強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用，貼近工程實(shí)踐

王 豪，吳 雁，李 敏，王 兵，葉仲斌

(西南石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,四川 成都 610500)

石油化工是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，近年來(lái)，油價(jià)的走低推動(dòng)了石油化工行業(yè)的發(fā)展[1]。四川省十二五和十三五國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展綱要也將油氣化工作為特色和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。西南石油大學(xué)化工專(zhuān)業(yè)長(zhǎng)期堅(jiān)持油氣特色，承擔(dān)著為國(guó)家和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)油氣化工工程技術(shù)人才的責(zé)任。

石油煉制工程課程講授以石油為原料生產(chǎn)燃料、潤(rùn)滑油及瀝青等產(chǎn)品的化工過(guò)程，是培養(yǎng)油氣化工人才的核心專(zhuān)業(yè)課程[2]。然而，近年來(lái)，通過(guò)對(duì)畢業(yè)生和在校生的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該課程存在教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系不緊密、教學(xué)方法單調(diào)、知識(shí)應(yīng)用性不足、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目沒(méi)有體現(xiàn)工程性、考核方式不能真實(shí)反映學(xué)習(xí)能力等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。

針對(duì)于此，筆者從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)和考核方式入手，以強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用、貼近工程實(shí)踐為主線，全面開(kāi)展了對(duì)石油煉制工程課程的改革。

1 更新教學(xué)內(nèi)容，提高知識(shí)的工程性和時(shí)效性

化工專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重要目的是為生產(chǎn)服務(wù)，因此，課程內(nèi)容需要貼近工程實(shí)際[3]。近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展對(duì)煉油工業(yè)提出了新的要求，特別是重質(zhì)劣質(zhì)原油加工、清潔油品生產(chǎn)和高附加值產(chǎn)品利用[4]，而此部分內(nèi)容在教材中并未充分體現(xiàn)。此外，石化科技的快速發(fā)展也深入影響了企業(yè)的生產(chǎn)方式和裝置構(gòu)成，原有的工藝技術(shù)普遍經(jīng)歷了升級(jí)換代，更新速度明顯快于教材。再者，生物質(zhì)作為原料生產(chǎn)燃料和化工產(chǎn)品已成為煉油和石化工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[5]，應(yīng)當(dāng)增加此部分內(nèi)容，幫助學(xué)生樹(shù)立可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳經(jīng)濟(jì)的理念。

因此，課程增補(bǔ)了能夠體現(xiàn)工程實(shí)際和新技術(shù)的內(nèi)容，如表1所示。盡管該部分內(nèi)容僅占課程總學(xué)時(shí)的10%～15%，但是針對(duì)性顯著提高，對(duì)于學(xué)生了解行業(yè)最新技術(shù)進(jìn)展、縮短從學(xué)校到企業(yè)的適應(yīng)期、拓寬知識(shí)面并激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)產(chǎn)生極大幫助。

2 創(chuàng)新教學(xué)方法，促進(jìn)知識(shí)的理解和應(yīng)用

2.1 案例循環(huán)式教學(xué)

案例是聯(lián)系理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用之間的重要橋梁[6]。每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都從實(shí)際案例中引出，在講解知識(shí)點(diǎn)后，再用實(shí)際案例來(lái)說(shuō)明知識(shí)點(diǎn)在生產(chǎn)中的用途，即“從案例引發(fā)，延伸到案例”。案例來(lái)自?xún)煞N渠道，一是從實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中抽提；二是來(lái)自教師的科研經(jīng)歷或文獻(xiàn)報(bào)道，如表2所示。大量案例的使用，不僅體現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用價(jià)值，還能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[7]。

石油煉制工程的核心知識(shí)仍然是物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)化與傳遞，基于此原理的部分技術(shù)在石油工業(yè)上游領(lǐng)域也得到有效應(yīng)用。西南石油大學(xué)石油工程學(xué)科實(shí)力較強(qiáng)，不少化工專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生從事石油工業(yè)上游領(lǐng)域工作。因此，嘗試將案例延伸到上游領(lǐng)域中，用石油煉制工程的知識(shí)點(diǎn)來(lái)分析和解決上游領(lǐng)域的工程問(wèn)題，如表2所示，使學(xué)生體會(huì)到學(xué)科的交叉和融合。

表2 案例循環(huán)教學(xué)實(shí)例

2.2 知識(shí)點(diǎn)的大串聯(lián)

石油煉制工程屬于工藝學(xué)類(lèi)課程，是所有專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程知識(shí)點(diǎn)的集成和應(yīng)用。以往的教學(xué)中，學(xué)生普遍反映課程內(nèi)部知識(shí)點(diǎn)、課程與先修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)點(diǎn)之間的銜接不緊密，邏輯關(guān)系混亂，影響學(xué)習(xí)效果。

