基于工程能力培養的化工工藝學課程建設與教學實踐

杜春華　王菊　吳現力

摘要：培養具有較強工程能力的應用型人才是現代化工專業教育的主要目標。化工工藝學是化學工程與工藝專業本科教育的核心課程，課程工程性強，存在許多與實踐環節的關聯點，是培養學生工程能力的適宜載體。本文介紹了在化工工藝學課程建設及教學中突出工程能力培養的一些嘗試，以期提高應用型人才培養的質量，也為其他化學化工類課程建設及教學提供借鑒。

關鍵詞：化工工藝學；課程建設；工程能力；教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0271-02

隨著我國經濟迅速發展，社會對對化工人才培養提出了更高的要求。本科院校工科教育的主要目標之一是培養高素質的工程技術人才，使學生在獲得專業知識和技能的同時具備較高的綜合素質和創新能力。教育部“卓越工程師培養計劃”明確提出“……改革工程教育人才培養模式，提升學生的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力……”。強化學生工程能力的培養已成為高校工科專業人才培養的核心任務。化學工程與工藝專業肩負著培養高級化工人才的使命，專業工程性質突出。培養學生的工程能力，不僅要加強實踐環節建設，更要重視理論課教學特別是專業課教學的指導作用。化學工程與工藝專業主要面向的工業部門是化學工業，屬流程工業，往往涉及一系列物理、化學和生物加工過程。化工產品的生產是各種化學單元反應和化工單元操作的有機組合和綜合應用。化工工藝學是根據化學、物理、物理化學、化學工程原理和其他科學的成就，研究綜合利用各種原料生產化學產品的方法原理、操作條件、流程和設備，以創立技術先進、經濟合理、安全環保的化工生產工藝的學科，被認為是架在實驗室研究與工業生產中的一個橋梁。課程工程性強，存在許多與實踐環節的關聯點，是培養學生工程能力的適宜載體。關于化工工藝學課程教學已由不少報道。黃美英[1]等對強化課堂教學、加強實踐與理論教學相結合以及強化學生工程觀念等方面對《化工工藝學》課程教學方法的改革進行了探討；邱玉娥等[2]指出該課程教學應加強工程意識和創新意識的培養，并嘗試采用“傳統型、技改型、創新型”案例教學法強化培養學生的技改創新意識。王鈞偉等[3]認為可通過精選教材內容、強化實踐教學、追蹤學科發展、開設專題報告、加強綠色教育等方式，提高學生學習熱情，鍛煉學生的實際動手能力，培養學生的創新意識，增強教學效果。本文介紹了在化工工藝學的課程建設和教學中突出學生工程能力培養的一些新嘗試。

一、課程教學目的再認識

從化工生產工藝角度出發，運用化工過程的基本原理，闡明化工工藝的基本概念和流程組織、物料衡算、熱量衡算的通用方法，介紹典型產品的生產原理、典型流程、關鍵設備、工藝條件。典型產品生產工藝的講解重點放在分析和討論反應、分離部分的工藝原理、影響因素、確定工藝條件的依據、反應設備的結構特點、流程的組織等；同時對工藝路線、流程的經濟技術指標、能量回收利用、副產物的回收利用及三廢處理運作進行一定的論述。使學生獲得廣博的化學工藝知識，培養工程能力，以便在生產與研究開發工作中開拓思路，靈活運用，不斷開發應用新技術、新工藝、新產品和新設備，更好地滿足社會需要。為強化工程能力培養，要重視本課程對專業實驗、課程設計、生產實習等實踐環節的指導作用，教學活動與實踐環節有機關聯，畫龍點睛，有的放矢。

二、課程教學資源建設突出學生工程認知、工程設計、實驗操作

依據課程實踐性、綜合性、復雜性，為提高學生的工程認知能力和感性認識，基于FLASH和網頁制作等軟件工具，開發了多功能的化工工藝學資源庫，包括：例題分析、圖形演示、生產裝置實際錄像和圖片、實習現場實際教學錄像和圖片等。學生可隨時通過網絡觀摩這些資源。學生將工業生產裝置和工藝展示的視頻看作理論聯系實際的視覺紐帶，訪問的積極性高。《化學工藝學》中流程圖較多，如果采用學生自己看書本中的流程圖，然后老師講解的教學方法，很容易讓學生感覺枯燥無味，所以本課程特別重視直觀、豐富多彩的多媒體教學方式的高效應用，課件可通過網課程絡平臺自由訪問。在繪制工藝流程圖時，盡量使用動態畫面，如把物料的流動做成動畫，管道、設備、閥門等做成立體圖，不同的物料及公用工程用不同的顏色區分，力求逼真、醒目。固體燃料氣化制備合成氨原料氣的間歇造氣過程的操作循環的動畫演示就很受學生歡迎。在本課程的建設安排了課程設計，其中大約■的設計題目與授課內容直接相關，如合成氨、芳烴分離、天然氣制甲醇等，著重培養學生分析問題、解決問題的綜合能力，鍛煉和提高其對工藝路線的設計、設備選型，以及車間布置和管道布置的能力，培養正確、熟練查閱工藝設計規范、手冊及參考書的技能。將教師科研項目、社會正在建設的工程項目等引入教學，強化學生的應用意識和工程觀念。化工專業綜合實驗中設置乙苯脫氫、反應精餾、噴霧干燥、空氣分離等與化工工藝學授課內容直接相關的實驗項目。

