì)中需要解決的一個(gè)問題。因此，所涉及的物質(zhì)最好是一些常見的物質(zhì)，如苯、甲苯、乙醇、丙醇等，其性質(zhì)在物化手冊(cè)上就能查到，能簡(jiǎn)化學(xué)生的工作量，也減少設(shè)計(jì)計(jì)算中出錯(cuò)的可能性。

三、做好指導(dǎo)工作

根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在接到設(shè)計(jì)任務(wù)書后，往往不知道如何入手，非常茫然。指導(dǎo)教師必須做好相應(yīng)的指導(dǎo)工作，幫助學(xué)生有條不紊地開始設(shè)計(jì)任務(wù)。在兩周的設(shè)計(jì)過程中，必須要有集中授課時(shí)間，而且集中授課時(shí)間每周不少于4個(gè)學(xué)時(shí)，并利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)與學(xué)生互動(dòng)，及時(shí)解決學(xué)生設(shè)計(jì)中遇到的問題。

1.指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)

工藝流程、設(shè)備的選擇優(yōu)化需要大量的文獻(xiàn)作支持。學(xué)生在初次接觸工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要教師指導(dǎo)如何查閱文獻(xiàn)，查閱哪些文獻(xiàn)，所獲取的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)如何取舍等，讓學(xué)生在查閱文獻(xiàn)方面得到更好訓(xùn)練。

2.指導(dǎo)學(xué)生嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)規(guī)范

教師要使學(xué)生明白完成設(shè)計(jì)不同于其他課程作業(yè)，所進(jìn)行的設(shè)計(jì)必須保證技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全可靠等原則，因此，整個(gè)設(shè)計(jì)從圖紙的繪制到設(shè)備選型、設(shè)備布置、廠房布置等都必須遵循國(guó)家的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。教師要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)正確使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，從工藝和設(shè)備等全方位考慮問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和創(chuàng)新能力。

3.引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)

當(dāng)今的化工設(shè)計(jì)建立在有強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫(kù)支持的、模塊化的、應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上。通用化工軟件已經(jīng)在現(xiàn)代化工設(shè)計(jì)中得到了廣泛使用，極大地提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，因此，設(shè)計(jì)的過程中不可避免地需要應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)工藝流程進(jìn)行繪制。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件AutoCAD在我校已經(jīng)盛行已久，學(xué)生對(duì)該軟件的運(yùn)用較為熟悉，可利用其進(jìn)行流程圖及設(shè)備圖的繪制。為了提高設(shè)計(jì)的先進(jìn)性，學(xué)院目前使用的模擬軟件為Aspen Plus，可對(duì)流程進(jìn)行模擬計(jì)算。經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的理論與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生已對(duì)相關(guān)計(jì)算機(jī)軟件有了相應(yīng)的了解。指導(dǎo)教師將軟件應(yīng)用到課程設(shè)計(jì)中，不僅可以提高設(shè)計(jì)水平，也可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4.指導(dǎo)學(xué)生撰寫正規(guī)的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

為了達(dá)到工程訓(xùn)練目的，教師要求學(xué)生嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)院標(biāo)準(zhǔn)，編制一份正規(guī)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)的文本部分及圖紙。本部分嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)順序進(jìn)行編寫，首先選擇最佳的工藝及設(shè)備方案，確定設(shè)備的工藝參數(shù)；然后進(jìn)行物料衡算、熱量衡算、設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算，進(jìn)行設(shè)備（包括全部輔助設(shè)備）選型及管道規(guī)格計(jì)算；最后進(jìn)行技術(shù)上的可行性、生產(chǎn)上的安全性及經(jīng)濟(jì)上的合理性論證等。圖紙部分包括設(shè)計(jì)項(xiàng)目的流程圖（A2圖紙）和主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖（A1圖紙，包括主視圖、俯視圖、剖視圖）。提交課程設(shè)計(jì)作品時(shí)要裝訂成冊(cè)，這樣做的目的主要是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。由于每個(gè)教師需要負(fù)責(zé)整個(gè)班級(jí)學(xué)生的設(shè)計(jì)，而每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)計(jì)算的正確性無(wú)法一一審核，因此，必須要求學(xué)生從設(shè)計(jì)一開始就以嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度對(duì)待設(shè)計(jì)工作，訓(xùn)練其獨(dú)立分析和判斷結(jié)果正確性的能力。

四、嚴(yán)格考核制度

課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)求解習(xí)題，設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)和答案往往不是唯一的，需要學(xué)生自己做出決策，并對(duì)自己選取的方案進(jìn)行合理性論證和核算，從技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性上進(jìn)行分析比較。一個(gè)好的設(shè)計(jì)應(yīng)該進(jìn)行多種方案的比較，需反復(fù)多次計(jì)算方可得到，因此，只有嚴(yán)格考核制度才能使學(xué)生真正得到鍛煉。

第一，平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的30%。主要包括在設(shè)計(jì)過程中是否有主動(dòng)性，能否按時(shí)按進(jìn)度完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，能否獨(dú)立思考、勤于鉆研，是否有創(chuàng)新意識(shí)等；第二，設(shè)計(jì)說(shuō)明書占總成績(jī)的40%。要求語(yǔ)言精練、簡(jiǎn)潔，考查圖表是否清晰，說(shuō)明書的撰寫是否規(guī)范，圖紙的質(zhì)量是否符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，布局是否合理等；第三，答辯占總成績(jī)的30%。答辯是課程設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)學(xué)生要敘述自己的設(shè)計(jì)思路、方案選取的原則、計(jì)算依據(jù)等，教師通過提問，可以檢查學(xué)生對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)容掌握的程度以及從設(shè)計(jì)中所得到的訓(xùn)練等。總之，要從而多方面考查學(xué)生的綜合能力及學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

五、鼓勵(lì)學(xué)生參加設(shè)計(jì)競(jìng)賽

國(guó)內(nèi)每年都會(huì)組織大型的化工設(shè)計(jì)大賽，參賽對(duì)象為來(lái)自全國(guó)各大高校的化工專業(yè)學(xué)生。通過課程設(shè)計(jì)相關(guān)的訓(xùn)練后，教師可鼓勵(lì)學(xué)生積極參加設(shè)計(jì)競(jìng)賽。學(xué)生通過參加競(jìng)賽，可自覺運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題，并且相互協(xié)作，充分發(fā)揮潛力，激發(fā)積極性與主動(dòng)性。

綜上所述，通過化工原理課程設(shè)計(jì)，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，強(qiáng)化了化工設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)和實(shí)踐，也為學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)踐及畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。

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作者信息：盧素敏（1967— ），女，天津人，博士，副教授，研究方向：化學(xué)工程與工藝。