化工本科畢業(yè)論文指導(dǎo)的思考

陳晉陽(yáng)

摘要：本科畢業(yè)論文作為學(xué)業(yè)的重要組成部分，除了最終論文的撰寫(xiě)外，對(duì)于化工專業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)的理工學(xué)科，專業(yè)規(guī)范、學(xué)科思維、分析與解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新精神是學(xué)位論文實(shí)踐過(guò)程中指導(dǎo)的重點(diǎn)。對(duì)于培養(yǎng)具有專業(yè)素質(zhì)、能適應(yīng)化工及相關(guān)專業(yè)工作、能夠解決工作中問(wèn)題及具有創(chuàng)新思維的畢業(yè)生具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：化工本科；畢業(yè)論文指導(dǎo)；專業(yè)規(guī)范；學(xué)科思維；創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）44-0219-03

隨著大學(xué)教育的發(fā)展與普及，學(xué)科專業(yè)目標(biāo)側(cè)重寬口徑、厚基礎(chǔ)、復(fù)合型人才的培養(yǎng)，以適應(yīng)科技的飛速發(fā)展與知識(shí)快速更新。化工本科專業(yè)畢業(yè)生除了具備化學(xué)工程與工藝方面的專業(yè)知識(shí)外，要有基于專業(yè)的素質(zhì)與思維能力，能夠在化工及其相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域如煉油、冶金、能源、材料、輕工、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等廠礦公司從事技術(shù)開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)管理、產(chǎn)品營(yíng)銷和科學(xué)研究等方面工作。

本科畢業(yè)論文是大學(xué)實(shí)踐教學(xué)的主要環(huán)節(jié)，首先是對(duì)教學(xué)質(zhì)量全面綜合的檢查，評(píng)定與了解整個(gè)大學(xué)期間學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果和實(shí)踐能力[1]。其次畢業(yè)論文也是學(xué)生今后從事本專業(yè)工作與研究的基本訓(xùn)練，是初步的學(xué)術(shù)研究活動(dòng)[2]。畢業(yè)論文的學(xué)術(shù)實(shí)踐活動(dòng)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)與思維、創(chuàng)新精神與能力都具有重要的意義。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于我國(guó)對(duì)于大學(xué)本科畢業(yè)論文的管理常常是過(guò)于強(qiáng)調(diào)論文的學(xué)位屬性，致使學(xué)生過(guò)多地關(guān)注最后階段的論文寫(xiě)作[3]，忽視畢業(yè)論文應(yīng)當(dāng)具有的學(xué)業(yè)屬性，缺少論文完成過(guò)程中專業(yè)素養(yǎng)與實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生走上工作崗位后通常難以快速地適應(yīng)工作需要，社會(huì)上出現(xiàn)很多負(fù)面評(píng)價(jià)。特別是化工類實(shí)踐性較強(qiáng)的理工學(xué)科，在論文的實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，需要導(dǎo)師就基本的專業(yè)規(guī)范性、學(xué)科思維、創(chuàng)新與解決問(wèn)題能力進(jìn)行指導(dǎo)與培養(yǎng)。

一、專業(yè)的規(guī)范性

化工產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中，從原料、中間體到成品，大都具有易燃、易爆、有毒、有害等危險(xiǎn)性；化工工藝過(guò)程復(fù)雜多樣，高溫、高壓、深冷等不安全因素很多。由于化工行業(yè)危險(xiǎn)因素多、事故易發(fā)的特點(diǎn)，錯(cuò)誤與不當(dāng)?shù)牟僮鳎赡軒?lái)嚴(yán)重的后果。在畢業(yè)論文過(guò)程中，有些學(xué)生是初生牛犢不怕虎，在從事毒性很強(qiáng)試劑的操作時(shí)，疏于防護(hù)，也有些學(xué)生對(duì)化學(xué)藥品過(guò)于恐懼，做實(shí)驗(yàn)時(shí)畏手畏腳。因此，在畢業(yè)論文完成過(guò)程中，專業(yè)規(guī)范性的訓(xùn)練對(duì)于本學(xué)科尤其重要。

