化工原理課程設計的教學體會與改革*

灣麗娟

(內蒙古工業(yè)大學化工學院，內蒙古 呼和浩特 010051)

化工原理是化工及相關專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課，它擔負著由理論到工程、由基礎到專業(yè)的橋梁作用[1]?；ぴ碚n程設計就是繼化工原理課程之后的一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)，要求學生在規(guī)定的時間內運用化工原理課程所學知識，完成指定的化工單元操作設計任務。通過課程設計教學，一方面可以使學生鞏固和加深化工單元操作基本原理，更重要的是使學生能綜合運用化工基本原理知識來發(fā)現(xiàn)、分析和解決實際工程問題[2]。課程設計是學生對工程實際問題復雜性的初次嘗試，對于工科素質和工程能力的培養(yǎng)起著重要的作用[3]。為了更好地適應高校對應用型人才的培養(yǎng)要求，提高課程設計的教學效果，針對以往化工原理課程設計中存在的一些問題，筆者進行了相關的改革和實踐。

1 設計任務有別，學生協(xié)同合作

做到設計題目相近，一生一題。如果題目完全相同，有些學生就會產生惰性思維。一生一題可以保證每位學生都得到一次全面的工程設計初步訓練。如果題目相差很遠，學生之間無法交流討論。對于課程設計，學生與學生，學生與老師的交流非常重要，他們可以在討論中領悟到很多知識。而且學生在交流討論中完成設計，不但團結協(xié)作能力得到增強，還可以體會到成就感。對于部分學習成績比較優(yōu)秀又對化工方面有濃厚興趣的學生，在征得本人同意后，可以對其進行更高層次的培養(yǎng)。比如鼓勵這些學生以小組形式參加各類大學生化工設計競賽，把競賽題目引入課程設計等。

2 把控好第一關

對于學生來說，以往做題條件都是已知的，他們已經習慣于在條件齊全的前提下解決問題，但課程設計中任務書給出的條件和數據不是完備的，諸如原料液的比熱容、黏度等等都是未知數，而且有的參數直接查物性手冊查不到，此時的學生非常迷茫，這就需要老師積極引導學生如何利用現(xiàn)有的條件去獲取較為準確的參數數據，并且把好質量關。如果最基礎的數據有誤，那么后續(xù)設計的準確性將無從談起。因此要把控好第一關——基礎數據的獲取。

3 傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結合的設計過程

由于課程設計中公式多，參數多，計算任務繁重，一旦某個參數出錯，會導致步步錯；而且有些參數需要自己設定，計算過程往往需要試差，一旦校核失敗，整個計算過程又要重新來過。這時很多學生會有畏難心理，提出直接編程計算。但編程計算首先要知道計算的先后順序、設備進出分別是哪些物料以及各種公式的應用條件等，沒有手算的歷練，就無法編制出正確合理的程序。比如設計換熱器時無相變流體在管外強制對流的對流傳熱系數和蒸汽在水平管束冷凝的對流傳熱系數的計算中，實踐證明不經歷手算的同學編程計算時基本都會出錯，不是公式用錯就是參數使用有誤，而歷經手算的同學錯誤率很小。

工程計算不僅需要正確運用計算公式，還要正確選擇設計參數，因為設計結果是環(huán)環(huán)相扣的，每一步設計的基礎數據都源于前面的計算結果，所以需要對每一步計算進行驗算，這樣才能確保結果準確無誤，因此課程設計的計算量非常大，而手工計算的準確度往往很難保證[4]。若采用 Excel和Aspen Plus、Cup-Tower等程序和工程軟件，可以大大減小計算工作量，提高計算效率和計算精度。例如精餾板式塔的理論板數的計算，若用手算的逐板計算法，需要把氣液平衡方程和操作線方程反復交替進行多次運算，才能獲得最終結果，如果產量大且分離精度要求較高，理論板數會非常多，手工計算不僅工作量繁重而且屬于重復勞動意義不大。若用Cup-Tower軟件進行計算，只要輸入分離所需要達到的條件，運行軟件后可以迅速計算出全塔理論板數和精餾段理論板數，同時加料板的位置也被確定。通過對比可以看出年輕學生對工程軟件的學習和使用有著濃厚的興趣，而且學會使用這些軟件也是他們今后從事專業(yè)工作必備的工作技能，可以有效地提升學生就業(yè)的競爭力。此外，圖紙的繪制方面用AutoCAD軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工制圖。我校在大一就開設了《機械制圖》課程、大二年級開設了《AutoCAD軟件運用》，這些內容的學習在化工原理課程設計中得到了充分的應用。制圖過程中要求學生結合HG200519制圖標準繪制相關的設計圖紙。利用AutoCAD軟件，圖紙出錯時修改方便，真正做到了圖面清潔、工作高效、設計精準，同時也培養(yǎng)了學生使用現(xiàn)代科學技術解決工程問題的能力[5]。

