化工系統工程的教與學

楊甲　孫曉瑞

摘要：隨著化工行業的快速發展，各種理論與技術推陳出新，導致教學知識量在增加，先進的教學手段在革新，因此深化教學改革勢在必行。文章結合長江師范學院化學化工學院給化學工程與工藝專業的長期教學經驗，分析了《化工系統工程》課程的重要性質，內容和作用，主要闡述了《化工系統工程》的課程設計，授課方式，考核方式的改革，以及在教改過程中取得的效果。

關鍵詞：化工系統工程；課程內容；教學改革

中圖分類號：O6 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）50-0171-02

我院（長江師范學院）位于長江與烏江交匯處的涪陵區，地處重慶市發展新區核心增長極。為了更好的服務地方經濟，我院力圖把大學生培養成具有高水平的應用型人才。讓化學工程與工藝專業的大學生畢業后走向社會上各個企業的技術骨干或基層管理崗位上作為工程師或管理者，從事工程技術的應用，組織生產或管理工作。《化工系統工程》是化學工程與工藝專業的專業必修課程，該課程對拓展化工類工程技術人員的知識結構，能力結構有重要的作用。由于該課程與生產實踐緊密結合，許多畢業生在工作崗位上實踐后會對這門課程的價值有更深刻的體會，甚至會再次與校內的教師探討問題。隨著化工行業的快速發展，各種理論與技術推陳出新，導致教學知識量在增加，先進的教學手段在革新，因此深化教學改革勢在必行。教師應該由主講教學轉變為引導教學，改變授課形式，教學重點放在基本概念、基本原理以及基礎知識如何應用去解決實際問題。

一、《化工系統工程》的性質、內容和作用

《化工系統工程》是化學工程與工藝專業的一門專業必修課程。課程主要內容包括過程系統模擬、優化、合成三大部分[1]。系統模擬部分緊密結合工程背景，著重介紹網絡拓撲結構的分解方法、序貫模塊法、聯立方程法和聯立模塊法；優化部分介紹如何將化工實際問題轉化為數學上的最優化問題，常用最優化方法以及結構參數與操作參數的優化，從應用角度介紹算法，省略了煩瑣的數學推導證明，注重求解工程問題的邏輯性；合成部分是通過分離序列、換熱網絡的合成與系統熱集成的實例介紹過程系統合成的基本概念和方法，同樣注重實用性[2]。本課程是對本專業的先行專業課程的整合后的繼續拓展，達到鞏固和深化已學知識，增強提出問題和解決問題的能力，培養學生成為具有新工科精神的高水平應用型人才。

二、課程設計

《化工系統工程》又稱為過程系統工程是20世紀50年代發展起來的一門新興交叉學科。其產生與發展可以歸結于現代化學工業復雜化、大型化和快速化。這門課程的研究對象是化工生產過程，其主要任務是解決化工生產領域內技術經濟方面的決策問題。因此，結合本課程的理論與實踐緊密結合的特征，優化課程設置，應加強基礎知識在工程實踐中的具體應用。首先要考慮培養學生如何從工程實際中抽象出系統模擬、優化、合成問題的能力；其次要學會評價和選擇解決實際過程系統問題的方法和途徑；最后還需要引入過程系統工程研究領域內的最新研究進展，培養學生用現代應用數學的方法實現對系統模擬、優化和合成等過程。這樣既可拓寬學生的知識結構，為今后的繼續學習打下堅實的基礎，又可以大大提高學生的學習興趣是本門課程設計的重點。理論是實踐的基礎，實踐是對理論的檢閱，二者相輔相成。