就化工來(lái)說(shuō)，安全是首要考慮的。首先讓學(xué)生養(yǎng)成對(duì)于所要接觸的化學(xué)試劑，一定要先查詢這些試劑性質(zhì)的習(xí)慣，熟悉化工試劑使用中的危險(xiǎn)性、防范措施、以及發(fā)生意外時(shí)的處置方法。其此詳細(xì)了解與認(rèn)真學(xué)習(xí)所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作規(guī)程，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)工作，養(yǎng)成規(guī)范操作的習(xí)慣，且不可圖方便隨意操作。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，原料的預(yù)處理、加料順序及加料方式、反應(yīng)過(guò)程的監(jiān)控以及實(shí)驗(yàn)結(jié)束后廢化學(xué)試劑的處理等實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)是指導(dǎo)的重點(diǎn)，一定使學(xué)生不能有絲毫的疏忽。例如對(duì)于反應(yīng)中要求無(wú)水的原料，一定要嚴(yán)格進(jìn)行除水的預(yù)處理，不然輕則導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，重則由于副反應(yīng)等引發(fā)燃燒爆炸等危險(xiǎn)性。實(shí)驗(yàn)完的廢試劑，除了不可隨便直接丟棄或倒入下水道外，在倒入廢液桶時(shí)還要注意不能使酸性和堿性、氧化性和還原性廢試劑混裝，以免反應(yīng)造成廢液桶燃燒或爆炸。反應(yīng)后剩余的活潑廢料，如金屬鈉，需要用無(wú)水乙醇處理，以免發(fā)生燃燒爆炸；強(qiáng)毒性的汞也需要進(jìn)行無(wú)害化的處理才能丟棄。

對(duì)于化工反應(yīng)，需要確定優(yōu)化的原料配比。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，指導(dǎo)學(xué)生把握量的概念非常重要。此外，反應(yīng)原料的加入順序與加入方式也都特別重要。對(duì)于非常迅速的反應(yīng)，如果一次性的加入原料，可能發(fā)生試劑噴出傷人甚至爆炸。涉及到劇烈反應(yīng)，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)際需要，采取原料分多次加入或是慢慢滴加的方式。2016年9月發(fā)生在東華大學(xué)的生化實(shí)驗(yàn)室爆炸事故，就是由于學(xué)生用濃硫酸與高錳酸鉀氧化石墨粉，在制備氧化石墨烯的過(guò)程中，一次性加入氧化劑的量過(guò)多，造成急劇反應(yīng)所致。

總之，化工專業(yè)本科畢業(yè)論文的研究，相對(duì)來(lái)說(shuō)由于是比較長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)規(guī)范性的重要途徑。

二、基于學(xué)科本質(zhì)的思維能力

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，任何一個(gè)最終形成的學(xué)科，必定有其學(xué)科的一些本質(zhì)特點(diǎn)。因此，畢業(yè)論文指導(dǎo)過(guò)程中，讓學(xué)生了解本學(xué)科的特點(diǎn)是重點(diǎn)。化學(xué)變化的本質(zhì)是分子的變化，其中的元素并未改變，從分子的角度來(lái)思考問(wèn)題，是化學(xué)化工學(xué)科的基礎(chǔ)。

化學(xué)反應(yīng)形成新物質(zhì)，反應(yīng)的進(jìn)行宏觀上可以通過(guò)熱力學(xué)判斷。在微觀上從分子的角度思考，有利于形象化的理解。反應(yīng)過(guò)程本質(zhì)是原先分子的破壞，分子中的元素重新結(jié)合形成新分子。元素活性高，說(shuō)明其原子或者有多的電子急需給予，或者缺少電子急于獲得。含氟的高分子材料非常穩(wěn)定，由于氟原子的強(qiáng)結(jié)合力，新反應(yīng)要將其與原來(lái)結(jié)合的原子分開(kāi)非常困難。苯環(huán)由于電子多，容易給出電子與需要電子的原子結(jié)合。設(shè)計(jì)新化學(xué)反應(yīng)，如近年來(lái)熱門(mén)的甲烷活化催化研究中，考慮與想象反應(yīng)過(guò)程中原子的相互作用，為催化劑的開(kāi)發(fā)提供思路。

