基于教學(xué)賽模式的《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)實(shí)踐與探索

＊王成君 蘇瓊 孫初鋒 王愛(ài)軍 陳麗華

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730030)

1.研究背景及意義

由中國(guó)化工學(xué)會(huì)、中國(guó)化工教育協(xié)會(huì)在浙江省天正設(shè)計(jì)工程股份有限公司的冠名贊助下舉辦的“天正設(shè)計(jì)杯”全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽是化工教育界影響最大、參與面最廣的大學(xué)生競(jìng)賽活動(dòng)。旨在多方面培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神及個(gè)人綜合素養(yǎng)。

《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》是一門(mén)綜合性強(qiáng)的設(shè)計(jì)性課程，在整個(gè)化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)體系中具有舉足輕重的作用。通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生綜合運(yùn)用畫(huà)法幾何及工程制圖，化工儀表及自動(dòng)化，化工CAD等課程的理論知識(shí)，借助化工設(shè)計(jì)課程的基本知識(shí)、基本原理和基本方法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的設(shè)計(jì)任務(wù)，通過(guò)初步進(jìn)行工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，使學(xué)生具備化工工藝初步設(shè)計(jì)和優(yōu)化能力；熟悉設(shè)備布置的基本知識(shí)和綜合考慮影響因素等內(nèi)容，掌握工藝、建筑、設(shè)備對(duì)車(chē)間布置的基本要求，具備工廠設(shè)備布置設(shè)計(jì)的初級(jí)經(jīng)驗(yàn)。從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，綜合利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

結(jié)合我校開(kāi)設(shè)《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》的實(shí)際情況，為了幫助學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)過(guò)程，由學(xué)生向工程師角色轉(zhuǎn)變，將化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽與《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》課程融合起來(lái)，系統(tǒng)的探討改革與提升該門(mén)課程的教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

2.《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》與化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽相結(jié)合對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的意義

本屆化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽以“為某大型化工企業(yè)設(shè)計(jì)一座異丙醇生產(chǎn)分廠或?yàn)楝F(xiàn)有的異丙醇生產(chǎn)分廠設(shè)計(jì)技術(shù)改造方案”為設(shè)計(jì)題目，要求學(xué)生按照要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成作品的設(shè)計(jì)并提交。參賽隊(duì)伍一般由5位學(xué)生，5位指導(dǎo)老師組成。首先對(duì)給定的設(shè)計(jì)題目進(jìn)行分析，通過(guò)確定工藝流程，進(jìn)而進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)，提出控制方案，換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，繪制工程圖紙，最后進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程工作量大，耗時(shí)長(zhǎng)，非常考驗(yàn)學(xué)生的科學(xué)研究、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽提交的作品主要有設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、化工工藝流程模擬源文件、設(shè)備設(shè)計(jì)源文件、工程設(shè)計(jì)圖紙等[1]，這與化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)。在作品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要求參賽學(xué)生和指導(dǎo)老師不僅需要大量綜合運(yùn)用所學(xué)的化工方面的理論知識(shí)、同時(shí)還要大量查閱資料、使用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行化工設(shè)計(jì)、繪圖、工藝分析評(píng)價(jià)、工藝設(shè)備創(chuàng)新、工藝流程說(shuō)明等工作。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，指導(dǎo)老師和參賽學(xué)生都需積極主動(dòng)、高效、大量的學(xué)習(xí)化工工程設(shè)計(jì)類(lèi)的相關(guān)知識(shí)，并將其應(yīng)用到競(jìng)賽作品的設(shè)計(jì)過(guò)程中。在這一過(guò)程中，選派一些擁有豐富的工程實(shí)踐和工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的老師作為化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽的指導(dǎo)老師，通過(guò)競(jìng)賽的組織、籌備及對(duì)學(xué)生的精心指導(dǎo)，不僅夯實(shí)了學(xué)生的化工設(shè)計(jì)方面的理論知識(shí)，提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，也豐富了指導(dǎo)老師自身的理論知識(shí)，科研能力得到有效鍛煉，達(dá)到促進(jìn)雙師型師資隊(duì)伍建設(shè)的目的[2]。另外，在指導(dǎo)學(xué)生完成作品的過(guò)程中，老師也會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》學(xué)習(xí)方面的問(wèn)題和不足，及時(shí)調(diào)整《化工設(shè)計(jì)》及《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》類(lèi)課程的教學(xué)內(nèi)容、方法和手段，進(jìn)行教學(xué)改革、優(yōu)化教學(xué)環(huán)節(jié)、提升教學(xué)質(zhì)量。

