踐知體悟的化工過程模擬教學(xué)新模式

秦洪慶，楊晶巍，朱兆友，齊建光，王英龍(青島科技大學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266042)

0 引言

“十四五”時期，我國正在步入更加壯闊的新時代。新時代對高校專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高的要求，開展持續(xù)深化的教育教學(xué)改革，是培養(yǎng)符合新時代要求的創(chuàng)新性人才、提升高校教學(xué)質(zhì)量的重要舉措。課程的教學(xué)革新可以從教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上著手，采用理論與實際相結(jié)合的方式進(jìn)行，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和化工模擬實踐的創(chuàng)新能力。

化工過程模擬是研究現(xiàn)代化學(xué)工藝以及流程優(yōu)化的重要工具之一，它綜合化工熱力學(xué)、化工分離工程、化工反應(yīng)工程、化工原理等多種專業(yè)學(xué)科，突出理論結(jié)合實踐，要求學(xué)生用系統(tǒng)工程的理論與眼光來探尋化工過程的開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)操作的控制與優(yōu)化的最佳方案，以適應(yīng)現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)對高素質(zhì)專業(yè)人才的需求[1]。

在世界化工產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的背景下，化工產(chǎn)業(yè)對高素質(zhì)人才的需求逐漸增加，化工過程模擬課程變得尤為重要。但本課程的綜合性較強，并要求學(xué)生具有一定的工程意識和專業(yè)技能，單一的課堂授課無法滿足教學(xué)需求和人才培養(yǎng)目標(biāo)。另外，現(xiàn)代化工行業(yè)越來越注重對學(xué)生工程實踐能力的需求，要求學(xué)生既要擁有扎實的專業(yè)理論知識的能力，又要具備有與生產(chǎn)實際相關(guān)的工程意識以及創(chuàng)新性思維。現(xiàn)行的教學(xué)方式只注重理論知識的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生對于專業(yè)技能知識掌握不足，面對實際問題難以提出有效的解決方案。

針對上述問題。本文對化工過程模擬課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討，以培養(yǎng)符合現(xiàn)代化工需求的人才。對個別內(nèi)容復(fù)雜的教學(xué)章節(jié)采用案例講授的方式，幫助學(xué)生建立發(fā)散性思維方式，培養(yǎng)其邏輯推導(dǎo)能力，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建化工專業(yè)知識體系網(wǎng)絡(luò)。通過教學(xué)，使學(xué)生具備化工過程模擬的綜合理論知識體系，并能將之熟練運用于實際問題中，來達(dá)到培養(yǎng)現(xiàn)代化工行業(yè)所需高質(zhì)量人才的教學(xué)目標(biāo)。

目前，國內(nèi)各大高校的化工專業(yè)都將化工過程模擬課程設(shè)為專業(yè)課程，就目前的教學(xué)方式而言，課堂授課都以理論知識傳授為主，學(xué)生難以接觸工程實際，實踐能力難以提高。本文探索“踐知體悟”的化工過程模擬教學(xué)新模式，圍繞“課堂教學(xué)，理論應(yīng)用”“專業(yè)培養(yǎng)，技能競賽”“案例分析，工程實踐”3個維度，在教學(xué)實踐中加深學(xué)生對課程的感悟，提升學(xué)生的工程意識和實踐能力，使學(xué)生能具備將所學(xué)知識應(yīng)用于工程實際的能力[2]。

1 課堂教學(xué)及理論應(yīng)用

化工過程模擬課程主要包括化工過程模擬基礎(chǔ)理論和模擬軟件的使用兩方面內(nèi)容，若只是講授理論知識而不進(jìn)行實踐操作，學(xué)生知識點難以掌握，能恰當(dāng)?shù)膶⑵溥\用解決實際工藝生產(chǎn)問題更是難上加難[3]。

