化工分離工程與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的現(xiàn)場(chǎng)式教學(xué)探索與實(shí)踐

鄭曉冬，董晨初

(濱州學(xué)院 化工與安全學(xué)院，山東 濱州 256603)

作為化學(xué)工程與工藝專業(yè)的必修課程之一，《化工分離工程》教學(xué)在化工類人才培養(yǎng)方案中始終占有重要地位。由于該門課程同時(shí)具備專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)方向課的特點(diǎn)，因此對(duì)理論教學(xué)和工程實(shí)踐教學(xué)都提出了較高的要求。該門課程的學(xué)習(xí)實(shí)質(zhì)是學(xué)生在掌握《物理化學(xué)》、《化工熱力學(xué)》、《化工原理》以及《傳遞過(guò)程原理》等相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，理論知識(shí)進(jìn)一步的綜合實(shí)踐應(yīng)用[1]。由于其中涉及到的分離單元操作種類與化工基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)較多，特別是包含了大量的熱力學(xué)計(jì)算以及傳質(zhì)過(guò)程理論，在課程教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)方面都造成了較大的難度[2]。因此在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，該課程目前的教學(xué)內(nèi)容普遍側(cè)重于理論教學(xué)，對(duì)實(shí)踐教學(xué)涉及內(nèi)容則少之又少，這與該課程的培養(yǎng)目標(biāo)是相偏離的，對(duì)于應(yīng)用性化工專業(yè)人才的培養(yǎng)也是非常不利的。所以，如何增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于該課程理論學(xué)習(xí)的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生利用該課程所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力是當(dāng)今化工專業(yè)高等教育工作者應(yīng)當(dāng)考慮的首要問(wèn)題。針對(duì)上述該課程教學(xué)方法的缺陷，本文作者結(jié)合本校化工實(shí)訓(xùn)裝置對(duì)《化工分離工程》課程進(jìn)行了教學(xué)方法上的改革探索，提出了現(xiàn)場(chǎng)式教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果。

1 優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容，提高理論學(xué)習(xí)效率

要提高該課程的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，首先應(yīng)確保一定的實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)。然而根據(jù)當(dāng)前化工人才培養(yǎng)方案要求，《化工分離工程》的學(xué)時(shí)數(shù)被嚴(yán)重壓縮，一般高校都被限制在40個(gè)學(xué)時(shí)以內(nèi)[3]，這給該課程的教學(xué)造成不小的難度，因此想要提高實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)著眼于以下兩方面。

1.1 優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)壓縮理論教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)

《化工分離工程》課程教材大多數(shù)注重化工基本理論、基本概念的講解，課本中的部分內(nèi)容設(shè)置與《物理化學(xué)》、《化工熱力學(xué)》、《化工原理》知識(shí)點(diǎn)重疊較多。為了更充分、更合理地利用課堂時(shí)間，該部分內(nèi)容可以根據(jù)需要進(jìn)行內(nèi)容優(yōu)化與課時(shí)壓縮，選擇性地進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)回顧與講解，這樣既摒棄了繁瑣、重復(fù)的學(xué)習(xí)，又為實(shí)踐教學(xué)結(jié)余了課時(shí)。

1.2 充分利用課余時(shí)間，提高理論學(xué)習(xí)效率

要確保實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)，僅靠壓縮理論教學(xué)課時(shí)是不夠的，因此充分利用學(xué)生的課余時(shí)間也是有效的方法之一。學(xué)生在課余時(shí)間學(xué)習(xí)《化工分離工程》主要是通過(guò)作業(yè)的形式來(lái)進(jìn)行，目前很多高校的學(xué)生完成化工分離計(jì)算的方式還停留在原始的手算上，手算方法進(jìn)行化工計(jì)算的過(guò)程復(fù)雜且容易出錯(cuò)，效率極低[4]。鑒于此，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行小規(guī)模的計(jì)算，如泡露點(diǎn)的計(jì)算、閃蒸過(guò)程的計(jì)算，對(duì)多組分精餾塔的復(fù)雜計(jì)算則可利用化工模擬軟件進(jìn)行，如Aspen Plus、ChemCAD等，這樣既提高了學(xué)生課下學(xué)習(xí)效率，又激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化工模擬軟件的積極性，還可以節(jié)約大量課余時(shí)間為課余實(shí)踐環(huán)節(jié)確保學(xué)時(shí)。

2 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

《化工分離工程》課程由于具有化工計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，公式繁瑣，理論枯燥等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中很容易產(chǎn)生畏學(xué)心理，學(xué)習(xí)興趣不高，進(jìn)而導(dǎo)致該課程教學(xué)質(zhì)量嚴(yán)重下滑的現(xiàn)象。這樣培養(yǎng)出來(lái)的畢業(yè)生缺乏積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，工程意識(shí)薄弱，理論與實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重脫節(jié)，不符合用人單位的需求。因此，提高學(xué)生對(duì)于該課程的學(xué)習(xí)興趣是提高教學(xué)質(zhì)量的先決條件[5]。

