化工專業設計類課題教學改革初探

宋 軍，宋悅瑋，薛惠文，陳 穎

（1.東北石油大學化學化工學院，黑龍江大慶 163318；2.東南大學儀器科學與工程學院，江蘇南京 211189；3.東南大學經濟管理學院，江蘇南京 211189）

化學工程與工藝專業作為傳統的工科專業，肩負著為社會諸多行業，如化工、制藥、食品、能源、環保、冶金以及軍工等培養從事工程設計、技術開發、生產管理和科學研究等方面工作的工程技術人才的重任。近年來，隨著社會對應用型人才需求的不斷擴大，對化工專業學生的實踐能力和繼續學習的能力提出了更高的要求。在化工專業本科生培養過程中，畢業設計無疑是關系到專業人才培養質量的重要環節，在畢業設計期間，學生運用所學過的專業知識，在導師的指導下，針對某一課題的開展設計工作，完成論文。通過該環節的訓練，學生的專業綜合能力將得到很大的提升，為將來從事相關工作打下堅實的專業基礎。在專業認證和新工科背景下，設計類課題作為畢業設計中重要的一大類，其比例逐年攀升，越來越受到高校認可和重視。該類課題一般包括工藝流程的選擇、物流及能量衡算、設備選型及配管、工程概算等部分。通過此類畢業設計的訓練，對學生熟悉掌握國家和行業標準，培養工程意識與實踐創新能力，鞏固專業知識、提高理論與實際結合能力、提高知識綜合應用能力有著重要意義。從多年的教學來看，設計類課題的教學過程中還存在一些問題。本文將就化工專業設計類課題教學改革進行初步探索。

在畢業設計階段，設計類課題已經開設多年，但在傳統的教學模式下依然存在很多問題。

1 缺乏科學有效的設計體系

化工工藝設計是指化學工程師依據單一或數個化學反應，設計出一個能將原料轉變為所需求產品的生產流程和裝置。實踐中發現，學生在進行工藝設計的過程中，沒有建立一套科學有效的設計體系，無法形成清晰的設計思路。

學生綜合能力弱，雖然已修過多門專業課，但是這些專業知識在腦海里還是支離破碎，難以形成完整的知識鏈，在此情況下，學生面對課題，往往無所適從，缺乏目的性、條理性，不能一環扣一環地完成設計。因此，建立科學、規范、全面、系統的化學工程標準化設計體系是十分必要的，對指導和推進標準化設計工作有序、健康、持續開展有重要作用。

2 偏重理論、脫離實際

目前，設計類課題的重點還是在工藝計算、工藝流程的選擇和優化上，怎么實現工業化沒有受到重視。自主設計和發揮主觀能動性的內容非常少，無法激發學生的創造力。部分設計類課題已經應用多年，設計內容陳舊與實際嚴重脫節，所設計的裝置早已經被時代淘汰。答辯驗收標準也局限在設計規范和工藝計算題上，這就導致學生重理論，輕實踐。

新工科背景下，還應該注意到，為培養工科學生的創新能力和實踐能力，各高校普遍開展了工程教育專業認證工作。中國工程教育專業認證協會在2015年修訂的專業認證標準中，提出工科專業學生的12條畢業要求，要求畢業學生具備分析、研究、解決復雜工程問題的能力，具有良好的團隊協作、溝通和終身學習等能力，并要求課程體系能支持畢業要求的達成。然而針對工科大學畢業生的實踐能力開展的調查研究表明，畢業設計環節對學生能力的提升并沒取得令人滿意的效果，具體表現為以下幾個方面：一是用人單位認為畢業生工程意識（如經濟管理意識、倫理意識、道德意識）和創新意識不足；二是用人單位認為學生識別、形成和解決工程問題的能力不足；三是用人單位認為畢業生缺乏獨立自主的工作能力；還有超過四分之一的用人單位認為學生不能夠勝任設計和操作實驗；此外，部分用人單位還認為學生的終生學習素養和持久主動的學習熱情不夠理想。雖然不能說畢業設計環節對上述問題的改善具有絕對性的作用，但是畢業設計環節的傳統培養模式在提高學生的創新能力和實踐能力方面存在明顯不足，亟須在教學過程中進行創新和改革。另一方面，指導教師缺乏實踐經驗。許多教師缺乏在現場的實踐經驗，指導設計類畢業課題，本身也是一頭霧水，所帶學生更是很難把握設計的關鍵。很多學生在設計過程中，浮于表面，脫離實際，所涉及的內容缺乏科學性、嚴謹性和合理性，比如對壓力、流量的大小沒有常識性概念。在設計中曾出現上述一些工藝參數嚴重超出允許范圍的實例。

