化工過程分析與合成實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)改革的研究與探索

摘要:根據(jù)學(xué)校定位、辦學(xué)理念、培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合化學(xué)工程專業(yè)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐，針對(duì)應(yīng)用型本科高校如何建立與高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)的實(shí)踐性教學(xué)課程體系，分析南陽理工學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程專業(yè)“化工過程分析與合成”在實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，對(duì)人才培養(yǎng)模式、專業(yè)方向、課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容體系安排等進(jìn)行了論述，并探索了有利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的加強(qiáng)化工過程分析與合成課程實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的方法措施。

關(guān)鍵詞:應(yīng)用型本科院校實(shí)踐課程體系實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)化工過程分析與合成

中圖分類號(hào):G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)03(a)-0144-02

化工過程分析與合成是南陽理工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門聯(lián)系化學(xué)工藝與化學(xué)工程理論和應(yīng)用緊密結(jié)合的跨學(xué)科的綜合性課程。實(shí)踐性教學(xué)在人才培養(yǎng)過程是中必不可少的重要環(huán)節(jié)，加強(qiáng)該理論課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)尤為重要。

化工過程分析與合成課程培養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能運(yùn)用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)和方法來研究化工過程的開發(fā)、設(shè)計(jì)、最優(yōu)操作和最優(yōu)控制，應(yīng)用化工過程模擬和優(yōu)化方法開發(fā)新型化工過程和改造現(xiàn)有工廠技術(shù)，優(yōu)化設(shè)備之間的最優(yōu)連接組合方式，使化工過程系統(tǒng)在開發(fā)、設(shè)計(jì)、操作、管理等各個(gè)層面上達(dá)到最優(yōu)化。它也是一門實(shí)踐性和探索性很強(qiáng)的課程，其中的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是鞏固理論知識(shí)、加深對(duì)理論認(rèn)識(shí)的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)專門人才的重要環(huán)節(jié)，更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新能力、加強(qiáng)學(xué)生處理化學(xué)工業(yè)實(shí)際問題的能力、提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要載體。

南陽理工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)化工過程分析與合成課程教學(xué)還存在一些不足之處:課程體系和教學(xué)內(nèi)容與應(yīng)用型本科課程體系的結(jié)構(gòu)和專業(yè)需要的知識(shí)、能力、素質(zhì)存在脫節(jié)現(xiàn)象;實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)突出不夠;獨(dú)立的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)考核體系尚未建立或健全，從而無法對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力作出公正而又科學(xué)的評(píng)價(jià)。為此，我們對(duì)此課程設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容安排和教學(xué)方法進(jìn)行研究，并探索了加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的方法措施。

1 更新教育理念，準(zhǔn)確把握實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)與人才培養(yǎng)的關(guān)系

高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新和實(shí)踐能力的人才，而人才的成長必須有一個(gè)經(jīng)實(shí)踐由知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的過程。實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)有助于檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)書本知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力;能給學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)的空間與條件，也符合高等教育規(guī)律和人才成長規(guī)律。

應(yīng)用型本科院校改革實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)堅(jiān)持“理論教學(xué)與實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)并重原則”，以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力”的高素質(zhì)、創(chuàng)新型復(fù)合人才為指導(dǎo)思想，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)重視理論的系統(tǒng)性向倡導(dǎo)應(yīng)用的綜合性轉(zhuǎn)變。[1]

2 合理安排實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容，探索改進(jìn)教學(xué)方法

通過國內(nèi)外教材對(duì)比和教學(xué)實(shí)踐，我們有選擇的引進(jìn)國外優(yōu)秀教材由Klaus Hartmann和K.Kaplick編著的Analysis and Synthesis of Chemical Process Systems (Computer Aided Chemical Engineering) 作為參考，并加以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充或刪減。我們注意課程的系統(tǒng)性，并且注重教材的實(shí)踐性、科學(xué)性和先進(jìn)性，由此安排課程講授的重點(diǎn)內(nèi)容有:回路矩陣法確定斷裂流股、確定單元計(jì)算順序、收斂計(jì)算方法;隨機(jī)優(yōu)化搜索方法解非線性規(guī)劃和混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題;單純型序貫實(shí)驗(yàn)法、統(tǒng)計(jì)調(diào)優(yōu)法;熱回收夾點(diǎn)、問題表格算法;直觀推斷法和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法綜合分離序列。對(duì)可能影響理解課程內(nèi)容如過程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)表示、換熱網(wǎng)絡(luò)合成有關(guān)的圖論概念，我們以類似超鏈接的形式在課堂上講授，這樣能夠?qū)W生理解得更透徹。高起點(diǎn)的課程也有利于我們探索雙語教學(xué)的方法，同時(shí)重視課堂內(nèi)外英語的應(yīng)用，提高教學(xué)認(rèn)知和學(xué)生認(rèn)知，也使學(xué)生能了解到最新的學(xué)科進(jìn)展。[2]