對(duì)于反應(yīng)后得到新物質(zhì)，通常都是與其他物質(zhì)混在一起的，需要分離。其中精餾與蒸餾是很重要的分離工藝過(guò)程，與氣液相平衡密切相關(guān)，例如有些組分形成正偏差體系，說(shuō)明氣化時(shí)組分容易進(jìn)入到氣相中?；旌象w系是否形成正偏差可以從分子作用的角度進(jìn)行定性的判斷。例如乙醇與水體系，由于乙醇分子中含有疏水的乙基CH3CH2-，它與水分子在一起相對(duì)來(lái)說(shuō)排斥作用比與相同分子大，混合體系必然趨向于有更大的距離，因此，容易變?yōu)闅庀?，形成正偏差體系?？偟膩?lái)說(shuō)，分子大小、形狀及相互作用差別大的混合體系，分離相對(duì)容易。因此，從分子的組成與結(jié)構(gòu)考慮，首先為分離工藝過(guò)程提供了定性的參考。

液相的表面張力是重要物理特性，主要由于表層分子受到內(nèi)側(cè)分子的吸引引起。不同混合體系表面張力大小可以從分子角度進(jìn)行定性判斷。例如水中加入無(wú)機(jī)鹽如NaCl，由于NaCl以鈉離子與氯離子分散水分子中，離子之間的相互作用比分子之間的作用強(qiáng)，因此，水中加入鹽必然導(dǎo)致表面張力增加。選擇添加劑來(lái)改變表面張力時(shí)，從分子角度來(lái)看給出定性依據(jù)。

材料是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)，其組成與結(jié)構(gòu)決定了性能。例如碳材料，雖然都是碳原子，但是不同結(jié)合所形成的不同分子，其性能完全不同。目前最硬的金剛石，由碳原子以四面體的形式結(jié)合。近年來(lái)熱門(mén)的石墨烯，碳原子在二維平面上通過(guò)六面體的形式結(jié)合，具有非常優(yōu)良的導(dǎo)熱導(dǎo)電等性能，開(kāi)創(chuàng)了21世紀(jì)的新材料紀(jì)元，將給世界帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的變化。從分子角度考慮材料的合成是化工的優(yōu)勢(shì)。

三、創(chuàng)新與解決問(wèn)題的能力

本科畢業(yè)論文不僅是論文的撰寫(xiě)，也是一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。在指導(dǎo)的過(guò)程中，分享學(xué)科發(fā)展史上經(jīng)典案例及創(chuàng)新方法，有利于啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維與解決問(wèn)題的能力。

確定氣體的壓力與體積的關(guān)系。由于氣體體積的變化引起壓力很小，采用一般活塞圓筒式來(lái)測(cè)量，會(huì)存在固體與容器摩擦與密封之間的矛盾。因?yàn)槿绻芊夂芎?，?huì)使得摩擦力太大，而如果摩擦力太小的話，可能就密封不好，測(cè)定的結(jié)果有很大的誤差。玻義耳采用了一種新的密封方式，這是直到目前也在用的測(cè)定氣壓方法，即采用液態(tài)水銀進(jìn)行密封。水銀是液體，其表面張力很大，一般的氣體不能滲透進(jìn)去，能夠很好的密封氣體，而且由于是液體，與固體的摩擦力很小。玻義耳通過(guò)水銀密封這種創(chuàng)新的方法，獲得氣體壓力與體積的關(guān)系，為理想氣體狀態(tài)方程確定奠定了基礎(chǔ)。

合成氨的工業(yè)化。由于反應(yīng)需要在高溫高壓下進(jìn)行，需要耐高壓與高溫的反應(yīng)器。要找到既能夠耐高溫又能夠耐高壓的材料很困難，工業(yè)化生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)，因此很難制備出反應(yīng)器。德國(guó)的博施設(shè)計(jì)了一個(gè)套管式反應(yīng)器，反應(yīng)器有兩層，內(nèi)層反應(yīng)器耐高溫，外層耐高壓。反應(yīng)原料壓縮到高壓后先進(jìn)入內(nèi)外層之間，在此條件下保持比較低的溫度，然后進(jìn)入內(nèi)層加熱到高溫進(jìn)行反應(yīng)。在雙層反應(yīng)器中，控制內(nèi)外層壓力相當(dāng)。對(duì)于內(nèi)層反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，由于內(nèi)外壓力相當(dāng)，不需要耐高壓；而外層反應(yīng)器，由于溫度低，無(wú)需耐高溫。因此，反應(yīng)器制備采用耐高壓材料作為外層，耐高溫材料作為內(nèi)層即可，有很多材料可選，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。不囿于傳統(tǒng)，這是創(chuàng)新的重要前提。

