新工科背景下材料化學(xué)專業(yè)實踐教學(xué)體系的構(gòu)建探索

耿樹東,江麗麗,于曉波,張 鈺

(吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院,吉林 吉林 132022)

在主動應(yīng)對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，建設(shè)新工科的背景下[1-3]，要求我們在學(xué)生的培養(yǎng)過程中要加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的建設(shè)與改革。材料化學(xué)作為一門交叉學(xué)科，其本科專業(yè)即可授工學(xué)學(xué)士，也可授理學(xué)學(xué)士。我校材料化學(xué)專業(yè)成立于2004年，授予工學(xué)學(xué)士學(xué)位，目前已經(jīng)培養(yǎng)了11屆畢業(yè)生。為滿足目前新工科和工程認證的要求，專業(yè)積極進行專業(yè)建設(shè)與改革，尤其是需要進一步優(yōu)化和改革實踐教學(xué)體系[4，5]。本文結(jié)合材料化學(xué)專業(yè)的實際情況，著重闡述了實踐環(huán)節(jié)中的實驗和實習(xí)環(huán)節(jié)的一些優(yōu)化措施和改革方法[6，7]。

一、結(jié)合科技發(fā)展前沿，實時更新實驗題目

《材料化學(xué)專業(yè)實驗》是面向材料化學(xué)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)實驗課程，其內(nèi)容覆蓋了玻璃、陶瓷、水泥熟料、水泥生料、硅酸鹽礦物分析、檢測手段等專業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容。課程分為《材料化學(xué)專業(yè)實驗Ⅰ》和《材料化學(xué)專業(yè)實驗Ⅱ》，2016版培養(yǎng)方案中分別開設(shè)在第5和第7學(xué)期。通過本課程的學(xué)習(xí)和實踐，使學(xué)生能夠在實踐中親身體驗、領(lǐng)會和運用有關(guān)材料化學(xué)專業(yè)的理論知識與實驗研究方法和實驗技術(shù)相結(jié)合的過程，是培養(yǎng)學(xué)生具備材料化學(xué)實驗的設(shè)計與實施能力，并能夠?qū)嶒灲Y(jié)果進行處理和分析能力的一個重要過程。在實驗過程中，通過強化材料化學(xué)實驗室安全教育，使學(xué)生了解、領(lǐng)會和運用相關(guān)法律法規(guī)的意識得到提高，為培養(yǎng)面向生產(chǎn)、管理一線的現(xiàn)代工程師打下良好基礎(chǔ)。

本課程是為培養(yǎng)工程師基本素質(zhì)和解決工程實際問題的基本能力而設(shè)置的。課程以四大化學(xué)理論課程、實驗課程及《化工原理》、《化工原理實驗》和材料化學(xué)專業(yè)課程為理論基礎(chǔ)的一門綜合性很強的實踐課程。實驗類型包括演示性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗，實驗題目的設(shè)置源于《無機非金屬材料實驗》、《新型功能材料設(shè)計與制備工藝》、《精細化工綜合實驗》、《無機非金屬材料實驗教材》專業(yè)課程的相關(guān)理論內(nèi)容。學(xué)生通過實驗訓(xùn)練，不但可以鞏固加深對專業(yè)課程的理論知識的理解，同時，對培養(yǎng)學(xué)生綜合運用能力、科學(xué)研究能力、表達能力和人際交往能力及團隊合作精神起著重要作用，為學(xué)生能夠很好地完成畢業(yè)環(huán)節(jié)教學(xué)任務(wù)打下基礎(chǔ)良好。因此，本課程在材料化學(xué)專業(yè)的課程體系中處于核心地位。

目前，本課程的實驗題目包括差熱分析、粉體真密度的測定、材料氧化物含量的測定、激光粒度分析法粉料粒度的測定、水泥指標參數(shù)含量值的測定、材料線膨脹系數(shù)的測定、三氧化硫含量的測定、硅酸鹽制品化學(xué)穩(wěn)定性的測定、粉體比表面積的測定、用旋轉(zhuǎn)粘度計測定聚合物濃溶液的流動曲線、共沉淀法制備鈦酸鋇納米粉及分析表征、材料顯微硬度的測定、顯微熔點的測定、微孔分子篩的制備與性能測試、納米氧化鋅的制備及光催化降解有機污染物、金屬的顯微分析、玻璃材料的制備及性能測試。和之前的實驗題目相比，不但增加了綜合性計性實驗的學(xué)時數(shù)，同時實驗內(nèi)容更貼近生產(chǎn)實際，符合科技發(fā)展趨勢。