把以講解教材、傳授知識(shí)為主的封閉式教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐栽鲩L經(jīng)驗(yàn)、發(fā)展創(chuàng)造為主的開放式教學(xué)，把傳統(tǒng)的 “我講你聽”的課堂氣氛改變?yōu)樯鷦?dòng)活潑、主動(dòng)探索、民主協(xié)商的課堂氣氛，如講到鄰接矩陣時(shí)就提出商人過河問題，給課堂也引入了趣味性。也更注重教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)工具等四方面的協(xié)同創(chuàng)新，采取啟發(fā)式、討論式、參與式、案例式、研究式等多種教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)教學(xué)要素或資源的全面開發(fā)與整合。講授時(shí)著力介紹教學(xué)內(nèi)容的工程背景、工程意義，同時(shí)提出若干問題，通過學(xué)習(xí)學(xué)生能夠?qū)υ撝R(shí)點(diǎn)工程背景、工程意義有所了解，明確相關(guān)的教學(xué)單元及其每單元的主要內(nèi)容和重點(diǎn)難點(diǎn)，以知識(shí)點(diǎn)為教學(xué)單元展開教學(xué)內(nèi)容，有效利用授課電子教案、教學(xué)案例、工程軟件等豐富教學(xué)素材，通過授課、練習(xí)和研討相結(jié)合的方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性，從而很好的掌握基本概念的建立和基本方法。教案是教師組織教學(xué)的重要工具，我們注重教案結(jié)構(gòu)清晰、重點(diǎn)突出、教學(xué)素材豐富。預(yù)習(xí)階段是良好教學(xué)效果的重要保證，在教學(xué)過程中，我們始終堅(jiān)持“師生合作教學(xué)”的基本原則，我們歡迎學(xué)生帶著問題進(jìn)入課堂，能形成良性互動(dòng)的課堂氛圍。沒有平時(shí)的練習(xí)，抽象的課程內(nèi)容很難使學(xué)生消化吸收，為此，我們編寫了配套習(xí)題及CAI課件，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及工程實(shí)踐能力。同時(shí)，通過問卷等多種形式收集反饋信息，以便進(jìn)一步改善教學(xué)效果。采用多媒體課件教學(xué)的同時(shí)，也切合實(shí)際地輔以少量板書，實(shí)踐證明，這樣的教法效果很好。

課程講授重點(diǎn)由數(shù)學(xué)推導(dǎo)為主轉(zhuǎn)變?yōu)榉椒ㄕ摰恼莆眨瑫r(shí)突出介紹Aspen plus、Pro-Ⅱ、HEXTRAN、Hisys和Matlab等先進(jìn)的工程工具及應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生利用工程工具去解決實(shí)際問題。通過應(yīng)用也使抽象的知識(shí)形象化，使學(xué)生感受到學(xué)有所用，學(xué)習(xí)更有熱情。

3 加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，完善實(shí)踐課程體系

南陽理工學(xué)院定位是應(yīng)用型工科大學(xué)，對(duì)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的要求一直都很重視，目前，南陽理工學(xué)院實(shí)踐課程體系共設(shè)置五層，各層次關(guān)系見表1。

在理論課程教學(xué)中突出實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)有助于基礎(chǔ)理論和基本技能培養(yǎng)。“過程系統(tǒng)工程分析與綜合”。

