化工原理教學過程中注重化學工程師基本素質的培養

袁軍+張建樹

摘要：化工原理課程教學是化工專業學生聯系理論與實踐的一門橋梁課程，也是化學工程師應該牢固掌握的課程，但在學習過程中學生普遍認為化工原理難學，其原因是學生的學習觀念和方法仍停留在理論學科上，缺乏利用工程的概念對待化工原理這門工程學科。本文圍繞化學工程基本素質的培養，對化工原理教學進行了探討和分析，從不同教學環節強化學生的工程觀念與意識。

關鍵詞：化工原理；工程意識；實踐教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）19-0198-02

化學工程專業應當培養學生綜合地運用科學原理、方法和技術對已有技術進行消化吸收并具備一定的研究開發能力，解決化工生產過程中的復雜工程問題，同時能夠在工程項目中完成工藝、設備和控制等方面的合理設計。中國的高等工程教育模式下的畢業生在進入企業后沒有嚴格的工程師崗位培訓系統，也很少有工程項目的集中實踐經驗。中國工程教育的培養和當前社會市場經濟轉型期對工程技術人才的需求已經不匹配。大批經由高等院校工程教育培養出來的工程技術人才往往較難適應生產企業、設計院等單位對人才的要求。

化工原理課程是一門以化工單元操作為主要內容，以“三傳”研究方法論為主線的工程技術基礎課，它不同于化學和物理化學等基礎學科，因為基礎課程以簡單的、理想的模型做為研究對象，采用的是嚴密的數學分析法；而化學工程學科都要面向實際的繁雜的工程問題，加上生產過程中影響因素繁多、物系的巨大差異、操作條件各不相同，大多數問題需要依靠理論指導下的工程化手段來解決。因此在本科教學中應該盡早讓學生建立技術經濟思維能力，培養工程思維模式，樹立工程觀念、工程意識，進而讓學生能用工程觀念分析、解決工程實際問題。本文從研究方法的角度，并結合化工原理的理論教學、實驗教學和課程設計等環節來探討對化學工程師的培養問題。

一、理論教學實現工程意識培養和思維轉變

在當前的化工教育中，前兩年的學習課程基本沒有重點培養工程的觀念，學生基本上學習的就是工程基礎、物理、高等數學、基礎化學等理論性較強的課程。所以，學生對設計、工程沒有明確的認識，不能把理論與實際相結合。化工原理是一門銜接基礎化學課程、后續的化學反應工程、傳遞過程等專業課的一門主干課程。基礎化學課程的知識不僅是分析化工過程問題的重要工具，還是化工過程的基礎。如流體輸送、換熱、蒸發、精餾、萃取、吸收等單元過程教學中所涉及到的化學原理知識，都是學生在前期物理、化學學習過程中的重點內容。另外，目前出版的化工原理教材內容大都按設計計算—操作分析—單元設備設計的章節結構來編寫，課堂教學中應對單元設備的作用、功能進行對比分析，使學生明白其相同點與差異，增強學生對單元設備的正確選型、設計的綜合能力。雖然各種單元操作基本方程的推導很重要，但是還應該把應用作為重點，培養學生的工程觀念，讓學生能夠理論與實際問題相結合。案例教學在過程分析中的出發點是單元操作的物理化學原理或者物理，終點是工程目的。在分析時，暫時擺脫繁多公式的約束，通過推理、邏輯思維，發現問題、提出問題、討論和解決問題。以數學作為基本工具，對過程進行數學模型識別，建立模型，進行實際的案例分析。

因此，在化工原理課程的理論、實踐教學過程中就應該在理論的基礎上盡可能提高學生的工程意識。具體來說，首先讓學生明白化工原理與前面所學的物理、化學是性質完全不同的課程。強調此課程如何把研究成果開發放大為中試，再開發為生產規模，是連接基礎研究與工業生產的架橋。通過加強案例教學，使學生盡早樹立工程觀念[1]。雖然各單元操作的數學模型的推導重要，但更應該側重實際工程應用，讓學生能夠將理論與實際工程相結合，培養學生的工程觀念。

二、化工原理實驗教學中強化理論知識消化吸收與工程應用概念

實驗環節是研究問題和學習的重要環節，既是培養學生理論與實際相結合的重要方法，也能訓練學生的動手能力和實驗技能。化工原理實驗是同理論課程教學一起開展的實踐性教學環節，實驗涉及到工程實際，實驗設備和工藝流程相對復雜，部分實驗裝置甚至接近于中試。為激發學生的學習興趣和增強工程實踐能力，加強實驗教學是化工原理教學改革的一個重要切入點。如在實驗教學中，教師可以把科研中的單元過程，如分離工程案例分析引入到實驗教學課堂，既可以豐富實驗教學的內容，又能夠提高學生對化工實踐和解決實際問題的認識[5]。在化工原理實驗中，學生能夠接觸到與實際生產設備結構性質相同的工程實驗裝置，能夠提升學生的工程意識。對于每個實驗，如果能夠要求學生獨立分析單元設備的結構、設備的布置、實驗裝置流程，再結合教師的詳細講解，這樣就可以使學生在實驗過程中初步形成工程化概念。