二、優(yōu)化仿真實習(xí)內(nèi)容，滿足企業(yè)需求

(一) 課程教學(xué)目標

計算機仿真技術(shù)是當(dāng)今化學(xué)工程技術(shù)發(fā)展趨勢之一，仿真實習(xí)技術(shù)是以仿真機為工具，用實時運行的動態(tài)數(shù)學(xué)模型代替真實工廠進行化工裝置運行的一門新技術(shù)。化工仿真實習(xí)是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一，仿真教學(xué)的重要用途是解決學(xué)生生產(chǎn)實習(xí)中不能在生產(chǎn)裝置上動手操作的問題，可以使學(xué)生不進工廠、不上裝置就能得到開車、停車和事故處理等操作機會，是學(xué)校工程實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的主要手段。

仿真訓(xùn)練對于學(xué)生了解化工過程的工藝和控制系統(tǒng)的動態(tài)特性、提高對工藝過程的運行和控制能力具有特殊的效果。這種運行、調(diào)整和控制能力集中反映了學(xué)生運用理論識解決實際問題的水平，對加強學(xué)生理論聯(lián)系實際、提高學(xué)生分析問題、解決問題以及動手能力起著重要的作用。所以，仿真訓(xùn)練是運用高科技手段強化學(xué)生掌握知識和理論聯(lián)系實際的新型教學(xué)方法，也是現(xiàn)場工程師培養(yǎng)方案中要求學(xué)生必須掌握的技能之一。

(二) 教學(xué)內(nèi)容及基本要求

(1) 仿真實習(xí)技術(shù)及常用DCS控制系統(tǒng)介紹。

(2) 離心泵：掌握離心泵的工作原理，離心泵的“氣縛”和“氣蝕”現(xiàn)象及消除方法，離心泵的工藝流程，離心泵啟動的操作要點，分程控制調(diào)節(jié)器，離心泵停車要點。

(3) 液位控制：了解液位控制系統(tǒng)的工藝流程；掌握單回路控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、串級控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)開車操作、液位的控制方法、停車方法。

(4) 換熱器：掌握換熱原理、換熱器系統(tǒng)流程、開車及停車操作規(guī)程、換熱溫度的控制方法、事故的處理方法。

(5) 精餾塔：了解乙烯裝置中脫丁烷塔的工藝過程；了解精餾控制系統(tǒng)及操作方法、精餾操作的正常操作調(diào)節(jié)、精餾塔的冷態(tài)開車、正常停車及緊急停車操作規(guī)程、精餾事故的設(shè)定及排除方法；了解精餾過程的動態(tài)特性。

本部分內(nèi)容主要培養(yǎng)學(xué)生對工藝的理解和對控制系統(tǒng)的操作能力。對每個單元均采用模擬測驗方式考核學(xué)生是否達到了該項能力。

三、改革生產(chǎn)實習(xí)的教學(xué)過程，加深學(xué)生對實際生產(chǎn)的認識

(一) 課程教學(xué)目標

材料化學(xué)生產(chǎn)實習(xí)以培養(yǎng)面向生產(chǎn)一線的現(xiàn)代工程師為目標，在實習(xí)過程中學(xué)習(xí)企業(yè)文化，并作為一名成員在一個團隊中工作，鍛煉學(xué)生的團隊協(xié)作能力，認識到作為一個未來的工程人員應(yīng)具備的社會責(zé)任感和職業(yè)道德。通過本教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，從實際生產(chǎn)中獲得知識和技能，進一步鞏固和掌握理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的工程和工藝觀念，訓(xùn)練學(xué)生觀察、思考和分析解決工程實際問題的能力，同時使學(xué)生了解與熟悉水泥廠各方向的生產(chǎn)技術(shù)與特點，為將來從事水泥、混凝土的設(shè)計開發(fā)、革新改造、運行管理等工作奠定基礎(chǔ)。

