化工過程模擬與優(yōu)化在線教學的探討

武寶萍，許前會，朱 婧，安 紅

(江蘇海洋大學 化學工程學院，江蘇 連云港 222005)

《化工過程模擬與優(yōu)化》是以化工工藝過程的機理模型為基礎，通過進行化工過程或單元設備的物料衡算、熱量衡算、設備選型和能量分析，對工藝流程進行方案的選擇和優(yōu)化，使工藝流程過程的投資和費用最低，為企業(yè)提高經濟效益作分析指導?；み^程模擬與優(yōu)化需要物理化學、化工原理、反應工程、分離工程、化工熱力學、計算在化工中的應用等多門課程內容，而且通過它把各門課程之間有機地聯系一起，突出理論和實踐相結合。目前應用最為廣泛的化工流程模擬軟件有Aspen Plus,Aspen Hysys,Pro/II,ChemCAD等。

2019年《化工過程模擬與優(yōu)化》被建設成校級在線課程，通過2019學年在線課程建設以及針對2016級化工專業(yè)學生實施線上和線下混合式教學，取得一定的教學效果。2020年1月份新冠疫情爆發(fā)，疫情導致不能正常開學，為了應對特殊情況我們采取線上教學模式，通過完全的線上教學，我們取得一定教學經驗，同時教學過程中也存在一些問題。下面我們從化工過程模擬與優(yōu)化教學面臨問題、教學改革措施、改革成果等方面進行了分析探討。

1 化工模擬與優(yōu)化面臨的問題

1.1 專業(yè)性太強，難度大

學生在學習了高等數學、物理化學、化工原理、反應工程、分離工程、化工熱力學等多門課程以后，基本學會了化學反應過程、化工過程以及系統工程的方法論來處理化工過程模擬與優(yōu)化問題。化工過程模擬與優(yōu)化主要培養(yǎng)化工專業(yè)學生學習過程中發(fā)現問題，分析問題和解決復雜工程問題的能力。化工過程模擬與優(yōu)化主要內容是采用三種方法解決三大類問題。那么化工過程模擬與優(yōu)化的三種基本方法是：序貫模塊法、面向方程法、聯立模塊法。三大類問題是：過程系統的模擬分析、過程系統設計、過程系統參數優(yōu)化[1]。本門課程專業(yè)性很強，學生在學習過程枯燥無味，如何提高學生對本課程的興趣是我們教學改革的難題。

1.2 課程學時較少

學校每四年制定一次培養(yǎng)方案，總學分逐漸減少，基礎課學分不變，只能減少專業(yè)課學分?；つM與優(yōu)化總課時48學時，包括24學時理論教學，24學時實驗教學，每周3學時。根據培養(yǎng)計劃教師要想詳細的講授完化工過程模擬與優(yōu)化課程內容是有難度的。除了理論課學習外，我們還要學習實踐課內容，實踐課內容主要是采用Aspen plus軟件進行理論知識的驗證，主要包括物性分析、單元模塊模擬、工程模擬工具、工藝流程模擬等。動態(tài)模擬和熱量分析，安全分析只能自學。

2 化工模擬與優(yōu)化教學改革措施

2.1 建立超星平臺在線開放課程

通過和課題組老師研討，構建化工過程模擬與優(yōu)化超星平臺在線開放課程。對化工模擬與優(yōu)化知識點進行了精選，選出45個知識點，制作成超星在線課程，課程視頻總時長約360 min，每個知識點5～15 min，已經在超星平臺上線運行。根據課程教學大綱要求把相應的授課內容和相關的教學資料都發(fā)布到超星網站上，學生根據教師的安排學習或者自主學習，最后可以通過線下和線上作業(yè)或者測驗等了解學生對知識的掌握程度。采用線下課堂教學和線上網絡教學相結合的教學模式，在教學過程中引入在線教學解決授課形式單一、課時數少和教學互動少的問題?？梢砸龑W生主動接受學習、提高自主學習的能力，使學習的知識得到鞏固和提高，從而提高學習效果。

2.2 理論和實踐相結合教學模式

在講授理論知識的同時和上機實踐相結合。例如講到精餾塔參數優(yōu)化和塔底再沸器時，讓學生們打開Aspen plus塔模塊(如圖1)和塔底再沸器類型(圖2)[2]，認識塔模塊以及怎么設定參數和優(yōu)化工藝參數。讓學生感覺到把學到的理論知識立馬能實踐了，把抽象的知識實踐化了，讓學生真正體會到應用到實際生產和生活的不同方面，提高學習的興趣和主動性。使學生有主動學習的沖動，起到了將理論到實際應用的引導作用。

圖1 塔設備單元模塊

圖2 塔底再沸器類型

2.3 實踐教學，分組討論

實踐教學24學時，分12學時課內實踐，12課時課外實踐。課外實踐教學時，5個學生為一組，每組學生設計某化工產品的工藝流程過程，包括產品工藝流程方案的確定、物料衡算、熱量衡算、設備選型、經濟核算等，完成形式是撰寫一份設計說明書。五人相互討論、分工協作，鍛煉學生的團隊協作能力，大大提高了學生的學習興趣和參與感，營造了良好的學習氛圍。通過分組設計鍛煉，為以后學生參加設計大賽和畢業(yè)設計打下良好的基礎。

3 化工過程模擬與優(yōu)化在線課程教學改革的成果

化工過程模擬與優(yōu)化教學設計是是線上線下混合式教學，通過線上課程運行，學生可以做到課前預習，課后復習，不懂地方可以觀看在線課程視頻、在線資料。通過觀看視頻資料、課堂上老師的講解、隨堂測驗的練習、課堂上及討論區(qū)老師、同學的答疑、單元測驗、課后作業(yè)、期末考試等環(huán)節(jié)對學生學習有較大的督促和幫助，使學習、互動更靈活、便捷，幫助學生一步一步加深知識的理解，實現傳統教育模式下很難達到的教學效果；有力推進了化工過程模擬與優(yōu)化教學從“灌輸式”向“自學式”的變革，從而構建起以學生為中心的教學體系[3]。

考試成績分為線上成績?yōu)?0%和線下成績?yōu)?0%。線上成績(如圖3)分為課程視頻占15%、章節(jié)檢測占20%、討論占10%、課堂互動占10%、作業(yè)占15%、考試占30%。線下成績?yōu)槠綍r表現30%、提交設計作業(yè)70%。考試成績的細化，督促學生從各個方面入手學習，養(yǎng)成良好的自學習慣，有利培養(yǎng)自學能力，為以后工作打下良好的基礎。

圖3 線上成績管理