因此，在教學(xué)中突出體現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)和綜合應(yīng)用。授課時(shí)，注意啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生用以前學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)分析石油煉制工程的知識(shí)點(diǎn)，用課程前期章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)分析當(dāng)前章節(jié)的內(nèi)容，如表3所示，使學(xué)生體會(huì)到完整知識(shí)鏈的形成過(guò)程和知識(shí)的系統(tǒng)性[8]。

表3 知識(shí)點(diǎn)的串聯(lián)教學(xué)實(shí)例

2.3 教學(xué)的形象化

由于化工過(guò)程的安全因素和條件限制，學(xué)生難以直接接觸設(shè)備和裝置，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳。因此，借助多媒體和實(shí)物模型使理論知識(shí)形象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣并加深對(duì)知識(shí)的理解[9]。自2014年以來(lái)，制作了大量視頻和動(dòng)畫(huà)素材輔助多媒體教學(xué)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況、汽油機(jī)爆震及提升管反應(yīng)器等。為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)煉廠流程的整體認(rèn)識(shí)，2013年底，學(xué)院花費(fèi)16萬(wàn)元購(gòu)置了一套煉油廠流程沙盤(pán)模型和原油常減壓蒸餾裝置放大模型，通過(guò)不同顏色和流向的燈光反映管線中的不同物料及其流動(dòng)方向及蒸餾塔中的溫度分布規(guī)律，使學(xué)生對(duì)煉廠流程形成整體認(rèn)識(shí)。

2.4 校企深度融合，提升工程培養(yǎng)能力

針對(duì)教師工程背景薄弱的不足，與四川石化、京博石化等企業(yè)合作開(kāi)展聯(lián)合教學(xué)，由企業(yè)選派現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富且具備一定理論基礎(chǔ)的高級(jí)工程師和教師共同承擔(dān)教學(xué)工作。在教學(xué)中，將理論知識(shí)點(diǎn)融入工程實(shí)際。首先由教師講解理論知識(shí)，如某工藝的化學(xué)反應(yīng)原理，熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征等。再由企業(yè)專(zhuān)家結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)為學(xué)生講解實(shí)際工程案例，如如何通過(guò)工藝參數(shù)的調(diào)整改變產(chǎn)品組成和分布、反應(yīng)器壓降與原料組成和催化劑性質(zhì)之間的關(guān)系等。不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果，也有效提升了教師的工程能力[10]。

3 構(gòu)建以小型連續(xù)反應(yīng)裝置為核心的工程化和綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

以往石油煉制課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以油品性質(zhì)測(cè)試為主，并且與前期專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間缺乏聯(lián)系。既不能反映工程實(shí)際要求，特別是沒(méi)有體現(xiàn)化工生產(chǎn)連續(xù)性和集成性的特點(diǎn)[11]，也不能反映化工知識(shí)的綜合性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)[12]，更難以考查學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐的能力。

針對(duì)于此，本課程以石油煉制真實(shí)過(guò)程(柴油加氫精制)為目標(biāo)反應(yīng)，構(gòu)建了以微型連續(xù)反應(yīng)裝置為核心，涵蓋流體輸送、換熱等單元操作設(shè)備和DCS控制系統(tǒng)，并結(jié)合大精儀器分析手段，能夠體現(xiàn)多門(mén)課程知識(shí)點(diǎn)的綜合性和工程化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為6學(xué)時(shí)，主要由單元設(shè)備操作、工藝控制、產(chǎn)品分析、故障診斷和生產(chǎn)調(diào)整5個(gè)部分組成。

1)單元操作部分：由學(xué)生完成催化劑的裝填、吹掃和預(yù)硫化，包括反應(yīng)器的拆裝、催化劑的裝填、啟動(dòng)原料泵、設(shè)定加熱爐溫度、進(jìn)氣、升壓和調(diào)節(jié)氣體流量及啟動(dòng)冷卻水循環(huán)等。

2)工藝控制部分：按照接近工程生產(chǎn)實(shí)際的工藝條件，在DSC系統(tǒng)上調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、空速和氫油比。

3)產(chǎn)品分析部分：取液體產(chǎn)品，在硫氮分析儀上分析產(chǎn)品硫含量，在近紅外分析儀上分析產(chǎn)品的烴類(lèi)組成和十六烷值等，在模擬蒸餾氣相色譜儀上測(cè)定產(chǎn)品的餾程和收率。

4)故障診斷部分：教師根據(jù)工程實(shí)際，設(shè)定故障，如原料油流量為零、反應(yīng)器溫度突升及氣體流量下降等，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)判斷原因，提出解決方案并實(shí)施。