通過(guò)化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，使得課堂上的學(xué)習(xí)內(nèi)容有了實(shí)際的用途，加深了對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解和應(yīng)用，學(xué)生可以深刻認(rèn)識(shí)和體會(huì)到一個(gè)化工廠的整體設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)。通過(guò)競(jìng)賽能比較全面地反映大學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，AspenPlus、CAD、Sketchup、SW6等基本計(jì)算機(jī)輔助軟件的使用，相關(guān)專(zhuān)業(yè)資料的查閱和調(diào)研能力的現(xiàn)狀。因此，化工設(shè)計(jì)大賽對(duì)當(dāng)代化工專(zhuān)業(yè)大學(xué)生工程能力的培養(yǎng)具有突出的作用，是展現(xiàn)化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)優(yōu)秀大學(xué)生綜合能力的舞臺(tái)，是孕育化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)卓越工程師的搖籃。

3.教學(xué)賽模式下《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》課程的優(yōu)化與實(shí)踐

(1)拓展知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

2021年化工設(shè)計(jì)大賽的題目是要求建設(shè)一座年產(chǎn)5萬(wàn)噸異丙醇生產(chǎn)分廠。目前，工業(yè)上異丙醇的生產(chǎn)主要有丙烯水合法和丙酮加氫法。參賽學(xué)生拿到題目后，通過(guò)各種文獻(xiàn)獲取知識(shí)，了解異丙醇的生產(chǎn)方法，主要原料、催化劑、工藝流程、副產(chǎn)物，工藝方案的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)。分析對(duì)比丙烯水合法和丙酮加氫法兩種工藝路線(xiàn)的投資、能耗、污染和原料等，選出最佳生產(chǎn)工藝流程。競(jìng)賽所提交的作品中諸如ALOHA分析、HAZOP分析、經(jīng)濟(jì)分析及環(huán)境影響分析評(píng)價(jià)等內(nèi)容可能有些專(zhuān)業(yè)的本科生未接觸過(guò)，因此，需要學(xué)生課余花大量時(shí)間去自學(xué)。另外，學(xué)生還需要學(xué)習(xí)各種車(chē)間布置，廠區(qū)布置的原則及規(guī)范，這就擴(kuò)大了學(xué)生們的知識(shí)信息量，使其以更主動(dòng)、積極的態(tài)度去鉆研更多內(nèi)容，從而培養(yǎng)了其自主學(xué)習(xí)的能力。

(2)鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助軟件，提高教學(xué)效果

熟練掌握化工專(zhuān)業(yè)軟件是化工行業(yè)從業(yè)人員必須具備的重要能力，化工設(shè)計(jì)大賽中涉及到的計(jì)算機(jī)輔助軟件主要有Aspen Plus、CAD、Sketchup、SW6等，《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》課程中的物料衡算，能量衡算，化工設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型等內(nèi)容都可以通過(guò)化工模擬軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，考慮將教學(xué)過(guò)程與軟件練習(xí)有機(jī)結(jié)合，鼓勵(lì)同學(xué)們利用相應(yīng)軟件設(shè)計(jì)化工生產(chǎn)過(guò)程，完成《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》的大作業(yè)，提高教學(xué)效果。促使學(xué)生積極主動(dòng)地去學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助軟件，這樣不僅能提升學(xué)生使用計(jì)算機(jī)輔助軟件的能力，順利完成課程大作業(yè)，有利于參加化工設(shè)計(jì)大賽，同時(shí)，又可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際生產(chǎn)中的化工問(wèn)題，為今后走上工作崗位奠定了基礎(chǔ)。

(3)補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)綠色化工、智慧化工的理解

化工設(shè)計(jì)大賽涉及到的知識(shí)涵蓋面非常廣泛，而《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》的教學(xué)內(nèi)容和深度遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足化工設(shè)計(jì)大賽以及培養(yǎng)化工專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的需求。因此，課程老師不僅要講授教材知識(shí)，還要對(duì)工廠的實(shí)際生產(chǎn)有一定的認(rèn)識(shí)，并且需要將化工行業(yè)的一些新概念（智慧化工、綠色化工）、新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新政策等及時(shí)補(bǔ)充到教學(xué)過(guò)程當(dāng)中，使學(xué)生緊跟化工行業(yè)的發(fā)展潮流。隨著高科技的發(fā)展，化工行業(yè)也在積極向智能化、綠色化發(fā)展，化工設(shè)計(jì)大賽也順應(yīng)時(shí)代的潮流，競(jìng)賽作品對(duì)綠色、節(jié)能、環(huán)保的工藝、化工設(shè)備智能控制等諸多方面有了更多的要求[3]，通過(guò)化工設(shè)計(jì)大賽讓同學(xué)們意識(shí)到環(huán)保、節(jié)能對(duì)化工企業(yè)的重要性，學(xué)習(xí)三廢處理、節(jié)能降耗、智能化控制的方法，幫助同學(xué)們建立綠色化工、智能化工的框架，加深對(duì)它們的理解。