三、課程教學突出培養學生的“當代工程觀”

工程觀是人們關于工程活動的基本理念，是認識和進行工程活動的指南。工程觀念的強弱和趨向直接影響著從業人員的實踐能力。在當代學科交叉滲透的趨勢下形成的當代工程觀[4]是對傳統工程觀的揚棄和超越。當代工程觀視生態環境為工程活動的內生因素，認為工程活動不但受生態環境的制約，而且應按照生態規律重塑生態活動的方式[4]。化工工藝學是培養學生工程意識的良好媒介。在緒論部分，我們強調工藝技術不同于實驗室制備技術，工藝路線評價要突出理論上的正確性、技術上的可行性、操作上的安全性、經濟上的合理性，還要突出環境及生態相容性。講解具體產品的生產工藝過程中，將原子經濟性（AE）[5]、環境商（EQ）[6，7]的概念進行具體計算、剖析。比如氯醇法與乙烯環氧化法制備環氧乙烷路線的比較就是用案例教學提高學生對可持續發展的責任意識和創新素質的生動素材。

四、授課過程強化與實踐環節的聯系

在授課過程中，我們適時引入后期開設的專業實驗、課程設計的題目，提高學習的針對性，如介紹乙苯脫氫時讓學生思考專業實驗將重點考慮的問題：降低體系分壓的方法、測定乙苯轉化率和苯乙烯收率的方法、采用色譜定量時苯乙烯的出峰順序等；在講解物料衡算、熱量衡算、工程圖紙視圖、流程組織時強調在課程設計、畢業設計中的實際應用；在介紹特殊設備布置時強調設計發展，如介紹合成氨工藝技術時引入廢熱鍋爐的適度傾斜布置；適時介紹生產實習中遇到的工藝技術問題，并啟發學生分析、解決這些問題，引導學生建立工程應用意識；授課期間帶學生去觀摩校內實驗及中試裝置，突出情景式教學，使理論學習與實踐環節無縫統一、相互促進。

五、授課過程突出原理-條件-流程-設備一條主線

為強化工程意識，使學生形成做工程就是做細節的理念，在介紹氨、C8芳烴、甲醇、苯乙烯、環氧乙烷、丙烯腈、氯乙烯等產品制備技術時，用整體一條線的思想組織教學：按照產品性質、用途—生產原理（含主副反應、熱力學和動力學分析）—催化劑選擇—工藝條件討論─工藝流程比較—設備分析的順序，由淺入深，漸入佳境。

強化學生工程能力的培養已成為工科高校實踐和理論教學的核心任務，通過化工工藝學教學培養學生工程能力是課程建設的內在要求。強化與工程認知、工程設計、實驗操作相關教學資源建設，授課中貫徹當代工程觀，授課過程與實踐環節緊密結合，用原理-條件-流程-設備整體一條線組織教學等是在化工工藝學教學中培養學生工程能力的有效措施。

參考文獻：

[1]黃美英，梁克中，賴慶柯.對《化工工藝學》教學改革的探討[J].重慶三峽學院學報，2007，（3）：122-124.

[2]邱玉娥，張秀玲，等.化工工藝學應注重工程素質和創新意識的培養[J].化學工程與裝備，2009，（5）：214-216.

[3]王鈞偉，官葉斌，孔學軍，等.《化學工藝學》教學改革探索與實踐[J].廣東化工，2012，（4）：233-234.

[4]汪應洛.當代工程觀與工程教育[J].中國工程科學，2008，10（3）：17-20.

[5]B M Trost. The atom economy - a search for synthetic efficiency[J]. Science 1991，254，1471-1477.

[6]R A Sheldon. Consider the environmental quotient[J]. Chemtech，1994，24（3）：38-47.

[7]R A Sheldon. The E Factor：fifteen years on [J].Green Chem.，2007，9，1273-1283.