3 處理不好深度和廣度的關系

在教學過程中發現，部分課題涉及設計內容過于繁雜，設計范圍過大，對裝置的設計從工藝設計、設備選型、平面布置、到事故預案、安全環保及經濟核算，面面俱到，但是涉及的每一個方面卻又都是點到為止，難以深入，整個論文是像操作手冊又有技術臺賬的影子的 “四不像”；與此相反，有的設計又過于局促，往往局限在某一個反應器或加熱爐，設計內容事無巨細，甚至配管的具體設計信息也羅列在論文中，難以體現出工藝的總體性。

總之，大四學生在做設計類課題設計工作時，往往感覺霧里看花、無從下手，大部分是靠 “依葫蘆畫瓢”草草完成設計項目，沒有能夠充分利用所學的專業知識，發揮主觀能動性，創造性地完成設計任務，沒有達到畢業設計教學的預期目標，學生畢業后也無法較快地適應專業工作。

綜上所述，化工設計類課題在培養應用型化工人才方面有著重要的地位。針對以上問題，提出以下幾方面教學改革的思路與設想。

3.1 建立科學的設計體系

化工專業工程特色顯著，作為應用技術技能型化工人才，工程設計能力是必不可少的一項專業能力。在各化工主干課程中均設置相應的課程設計環節，這些課程經過理論、實驗再到課程設計，逐步構建學生的知識體系，提升知識的應用能力。建立“課程設計模塊—化工設計大賽—畢業設計”一體化、三層次的化工設計體系，開展以課程設計為基礎，化工設計大賽為抓手，畢業設計為綜合的" 三部曲" 訓練，提升工程設計能力。

化工設計工作千頭萬緒，開展設計工作的首要任務就是要建立起科學的設計體系，進而步步為營，扎扎實實地完成設計工作。這就要求教師要能夠引導學生建立科學的設計理念，在頭腦中形成清晰的設計思路，進而將詳細的設計脈絡現于紙端，并依此一環扣一環地開展設計工作。具體設計過程的框架是：①查閱《化工系統設計》《化工裝置工藝設計手冊》等基礎設計資料，充分吃透化工設計精髓、認識化工工藝設計的本質。②從物料衡算和熱量衡算入手，選取合理地工藝路線。③完成反應器、換熱器等主要設備的選型。④適當介入公用工程消耗。最后，有條件的，用模擬軟件驗證并完善設計參數，完成設計。

3.2 注重理論聯系實際

設計類課題在實際選題過程中，首先要從實際出發，所設計的內容要盡量跟進專業的前沿，必要的時候帶學生走進工廠，切身了解實際生產中的需求和不足，設計過程要始終貫徹從實際中來到實際中去的理念。

目前，有許多工業裝置設計類軟件，如Aspen Plus、3D max 、Smart Plant、Pdsoft、PDMS等，可供學生開展設計工作的過程中使用。在熟練掌握這些軟件之前，有很多內容是需要學生自學的，學生要通過指導教師引領、學長的示范、自己的練習來掌握這些軟件的使用。這些自學能力的培養將為學生終身學習能力的達成打下堅實的基礎。同時，這些軟件基本做到了設計工作的“所見即所得”，并與工藝計算軟件Aspen和配管軟PID 等實現數據通信，學生的設計結果在軟件中呈現，再將不完善的地方進行反饋，在反復的修改過程中，設計能力和實踐能力將獲得極大提升。

同時，教師要注意提高本人的知識素養和指導水平，要利用帶實習、做項目的機會深入到工業裝置中，近距離地接觸生產實際，向師傅學習，向實踐學習，把課本的理論知識與生產實際聯系起立，避免紙上談兵。唯如此，在指導實踐類畢業設計的時候才會得心應手，游刃有余。此外，還可專門從化工設計院、企業等單位聘請有一線項目設計經驗的工程師、技術員到校做講座或直接參與指導學生的畢業設計工作，真正訓練學生的工程設計能力，做到學以致用。通過這樣的技術交流，廣大師生都會充分受益。

3.3 處理好深度和廣度的關系

設計類論文的著眼點可以是中小規模的一套裝置，也可以是復雜裝置中的某一個工段。在這一過程中需要完成設備設計及選型，對工廠或車間進行平立面布置，進行自控設計和安全環保分析，進行工程經濟計算等，需要很多專業理論與之配合。在實際選題和設計過程中，切忌設計范圍過大，對于相對簡單的工藝，可適當強化設計的深度，比如可針對主要控制回路設計出部分控制點。在設計過程中，要以工藝路線設計為主，適當體現設備選型、公用工程部分等內容，較少涉及平面布置、安全環保等內容，切忌涉及面過廣過全，面面俱到又難突出主次。

4 結語

本科畢業設計環節是以往其他理論教學環節的總結、凝練和深化，是培養具有應用能力和創新能力畢業生的重要途徑。設計類畢業課題在畢業設計中的效果日益凸顯，所占比例逐年增加。為提高教學質量，必須針對學生開展此類畢業課題中存在的問題加以解決，在提高學生的理論知識水平的基礎上，努力提高學生的實踐能力，培養優秀的化工人才，為將來畢業生服務社會打下堅實的基礎。