(4)培養(yǎng)創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐能力

化工設(shè)計(jì)大賽的題目與化工行業(yè)緊密聯(lián)系，大多來(lái)自于生產(chǎn)實(shí)際[4]。因此，競(jìng)賽作品想要獲獎(jiǎng)，需要學(xué)生深入生產(chǎn)實(shí)際調(diào)研，查閱大量的文獻(xiàn)和資料，關(guān)注化工學(xué)科研究前沿，并盡可能將更多的創(chuàng)新點(diǎn)引入到自己的作品中，在完成工藝方案設(shè)計(jì)、生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)、管道布置、車(chē)間設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、工廠3D模型建立等過(guò)程中，不但使同學(xué)們對(duì)化工行業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)有了更多的認(rèn)識(shí)，而且也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

(5)提高團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，設(shè)置答辯環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人素養(yǎng)

化工設(shè)計(jì)大賽從開(kāi)始到結(jié)束歷時(shí)長(zhǎng)，完成化工設(shè)計(jì)大賽作品的過(guò)程是一個(gè)艱辛，漫長(zhǎng)的過(guò)程，尤其對(duì)于一些難度較大的工作，單靠一個(gè)人的力量是完不成的，因此團(tuán)隊(duì)各成員的分工協(xié)作，相互配合、相互理解、相互幫助是至關(guān)重要的。尤其答辯過(guò)程，這是向?qū)＜艺故靖?jìng)賽作品的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，團(tuán)隊(duì)擁有融洽和諧的關(guān)系能夠展示出強(qiáng)大的凝聚力，在答辯過(guò)程中完美的配合會(huì)使其達(dá)到一個(gè)更高的水平。借鑒化工設(shè)計(jì)大賽的模式，將答辯環(huán)節(jié)設(shè)置于《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》的教學(xué)過(guò)程中，每個(gè)小組完成課程大作業(yè)后，需要制作PPT進(jìn)行答辯匯報(bào)。學(xué)生在答辯過(guò)程中的儀表儀態(tài)、語(yǔ)言表達(dá)能力、小組成員相互配合的默契度、時(shí)間的精準(zhǔn)把握及個(gè)人綜合素養(yǎng)等方面都能得到更好地鍛煉。

(6)建立校企合作模式，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力

通過(guò)化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽，建立校企合作模式，企業(yè)可以為學(xué)生提供實(shí)習(xí)，廠區(qū)參觀學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，亦可安排專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員為學(xué)生競(jìng)賽提供指導(dǎo)，使參賽學(xué)生的作品更符合實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，同時(shí)，企業(yè)可以通過(guò)化工設(shè)計(jì)大賽了解學(xué)生的實(shí)力，也可根據(jù)社會(huì)需求，針對(duì)性地提出化工專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案方面的建議，從而幫助學(xué)校培養(yǎng)出工程實(shí)踐能力強(qiáng)，適合企業(yè)生產(chǎn)的學(xué)生，以便學(xué)生畢業(yè)后更好為企業(yè)服務(wù)。同時(shí)，建立校企合作模式也為企業(yè)增加了一定的社會(huì)影響力，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

(7)我校參加化工設(shè)計(jì)大賽獲獎(jiǎng)情況

近年來(lái)，我校學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽中取得了豐碩的成果，如表1所示。

表1 全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽獲獎(jiǎng)情況一覽表

4.結(jié)語(yǔ)

《化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》是一門(mén)實(shí)踐性和綜合性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)選修課，將化工設(shè)計(jì)大賽與該門(mén)課程的教學(xué)過(guò)程相結(jié)合，達(dá)到“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促改”的目的。借助大賽平臺(tái)，補(bǔ)充和優(yōu)化課程的教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)現(xiàn)有教學(xué)手段，保障和提升教學(xué)質(zhì)量和效果，提高學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，為化工行業(yè)培養(yǎng)新型的綜合性工程技術(shù)人才。