4 運用經濟與工程并重的思想優(yōu)化設計方案

化工原理課程設計結果不是唯一的，在設計方案校核成功后，可以調整部分參數，使之在合格的基礎上性能進一步優(yōu)化，使設備費用和操作費用最優(yōu)。如何調整、為什么這樣調整？可以適當布置一些問題引導學生展開討論，比如在換熱器的課程設計當中經常會出現(xiàn)這樣的情況：學生根據已知條件和參數設計選擇出某種型號的換熱器，該換熱器也通過了管程壓降、殼程壓降和傳熱系數的校核，這樣的換熱器可以認為合格但往往不是最優(yōu)。此時我們可以從Q=KSΔtm出發(fā)，組織學生從這個角度去討論應該如何強化傳熱？當管程流速或殼程流速增大時，K值會如何變化？對設備費用有何影響？當ui或uo增大，壓降又會如何變化，對操作費用有何影響？怎樣實現(xiàn)經濟費用最優(yōu)？這些因素之間往往是相互矛盾的，需要進行反復的計算，并對每次的結果進行綜合分析比較后，才能確定適宜的設計方案。實踐證明，通過思考和討論，學生會對做過的課程設計進行梳理，加深對化工原理理論的理解，還可以明確優(yōu)化的方向，培養(yǎng)了學生工程兼顧經濟的思想。

5 成績評定多元化

課程設計的綜合成績包括過程考核和最終考核兩部分，其中過程考核占50%。

真正的課程設計應該是注重設計過程當中的養(yǎng)成教育[6]。而以往的成績評定一般依據學生上交的一份說明書和相關圖紙進行評定，這種方式“重結果、輕過程”，無法體現(xiàn)學生設計過程的思想，使部分學生不安于做設計，不認真思考，甚至有的抄襲上屆學生的設計，敷衍了事，老師往往不能及時發(fā)現(xiàn)學生在設計過程中出現(xiàn)的問題和錯誤，學生未能得到應有的訓練。對于這些成績評定的弊病，為了防患于未然，我們將過程考核和最終考核用相應的比例結合起來，及時跟蹤學生的設計進度，在不同的設計階段，制定不同的考核指標。比如收集資料階段，對基礎數據的準確性予以評定；筆算階段，對計算流程和公式進行檢查；軟件計算階段按時間節(jié)點上交計算結果等等，通過以上各項給出過程考核成績。設計過程的檢查考核只是手段，重要的是可以發(fā)現(xiàn)并向學生反饋其中存在的問題，督促其及時改正。實施該項措施后，班級的課設風氣迅速扭轉，學生的學習積極性和主動性都有了很大的提高，效果非常顯著。

設計說明書是對課程設計過程的全面總結，其內容應包括設計的原理、設計方案的選擇與分析、具體設計內容及軟件使用水平等。說明書要求學生運用word進行撰寫，其中包括公式的編輯以及表格的繪制，可以加強學生對辦公軟件運用的熟悉度[4]。成績的評定會考慮諸如說明書和圖紙是否正確，格式是否符合要求，學生是否全面分析了所設計的工程以及整體設計方案的可行性和創(chuàng)新性等等。該項成績也是課程設計成績的一個重要組成部分。

6 結 語

我們對課程設計的選題、管理、設計手段和考核體系等方面進行改革之后，學生能夠主動查閱相關資料和國家技術標準，掌握化工單元操作的基本設計流程，正確選用公式并運用計算軟件，初步具備了將所學理論知識解決實際工程問題的實踐能力，同時在設計過程中養(yǎng)成了實事求是的學習態(tài)度和認真嚴謹的工作作風。