焦耳的熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)，是科學(xué)史上重要的經(jīng)典案例。其一設(shè)計(jì)巧妙的實(shí)驗(yàn)方法。在量熱器里盛液體，中間安裝帶有葉片的轉(zhuǎn)軸，下降重物帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)。由于葉片和液體的摩擦，液體變熱。由重物下落的高度算出轉(zhuǎn)化的機(jī)械功，而根據(jù)量熱器內(nèi)液體升高的溫度，可計(jì)算液體內(nèi)能的升高值，兩者比較即可求出熱功當(dāng)量值。其二嚴(yán)謹(jǐn)與堅(jiān)持的精神。為了得到準(zhǔn)確的數(shù)值，焦耳嘗試了不同的液體，近20年時(shí)間進(jìn)行了400多次的實(shí)驗(yàn)，才得到比較理想的結(jié)果。讓學(xué)生知道，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，除了采用創(chuàng)新的方法外，耐心與嚴(yán)謹(jǐn)同樣重要。

化工最終是要生產(chǎn)出合適的產(chǎn)品，具體工藝過(guò)程對(duì)產(chǎn)品存在很大的影響。例如脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES）來(lái)配置液體洗滌液時(shí)候，一定要將AES溶解到水中，如果反過(guò)來(lái)，把水加入到AES中，可能形成凝膠，得不到需要的產(chǎn)品。因此，化工工藝的細(xì)節(jié)是畢業(yè)論文指導(dǎo)的重點(diǎn)。

在制備出所需要產(chǎn)品過(guò)程中，工業(yè)上典型解決問(wèn)題的技巧值得與學(xué)生分享。玻璃由于原料中含有少量二價(jià)鐵離子而偏綠色，要得到白色玻璃，直接考慮當(dāng)然就是直接去除鐵離子。然而如果直接分離除去鐵離子，由于含量很低，成本非常高。工業(yè)上通過(guò)加入適量二氧化錳，在玻璃熔化過(guò)程中氧化二價(jià)鐵離子為三價(jià)鐵離子，二氧化錳中錳則被還原為三價(jià)錳。三價(jià)鐵偏黃色，而三價(jià)錳偏紫色，兩者互補(bǔ)變?yōu)榘咨?。生產(chǎn)中由除去某組分改變?yōu)榧尤脒m量其他組分，使產(chǎn)品達(dá)到使用性能為我們解決問(wèn)題提供了新思路。

化工產(chǎn)品組分的含量對(duì)性能有重要的影響，對(duì)組成含量差別很大的工業(yè)原料，直接控制含量往往很困難。例如鋼材的性能與含碳量密切相關(guān)，在英國(guó)掀起工業(yè)革命的貝塞麥煉鋼法，采用將空氣灌入熔鐵，利用其中氧氣與鐵中碳反應(yīng)生成二氧化碳，帶走部分的碳，得到合適鐵碳比的優(yōu)質(zhì)鋼。在最初工業(yè)化生產(chǎn)中，由于不同的鐵礦石原料含碳的差別很大，通過(guò)控制加入空氣的量來(lái)得到鐵碳比難度很大。后來(lái)，馬希特將工藝改為先加足夠的空氣，移除鐵中的所有碳，然后再摻回定量的碳，很容易得到合適鐵碳比的鋼材。

在化工本科畢業(yè)論文的指導(dǎo)中，通過(guò)進(jìn)行化工發(fā)展史上經(jīng)典創(chuàng)新案例及分析解決問(wèn)題方法的交流，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與分析解決問(wèn)題能力的重要途徑。

總之，化工專業(yè)本科畢業(yè)論文是本科學(xué)業(yè)的重要環(huán)節(jié)。在畢業(yè)論文課題研究的實(shí)踐過(guò)程中，指導(dǎo)學(xué)生把握本學(xué)科規(guī)范、了解學(xué)科的本質(zhì)、借鑒學(xué)科發(fā)展史上經(jīng)典創(chuàng)新與分析解決問(wèn)題的方法，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)、盡快適應(yīng)化工及相關(guān)專業(yè)的工作、解決問(wèn)題與創(chuàng)新思維等方面具有重要的意義。

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Absrtact：As an important part of the course of study，the thesis，besides the writing of the final thesis，is very practical for the engineering，discipline and discipline thinking of chemical engineering major. The ability to analyze and solve problems and the spirit of innovation are the key points in the practical process of degree thesis. It is of great significance for graduates who can solve problems and have innovative thinking.

Key words：chemical undergraduate；thesis guidance；professional norms；subject thinking；innovation ability