生產(chǎn)實習(xí)是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容之一，是在修完《物理化學(xué)》、《有機化學(xué)》、《工程制圖》、《化工原理》、《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》等基礎(chǔ)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程之后，在《材料類認識實習(xí)》基礎(chǔ)上開設(shè)的重要實踐課程，是學(xué)生在校期間完成理論課向?qū)I(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課過渡的必要環(huán)節(jié)。通過本課程的訓(xùn)練，使學(xué)生了解單元設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理和操作方法，了解主要生產(chǎn)裝置生產(chǎn)原理和工藝流程、主要工藝參數(shù)及其控制等生產(chǎn)過程；認識工藝流程中的各類設(shè)備，如回轉(zhuǎn)窯、除塵器、泵、磨機以及管道、閥門等；了解主要裝置的加工原料和生產(chǎn)產(chǎn)品及其特點；認識工廠的生產(chǎn)組織和管理，了解工廠生產(chǎn)的安全與環(huán)保措施及相關(guān)法律法規(guī)。進一步強化理論與實踐的結(jié)合，鞏固所學(xué)的基本知識，并為進一步學(xué)好專業(yè)課程及《畢業(yè)設(shè)計(論文)》打下良好的基礎(chǔ)。

(二) 教學(xué)內(nèi)容及基本要求

1.教學(xué)內(nèi)容

(1) 查閱、收集與實際生產(chǎn)過程有關(guān)的文獻資料；

(2) 工藝流程部分：在掌握實習(xí)車間(或工段)的工藝流程的基礎(chǔ)上，分析工藝條件的選擇，熟悉實習(xí)場所的主要設(shè)備和名稱，主要工藝管線的走向，各設(shè)備的位置及生產(chǎn)控制指標；

(3) 生產(chǎn)設(shè)備部分：通過觀察設(shè)備、看圖紙和有關(guān)技術(shù)資料，了解設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，有條件時指導(dǎo)教師可以帶領(lǐng)學(xué)生觀察舊設(shè)備，重點了解各種除塵設(shè)備、磨機設(shè)備、回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點；

(4) 控制方法與手段：認真了解實習(xí)場所各種溫度、壓力、傳輸、配料等各種操作參數(shù)的檢測、顯示、控制方法及各種調(diào)節(jié)手段；

(5) 選取生產(chǎn)過程中的某個單元操作的實際數(shù)據(jù)進行節(jié)點設(shè)計。

2.基本要求

(1) 掌握實習(xí)工廠的主要工藝流程、生產(chǎn)原理、工藝組織原則及控制方法；

(2) 掌握主要設(shè)備的工藝原理、結(jié)構(gòu)特點和操作條件；

(3) 了解水泥廠生產(chǎn)中的檢測知識和質(zhì)量體系；

(4) 了解環(huán)境污染狀況及其治理措施；

(5) 了解生產(chǎn)裝置的技術(shù)經(jīng)濟指標；

(6) 了解生產(chǎn)過程的安全、職業(yè)衛(wèi)生要求、環(huán)保措施及相關(guān)法律法規(guī)；

(7) 了解水泥廠生產(chǎn)的組織方式及技術(shù)管理方法；

(8) 培養(yǎng)應(yīng)用基礎(chǔ)課的知識和技術(shù)去解決問題能力；

(9) 建立初步的工程技術(shù)觀點。

通過生產(chǎn)實習(xí)，對水泥粉磨—配料—出廠等生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、原料、產(chǎn)品用途等有了一定的了解，對企業(yè)生產(chǎn)有了感性的認識。行走于車間上下，與機械設(shè)備零距離接觸，看到技術(shù)工人們熟練的操作，深知技能的培養(yǎng)需要實踐來鑄造。實習(xí)培養(yǎng)了我們的觀察能力、自主學(xué)習(xí)能力和團結(jié)協(xié)作能力，同時還加強了環(huán)境保護意識。此外，實習(xí)有助于我們盡早確立職場目標，制定學(xué)習(xí)計劃，加強理論學(xué)習(xí)，縮短將來步入社會的適應(yīng)期。再者，通過實習(xí)，使我們認識到自身的差距和不足，不少同學(xué)意識到要豐富跨學(xué)科知識的學(xué)習(xí)以備不時之需，對今后的學(xué)習(xí)起到指導(dǎo)和督促的作用。

四、結(jié) 語

在過去幾年的教學(xué)實踐過程中，通過對材料化學(xué)專業(yè)內(nèi)涵的深入理解，結(jié)合我院辦學(xué)實際，依托我校的特點、強化實踐的傳統(tǒng)，力爭在實踐教學(xué)體系上體現(xiàn)“理工融合，學(xué)科交叉，強化工程”的特色。充分利用專業(yè)現(xiàn)有資源，整合和優(yōu)化實踐教學(xué)體系。全方位掌握企業(yè)需求，培養(yǎng)符合需求的合格畢業(yè)生。這些都是非常艱巨的任務(wù)，需要我們進行長期的實踐與探索。