圍繞如何提高學(xué)生對(duì)《化工分離工程》課程的學(xué)習(xí)興趣，國(guó)內(nèi)教育工作者提出了許多有效的建議，其中認(rèn)可度最高的為實(shí)例教學(xué)，包括在授課過(guò)程中老師介紹自己的科研成果、實(shí)習(xí)過(guò)程中對(duì)學(xué)生講解實(shí)際生產(chǎn)工藝、設(shè)備等方法來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。但是在本文作者看來(lái)，引入教師個(gè)人科研實(shí)例或者利用實(shí)習(xí)講解在一定程度上可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高他們對(duì)所學(xué)化工專業(yè)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，但學(xué)生自始至終缺乏應(yīng)用自己所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)，對(duì)實(shí)際問(wèn)題的解決仍然停留在認(rèn)識(shí)的層次上。

我院于2015年成立化學(xué)工程訓(xùn)練中心，目前擁有乙酸乙酯生產(chǎn)裝置、鹽化工生產(chǎn)裝置、甘油制丙二醇生產(chǎn)裝置，均為走真實(shí)物料的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)裝置規(guī)模比實(shí)際生產(chǎn)略小，但工藝流程與真實(shí)工藝一致。在現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)過(guò)程中，先針對(duì)這些化工實(shí)訓(xùn)裝置介紹其生產(chǎn)工藝流程、分離裝置的類別及作用，提高學(xué)生對(duì)化工分離單元操作的認(rèn)知水平；其次，針對(duì)典型的、重要的分離裝置設(shè)備重點(diǎn)講解其工作原理、操作注意事項(xiàng)，與《化工分離工程》教材中的相關(guān)章節(jié)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提高學(xué)生對(duì)分離單元操作知識(shí)的理論認(rèn)知層次。例如，乙酸乙酯生產(chǎn)工藝中產(chǎn)品的分離工段是萃取精餾工藝，萃取精餾塔是篩板塔，溶劑回收塔是填料塔，萃取劑是乙二醇。化工原理學(xué)習(xí)中對(duì)特殊精餾工藝涉及很少，學(xué)生對(duì)工業(yè)上的萃取精餾工藝缺乏感性認(rèn)識(shí)，僅停留在理論原理的學(xué)習(xí)上。我們結(jié)合乙酸乙酯產(chǎn)品分離工段的操作特性、工藝流程，將萃取精餾原理、萃取劑選擇以及過(guò)程分析計(jì)算進(jìn)一步對(duì)學(xué)生進(jìn)行講解，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例的學(xué)習(xí)，獲得了不錯(cuò)的教學(xué)效果。再比如，鹽類實(shí)訓(xùn)生產(chǎn)中包含有結(jié)晶工藝，盡管在《化工分離工程》課程中結(jié)晶單元不是重點(diǎn)講解內(nèi)容，但在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中卻是比較常見的單元操作，因此我們結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例也對(duì)結(jié)晶工藝原理、過(guò)程分析、操作條件等內(nèi)容進(jìn)行講解，這些都為學(xué)生將來(lái)在實(shí)訓(xùn)車間的生產(chǎn)實(shí)習(xí)奠定了前期基礎(chǔ)。

3 鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題

目前大部分高校《化工分離工程》的教學(xué)基本都停留在理論教學(xué)層次上，對(duì)于學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力方面缺乏行之有效的考察方式，而現(xiàn)場(chǎng)式教學(xué)模式則可以很好地彌補(bǔ)這一缺憾。例如，我們通過(guò)對(duì)乙酸乙酯產(chǎn)品分離工段基本知識(shí)的講解之后，可以進(jìn)一步拓寬學(xué)生的知識(shí)面，把該工藝的實(shí)際生產(chǎn)操作等內(nèi)容補(bǔ)充進(jìn)去，讓學(xué)生參與到實(shí)際的操作生產(chǎn)中，如實(shí)際萃取精餾工藝中的精餾操作如何調(diào)控塔壓、釜溫，溶劑進(jìn)料口位置如何確定和對(duì)工藝的影響，進(jìn)料與溶劑比例以及操作回流的最佳值和操作條件的調(diào)控等，使學(xué)生對(duì)課本中所學(xué)到的相關(guān)知識(shí)會(huì)有更深層次的理解與應(yīng)用。再比如，學(xué)習(xí)《化工分離工程》離不開分離工藝流程的設(shè)計(jì)，對(duì)于一組混合物系如何設(shè)計(jì)合理的分離順序與分離流程是化工分離過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題。分離流程的設(shè)計(jì)可以通過(guò)化工模擬軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是實(shí)際的分離效果如何一般無(wú)法做出評(píng)價(jià)，我們結(jié)合甘油制丙二醇生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)裝置，在學(xué)生通過(guò)軟件設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，在適合條件下(三塔以內(nèi))，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)操作，通過(guò)多塔串聯(lián)實(shí)際操作，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際處理問(wèn)題的能力和工程素質(zhì)，為將來(lái)畢業(yè)后迅速上崗打下牢固的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

《化工分離工程》課程在化工專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)方案中占有重要的地位，而進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)模式改革，強(qiáng)化實(shí)踐教育環(huán)節(jié)，則對(duì)該課程教學(xué)質(zhì)量的提高具有重要意義。具體舉措應(yīng)從多方面入手，包括改革傳統(tǒng)課堂理論教學(xué)，開展現(xiàn)場(chǎng)式理論與實(shí)訓(xùn)相結(jié)合的教學(xué)模式，以提高學(xué)生工程素質(zhì)為目標(biāo)激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣等，讓不同層次的學(xué)生都能獲得提高，使其成為真正的化工工科合格人才。

參考文獻(xiàn)

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