化工設計課程教學改革過程優化實踐與探索

謝瑞剛，蘭翠玲，趙金和，周伶俐

(1.百色學院 化學與環境工程學院,廣西 百色 533000； 2.桂林理工大學 材料科學與工程學院,廣西 桂林 541004)

化學工程與工藝專業作為典型的工科專業，肩負著為社會諸多行業，如化工企業、醫藥、食品、能源、環保、設計部門及高等院校等培養應用型人才的重任。在化工專業人才培養過程中，專業課程的教學質量直接影響應用型人才的培養質量。化工設計課程是化工專業實踐性綜合性較強的一門必修課[1]，內容一般包括工藝專業(車間、化工廠等)、非工藝專業設計內容及規范、物流及能量衡算、設備設計及配管、工程概算等部分。通過課程的學習，不但能使學生熟悉掌握國家和行業標準，更能培養學生的工程意識與實踐創新能力。

應用型人才是能夠把成熟的技術和理論應用到實際的生產生活中的技能型人才。隨著我國經濟轉型發展對應用型人才的需求增加，越來越多的地方高校逐漸向培養地方(行業)急需、特色鮮明的應用技術型大學轉型。百色學院自2006年升本以來，一直把應用型人才教育改革放在重點，及時調整課程教學體系及評價機制[2]。基于此，化工設計課程教學改革勢在必行，逐步探索。

1 教學現狀

化工設計作為一門專業必修課程，總學時一般設置在40學時左右，其中通常包含10～20學時的實踐教學。由于內容涉及面寬、輔助設計軟件多且復雜，理論講授課時和實踐課時相對有限，不論是行業規范或標準解讀還是設計軟件熟練運用都捉襟見肘，很難喚起學生的學習興趣，也難以獲得他們的更多關注，因此，工程設計思維的訓練，工作過程(或者設計經驗)的積累往往難有收獲。

2 教學過程優化設計

2.1 設計規范

化工設計課程的設計規范涉及相應的法規6個，國家標準287個，化工行業標準77個，石油標準85個，石油化工行業標準115個，電力標準15個，工程建設標準1個，其他標準38個。這些規定從圖紙的大小、比例、文字、符號代碼、標注、設備圖布局、明細欄組成到設計類型及審批程序等等。種類繁多，要求細膩，但是，這些規定基本上是化工設計的硬性要求，強制要求，因此，化工設計的教學應著重培養學生對設計規范的熟悉理解及默認遵守的習慣。課本上只是提及規范代碼及名稱，具體內容，需要我們去圖書館借閱、網上下載，甚至購買來及時熟悉規范內容。只有這樣才能在今后的設計工作中有章可循，有規可依，切記任意發揮，畢竟設計是嚴肅的工作過程，不但關系到設計流程的是否合格，還會關系到設備的安全與否、環境條件是否達標等等。

2.2 設計軟件

用于化工設計領域用到的軟件不少，從用途角度大致可分為以下幾類。計算軟件：Excel、Origin、Visual Basic、ChemCAD、Matlab、Aspen Plus等可用于物料與能量平衡衡算、工程概算與經濟評價；繪圖軟件：AutoCAD、PIDCAD、PdMax、3dmax、PDMS、SmartPlant 3D等軟件可實現二維、三維設備與配管及車間或工廠布置圖的繪制[3]；模擬軟件：Aspen Plus、PRO-II、HYSYS等可對化工流程進行穩態模擬及優化設計。在化工設計工程中通常是幾種軟件的綜合使用，所以需要大量的時間去學習以上常用化工軟件。

單純的通過化工設計一門課程去實現設計軟件的熟練操作顯然不可能，通過與之相關的課程如工程制圖、計算機在化學化工中的應用、化工設備機械基礎等課程分散介紹學習，加強設計軟件的消化和吸收。如AutoCAD、Aspen plus等軟件在選修課化工CAD和Aspen plus入門等課程上學會初步安裝使用并實現熟悉界面操作，Excel、Origin在計算機在化學化工中的應用課程中重點介紹，Visual Basic 在計算機編程相關課程上教學。這些課程可以很好的利用起來，為化工設計必修課的學習打下初步的應用基礎。

設計軟件的學習不同于設計規范的識記方式，更多的需要動手實戰操作，所以，設計軟件在化工設計教學中，在有限的實踐課時中，采取以學生為主體的翻轉式教學[4]，學生通過課后的軟件操作訓練后，在課堂上與大家分享使用操作過程及心得，這樣不但可以加深對設計軟件的熟練程度，還可以鍛煉同學們的表達能力。我們選用的教材是陳聲宗老師編寫的第四版化工設計課本，應用Aspen Plus進行物料及能量衡算，PdMax對二維設備布置圖及三維管道建模，Excel對化工經濟評價，這3個軟件的使用采取實踐教學方式進行，分組練習，分組講評，做到人人熟練操作。這種方式激發了大家的學習熱情，大大增加了每個人對設計軟件的熟練程度，吸引大家學好學精化工設計軟件。對于課堂上沒有講述的軟件，向大家細致講解，鼓勵大家下載安裝使用，鼓勵大家組隊交流。這樣可以為后面的設計競賽提前做好練兵準備，有的放矢，有步驟有計劃的去參與到實戰中。從“四創能力”提升角度出發，鼓勵學有所成以及準備就業的同學可以嘗試去備考行業認可的軟件證書。

2.3 設計競賽

全國大學生化工設計競賽是國內化工相關專業規模最高的賽事，由中國化工學會、中國化工教育協會、教育部高等學校化工類專業教學指導委員會聯合舉辦分區選拔，從工藝流程、設備選型、車間和工廠設計以及經濟分析與可行性論證等角度考查學生對化工設計的實踐動手及團隊協作能力[5]。百色學院化工學院連續多年參加華南賽區選拔比賽，對于指導教師和參賽學生來說都是一次難得的實戰大練兵。除此以外，廣西高校化學化工類論文及設計競賽也是一次很好的參與競賽方式，每年都有組隊參加。

2.4 其他方式

有條件的高校可以結合校內或校企共建的中試車間來做化工設計實踐教學平臺[6]，這樣更有利于從真實生產流程來進行實地設計。工作過程系統化是經過驗證的課程實踐化的設計方法[7,8]，化工設計是一門實踐性強且復雜的課程，可以從設備、車間、工廠等方面進行工作過程系統化設計嘗試，很可能收獲意想不到的效果。

3 結論

針對化工設計課程內容涉及規范多，實踐教學要求高的特點，通過調整教學方式，對化工設計規范采用教師重點講解，設計軟件采用翻轉課堂方式，并通過鼓勵學生參加各級各類化工設計相關競賽來鞏固和加深對課程的理解，不斷提高畢業生的專業應用能力。對于有條件的高校還可結合中試車間作為化工設計的實踐教學方式，進行工作過程系統化設計來改善化工設計課程的實踐教學效果。