課程的特點(diǎn)是以電子計(jì)算機(jī)為依托，以相關(guān)工程軟件為平臺(tái)．利用化學(xué)工程的基本概念和系統(tǒng)工程的基本方法解決過程工業(yè)中的實(shí)際生產(chǎn)問題，立足于學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展，注重促進(jìn)學(xué)生良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的形成。目前本課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)框架是在理論知識(shí)講授的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生分別選擇一種過程系統(tǒng)為例，對(duì)它們從過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模擬與分析、設(shè)備工藝技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)、分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)、換熱網(wǎng)絡(luò)合成、分離塔序列的綜合等方面編寫課程報(bào)告。通過這個(gè)環(huán)節(jié)，注重過程系統(tǒng)工程的基本概念和方法的掌握，利用現(xiàn)代工程計(jì)算工具解決實(shí)際問題，并在解決實(shí)際問題過程中，獲取探求新知識(shí)、新技術(shù)，提出新問題，掌握知識(shí)的方法。這是一種創(chuàng)造性的教學(xué)過程，旨在讓學(xué)生全面性掌握過程綜合、優(yōu)化與操作分析以及過程動(dòng)態(tài)模擬的方法。此外，在課程最后安排2～4個(gè)學(xué)時(shí)給學(xué)生進(jìn)行應(yīng)用分析與綜合的實(shí)踐設(shè)計(jì):提供給學(xué)生與生產(chǎn)相關(guān)資料、參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)等相關(guān)信息，要求學(xué)生進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，綜合評(píng)價(jià)該設(shè)計(jì)，并提出自己的優(yōu)化方案。通過該環(huán)節(jié)的鍛煉，大大增強(qiáng)了學(xué)生有效地組織工藝流程，科學(xué)地確定系統(tǒng)的操作條件，實(shí)現(xiàn)過程系統(tǒng)高效、平穩(wěn)運(yùn)行，達(dá)到所期望的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和資源目標(biāo)的綜合能力，也為學(xué)生今后從事過程系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)作鋪墊。

我們充分利用校園網(wǎng)絡(luò)資源，結(jié)合虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真模擬實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的開放性的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，學(xué)生可隨時(shí)進(jìn)入該系統(tǒng)，一邊動(dòng)手調(diào)整各種控制參數(shù)，一邊查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從基本理論到復(fù)雜綜合性實(shí)驗(yàn)由淺入深地進(jìn)行動(dòng)態(tài)的交互式學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力為目標(biāo)，充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)工作中的主體地位;綜合運(yùn)用各種媒體并發(fā)揮其各自優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)各種媒體的一體化教學(xué)設(shè)計(jì);教學(xué)內(nèi)容能夠反應(yīng)本門學(xué)科國內(nèi)外科學(xué)研究和教學(xué)研究的先進(jìn)成果，具有創(chuàng)新性、科學(xué)性、實(shí)用性、針對(duì)性;以實(shí)際工程問題為背景，廣泛使用Aspen plus、Pro-Ⅱ、HEXTRAN、Hisys和Matlab等先進(jìn)的工程工具，突出培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

4 結(jié)語

隨著時(shí)代的進(jìn)步和市場(chǎng)的變幻莫測(cè)，面臨著新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇，要求必須加強(qiáng)應(yīng)用型工科專業(yè)理論課的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。為適應(yīng)化學(xué)工程學(xué)科多尺度和多層次的走向，培養(yǎng)學(xué)生將來在社會(huì)上的競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展的能力和在工作中具體的發(fā)現(xiàn)、分析、解決和總結(jié)問題的能力，在采用“以學(xué)生為中心”的多種多樣的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)強(qiáng)化綜合性實(shí)踐的同時(shí)強(qiáng)調(diào)養(yǎng)成工程觀念和系統(tǒng)工程的綜合工程素質(zhì)。為推進(jìn)學(xué)科專業(yè)建設(shè)與課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革以及豐富應(yīng)用型本科教育理論的研究提供了實(shí)例。

在“化工過程分析與合成”的今后課程建設(shè)中，應(yīng)努力做好以下幾方面:(1)更新和補(bǔ)充原有教材內(nèi)容，調(diào)整教材的部分章節(jié)內(nèi)容;(2) 把系統(tǒng)論思想貫穿到教學(xué)中;(3) 加強(qiáng)對(duì)能源綜合和綠色過程系統(tǒng)工程的知識(shí)傳授;(4)增加應(yīng)用過程系統(tǒng)的實(shí)踐設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)課程。此外，綜合性實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)和產(chǎn)學(xué)研合作等方面也需要進(jìn)一步地完善和強(qiáng)化，這對(duì)解決學(xué)生實(shí)習(xí)難題，滿足化工過程分析與合成實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)人才的培養(yǎng)需要也很有效。

參考文獻(xiàn)

[1]司淑梅.應(yīng)用型本科教育實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)體系研究[D]．長春:東北師范大學(xué)，2006．

[2]加拿大大學(xué)及學(xué)院介紹[EB/0L]．http://www．a(chǎn)ucc．ca.