完善實驗教學方法，提高實驗技能，訓練工程思維，是實驗教學成功的關鍵所在。增強實驗教學的每個環節監控，包括流程預習、實驗裝置、課堂理論講解、實驗操作技能培養、實驗數據分析和綜合成績考評等。實驗過程中及時發現實際工程問題、找出解決方案，也算是建立工程觀念的一條有效途徑。通過觀察實驗現象，來引發學生自己思考問題。化工原理實驗教學的內容緊緊圍繞實驗研究方法設計，學生可以在實踐中鞏固理論課所學的方法論。

三、化工原理課程設計突出理論教學與工程設計的對接

化工原理課程設計是一個綜合性的實踐教學環節，可提升學生的綜合應用能力，通過學生獨立完成規定單元操作設計的訓練，掌握相關工藝、機械設計的能力；課程設計環節以實際應用為目標，通過實踐可提高工程意識和實際應用能力。而且通過該環節，可使學生綜合運用相關課程理論知識，增強查閱文獻數據的能力，并增強通過工程語言如圖表、文字表達設計結果的能力，進而可以提升學生的工程制圖的能力。這樣，學生通過一次課程設計，可以掌握機械設計的訓練、單元設備相關工藝，使工程的概念得以提升。

應當指出的是，課程設計的目的不單純是為設計而設計，而是培養學生解決問題和分析問題的綜合能力。在進行課程設計之前，學生基本沒有參加過工程實踐，所以指導教師有必要提醒學生，工程上的問題往往受到諸多因素影響，不像他們以前所學的自然科學范疇的數學、化學和物理等課程的答案是唯一的，工程問題的答案往往不止一個。所以需要將每種可行方案進行可靠性、先進性和經濟性等方面的比較和選擇，最終選擇一個可靠的實施方案。經過這樣的指導和親自參加工程設計實踐，學生的靈活性和工程應變能力都能夠得到初步鍛煉，進而為他們今后走上工程師崗位打下初步基礎。課程設計主要是針對實際工程中的問題，讓學生得到實際鍛煉的機會，課程設計內容注重理論聯系實際工程。請工程經驗豐富的工程師現身講解學生需要面對的專業熱點問題或典型工程問題。讓學生走進企業、工廠實踐，了解和感受工業生產過程的實際狀況。另外要培養學生的工程實踐能力，強調工程軟件（PRO II，Aspen，Auto CAD等）的上機操作與實際應用，加強學生的工程培訓實踐教學，讓工科學生掌握這一進步的設計手段。

四、結語

要加強學生工程意識的培養，我們在搞好理論教學、實驗教學和工程設計的同時，更多地要讓學生走出課堂，深入生產和科研實際。使學生能夠將所學的知識應用于研究和解決生產問題的工程實踐中，讓學生體會到解決實際工程問題的喜悅與自豪。要逐步培養學生重實踐、重應用的熱情，培養學生積累資料的習慣和興趣，培養學生尋找課題、在生產實際中發現問題、掌握解決問題的步驟和方法，在教學過程中培養學生工程化的思維，培養他們熱愛化學工程專業，使學生熱愛所學專業。

參考文獻：

[1]倪獻智.化工原理課程教學中突出工程觀點和方法教育[J].化工高等教育，2007，95（3）：79-82.

[2]李凝.從培養學生工程思想出發談化工原理教學改革[J].廣東化工，2009，36（8）：281-283.

[3]郭瑞麗，袁軍，張建樹.全國化工設計大賽對化學工程與工藝專業教學的啟發[J].高教論壇，2013，169（11），59-60.

[4]劉作華，李澤全，譚世語等.論化工原理課程教學與學生工程意識的培養[J].廣東化工，2008，35（9）：147-150.

Paying Attention to the Cultivation of Basic Qualities of Chemical Engineers in the Teaching Process of Chemical Engineering Principle

YUAN Jun，ZHANG Jian-shu

（School of Chemistry and Chemical Engineering，Shihezi University，Shihezi，Xinjiang 832003，China）

Abstract：The course of principle of chemical engineering is an important bridge for students linking theory and practice in chemical engineering education. It is also the most important course for a chemical engineer. However，it is difficult to students to learn. To train students' the engineering awareness during the course teaching of principle of chemical engineering，the basic theories of physical chemistry and other related courses were integrated with. It was a pathway to cultivate the engineering awareness by theory and practice in course teaching.

Key words：Chemical engineering；engineering consciousness；experimental teaching