三、課程的教與學

1.教學方式多樣化，點燃學生興趣。傳統的教學模式通常是以教師為主導的知識灌輸型，這樣的教學模式容易導致學生覺得無趣。因此，一定要重視理論課程的直觀性，利用多媒體實現豐富的教學方式來提高教學的生動性、形象性和趣味性[3]。例如，混合器、分流器、換熱器、精餾塔等的構造和流程動畫，這樣直觀的展示能極大提升教學效果。并且采用具體事例啟發學生自主思考，例如都江堰水利工程，該工程可以分解為魚嘴分水堤、寶瓶口引水工程和飛沙堰溢洪通道三個主要工程，這就是系統工程應用的典型案例。而化工系統工程就是系統工程的理論在化工生產中的實際應用，諸如石油化工、醫藥化工等；讓學生充分認識到基礎理論在現實生活中的具體應用，點燃學生的興趣點，激發學生的學習動力。

2.完成項目課題，鍛煉學生能力。把全班學生以五人一組的方式將45名學生分為9組。我結合《化工系統工程》擬定了16個項目課題供學生自主選擇，包括水網絡優化案例介紹，反應精餾塔案例介紹及模擬，反應器過程模擬等[4]。給予學生8周的時間去收集相關資料，運用所學的理論知識進行分析整理，在此基礎上完成自己的設計方案，最終提交課題報告并且以PPT的形式與老師和同學們一起分析和討論。在此過程中充分發揮學生的主觀能動性，由被動學習轉為主動學習，培養學生預備工作的能力，與隊友快樂的協作共事的能力，快速學習新技術的能力，鍛煉演講技能和總結工作的能力。通過項目課題的實踐，讓學生深刻體會理論與實踐相結合的重要性和趣味性，使得我們的學生初步具有成為優秀工程師的潛力。

3.發揮科研優勢，為學生開辟第二課堂。我院近年來大力引進高學歷人才，并把這些教師推到班導師的崗位上。班導師主要負責學生專業方面的學習指導，為有興趣做科研的學生通過自己或他人給學生提供機會。由于本院沒有研究生，大量的高學歷人才都有自己的課題需要科研幫手，化工專業的學生就可以在化工學院聯系相關教師后參與自己感興趣的研究課題。例如某石化集團的高級工程師，專攻ASPEN流程模擬的講師等提供的課題就與《化工系統工程》相契合。這種在傳統的課堂之外，以學生自己的興趣為出發點，積極主動的參與到教師的研究課題中，是對學生的實踐能力的進一步深化，以科研帶動實驗教學取得了良好的教學效果。

4.加強實踐力度，與全國化工學生競賽。在本專業建設中，充分利用本科生參與的化工設計大賽和化工實驗大賽等工程項目，增強本科生的創新能力和思維的培養。我院已經連續多年參與化工設計大賽，并積極響應了首屆化工實驗大賽的開展工作。通過化學工程與工藝專業的教師和學生的努力，多次獲得化工設計大賽的國家二等獎、三等獎和西南賽區的獎項若干。另外，加強化工專業的實驗室建設，改善教學條件和環境，提高實驗室的整體建設水平。學生在學習本課程時可能需要使用到諸多化工單元操作設備，如精餾、傳熱、吸收、流體輸送等；學生可以通過化工學院的實驗教學中心預約時間。還可以完善和優化實習內容，保證教學的有效實施，注重與涪陵化工園區的企業合作，建設更多的實踐場所；爭取為本專業的學生提供更多的實踐平臺[5]。

四、結語

通過上述改革，我院的《化工系統工程》課程教學水平取得了較大提高，達到了培養學生以系統工程的理論觀察和解決化工問題的目標，使化工學生更契合培養具有新工科精神的高水平應用型人才的培養目標，受到學生、專家和企業的好評。

參考文獻：

[1]王健紅，馮樹波，杜增智.化工系統工程理論與實踐[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]佘啟明.“化工系統工程”數字化教學改革與實踐[J].江蘇師范大學學報：教育科學版，2013，4（2）：65-67.

[3]牛國慶，王海娟.對高校特色專業建設的思考[J].河南理工大學學報：社會科學版，2009，10（2）：329-323.

[4]楊友麒.化工系統工程發展前沿[J].系統工程理論與實踐，1987，（3）：43-51.

[5]方利國.化工系統工程教學改革及探索[J].化工高等教育，1995，（2）：56-58.