5)生產(chǎn)調(diào)整部分：針對(duì)煉廠在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的加氫后柴油硫含量或十六烷值或收率不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)分析原因，通過(guò)改變工藝參數(shù)，如溫度、空速和氫油比等提出解決方案，然后測(cè)試產(chǎn)品性質(zhì)，檢驗(yàn)方案是否正確。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的前三部分主要考查操作能力，后二者則通過(guò)設(shè)置故障和產(chǎn)品要求，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)理論知識(shí)分析問(wèn)題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析得出解決問(wèn)題的方法，如圖1所示。此類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅與工程實(shí)踐高度吻合，而且綜合運(yùn)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，幾乎涵蓋所有的專(zhuān)業(yè)課程，體現(xiàn)了化工生產(chǎn)連續(xù)化和知識(shí)集成的特點(diǎn)，能夠有效考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和綜合運(yùn)用程度。而且，由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，學(xué)生4～6人一組，可以根據(jù)各自特長(zhǎng)，采取分工協(xié)作的方式完成，有效提高了團(tuán)隊(duì)意識(shí)。

該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目自2016年首次面向2013級(jí)學(xué)生作為選開(kāi)實(shí)驗(yàn)，24人選作；2017年開(kāi)始作為2014級(jí)化工卓越班的必修實(shí)驗(yàn)，32人參加；經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步的改造，從2015級(jí)培養(yǎng)方案開(kāi)始，作為必修實(shí)驗(yàn)，面向全專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)。學(xué)生普遍反映通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，不僅能夠感受到化工生產(chǎn)的過(guò)程性，鍛煉了實(shí)踐動(dòng)手能力，更重要的是能把所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)用在解決工程問(wèn)題上，受益匪淺。

圖1 體現(xiàn)工程化和綜合性的石油煉制工程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

4 完善課程考核方式，重點(diǎn)評(píng)價(jià)知識(shí)應(yīng)用水平

考核是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段，以往的考核體系存在平時(shí)成績(jī)以考勤和作業(yè)情況為主，不能真實(shí)反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況；考題以知識(shí)點(diǎn)的背誦、公式的記憶和計(jì)算為主，偏離工程實(shí)踐，不能反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力[13]。針對(duì)于此，重點(diǎn)開(kāi)展了平時(shí)成績(jī)和考題的改革。

4.1 設(shè)定差異化的平時(shí)成績(jī)采信度

回歸平時(shí)成績(jī)的初衷，作為評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的指標(biāo)。以最終考試卷面成績(jī)作為判定平時(shí)成績(jī)的依據(jù)，設(shè)定不同的平時(shí)成績(jī)采信度?？荚嚲砻娉煽?jī)低于54分，則說(shuō)明學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)不合格，平時(shí)成績(jī)不采信，卷面成績(jī)即為最終成績(jī)；考試卷面成績(jī)?cè)?4～59分，則平時(shí)成績(jī)部分采信，最終成績(jī)不超過(guò)65分；考試卷面成績(jī)?cè)?0分以上，則按照規(guī)定比例全部采信平時(shí)成績(jī)。差異化的平時(shí)成績(jī)采信度準(zhǔn)確反映了學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的投入程度，有效減少了渾水摸魚(yú)、心不在焉的陋習(xí)。

4.2 考題體現(xiàn)知識(shí)的應(yīng)用

大幅減少以知識(shí)點(diǎn)記憶為主的考題，增加從工程實(shí)踐和社會(huì)熱點(diǎn)話題中抽提出的，能夠反映多個(gè)知識(shí)點(diǎn)綜合應(yīng)用的題目，如表4所示。既能促使學(xué)生理解學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的真諦在于運(yùn)用其解決實(shí)際工程問(wèn)題，又基本杜絕了平時(shí)不上課，考前靠突擊背重點(diǎn)就能通過(guò)甚至獲得高分的不良現(xiàn)象，使得分?jǐn)?shù)真實(shí)反映出學(xué)生在學(xué)習(xí)投入、方法和能力上的差異。

表4 考查知識(shí)綜合運(yùn)用能力的考題示例

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)以往教學(xué)過(guò)程中存在的內(nèi)容陳舊、方法簡(jiǎn)單、理論聯(lián)系實(shí)踐不足及考核方式不科學(xué)等問(wèn)題，以強(qiáng)化知識(shí)運(yùn)用，貼近工程實(shí)踐為主線，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐環(huán)節(jié)和評(píng)價(jià)方式入手，對(duì)石油煉制工程課程開(kāi)展了全方位的改革和實(shí)踐，顯著提高了課程內(nèi)容的工程性和時(shí)效性，極大改善了課程教學(xué)效果，重點(diǎn)突出了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的工程性和綜合性，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了學(xué)生學(xué)習(xí)效果，從而有效提升了教學(xué)質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)2011～2014級(jí)本科生的問(wèn)卷調(diào)查、中期教學(xué)交流和師生座談，學(xué)生反映課程內(nèi)容更貼合工程實(shí)踐、授課更精彩、實(shí)驗(yàn)收獲更大、考核方式更科學(xué)，有效提升了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果，鞏固和增強(qiáng)了本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生在油氣化工領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。