通過課程改革重點加強學(xué)生對于過程開發(fā)、工業(yè)設(shè)計、流程優(yōu)化的求解方案，掌握單元模塊的基本原理來靈活運用，并要求學(xué)生在老師授課后，根據(jù)具體生產(chǎn)難題提出解決方案。例如講授二元體系的分離案例，教師在指導(dǎo)學(xué)生對基礎(chǔ)工藝流程進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，通過對于多種優(yōu)化路線進(jìn)行比較選擇出最佳方案，從而將實際工程知識引入實驗課堂中來。教師逐步增加流程的復(fù)雜度，讓學(xué)生自行分組進(jìn)行流程設(shè)計，檢驗學(xué)生對知識的掌握程度和實際工程能力。教師指導(dǎo)學(xué)生對不同的合成方案進(jìn)行計算和比較，確定不同的分離方法，指定不同的熱力學(xué)模型，進(jìn)行全面優(yōu)化分析。指導(dǎo)教師對學(xué)生的方案進(jìn)行評價，加深學(xué)生對工程的了解，不僅使學(xué)生將所學(xué)知識能融會貫通，更強化了學(xué)生的化工設(shè)計能力。

2 專業(yè)培養(yǎng)及技能競賽

如何讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)理論知識的同時接觸到實踐并在實踐中學(xué)習(xí)，是解決教學(xué)問題的關(guān)鍵[4-5]。針對這個問題，本課程將“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽和創(chuàng)業(yè)計劃大賽、山東省大學(xué)生化工過程實驗技能競賽等化工模擬相關(guān)的科技競賽融入課程，讓學(xué)生利用所學(xué)的知識技能自主學(xué)習(xí)思考，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)積極性，鼓勵積極參與上述競賽活動。在作品設(shè)計過程中，學(xué)生需要根據(jù)題目要求，主動思考模型建模，不斷強化工程意識；運用流程模擬優(yōu)化軟件對每個工段、每個模塊、每個參數(shù)進(jìn)行全面分析，確定最優(yōu)工藝方案；通過工藝優(yōu)化并對整個過程的設(shè)備選型進(jìn)行詳細(xì)的計算與校核。通過以上舉措激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的知識面，讓學(xué)生在競爭氛圍中加深對課程知識的理解。

3 案例分析及工程實踐

新時代要求培養(yǎng)企業(yè)需求的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，化工類院校更注重專業(yè)型人才的培養(yǎng)[6]。解決實際化工生產(chǎn)問題是化工過程模擬的最終目的，化工廠擁有豐富的實際工程案例，傳統(tǒng)教學(xué)往往難以涉及。為此，我們高度重視校企合作，充分發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢，先后與中國石油化工股份有限公司齊魯分公司研究院、萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司、山東新華制藥股份有限公司等單位建立長期合作機(jī)制。建立企業(yè)案例庫，選取優(yōu)秀案例進(jìn)行講解，并與行業(yè)發(fā)展需求相聯(lián)系，開拓學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

除此之外，將化工過程模擬內(nèi)容與畢業(yè)設(shè)計課題相融合，鼓勵對模擬方向感興趣的同學(xué)選擇相關(guān)課題，并將優(yōu)秀的畢業(yè)設(shè)計案例納入教學(xué)數(shù)據(jù)庫，建立案例教學(xué)精品庫、企業(yè)案例庫和畢設(shè)課題案例庫多庫融合的教學(xué)模式，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，同時最大程度保證教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量。

以上教學(xué)改革可拓寬就業(yè)渠道，在提高學(xué)生綜合能力的同時，也為現(xiàn)代化工企業(yè)輸送高素質(zhì)人才[7-8]。踐知體悟的化工模擬課程教學(xué)模式如圖1所示。

圖1 踐知體悟的化工模擬課程教學(xué)模式

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，各領(lǐng)域科技發(fā)展呈現(xiàn)的日新月異的變化，在化工工藝設(shè)計、模擬、優(yōu)化等方面也不例外。化工過程模擬課程綜合性較強、它是將化工原理、反應(yīng)工程、分離工程、化工熱力學(xué)、化學(xué)工程與工藝等多門課程的內(nèi)容有機(jī)地聯(lián)系在一起，內(nèi)容較多而且抽象，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生一般無法將各門課程內(nèi)容結(jié)合起來，不能系統(tǒng)地處理問題，而只能孤立、片面地解決問題。而化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迫切需要能全面掌握各類化工理論知識和專業(yè)技能的具有綜合素質(zhì)的化工專業(yè)人才。“踐知體悟”化工過程模擬教學(xué)改革在一定程度上，化解了高校人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)人才需求之間的矛盾。

自實行“踐知體悟”化工過程模擬教學(xué)改革以來，教學(xué)效果得到了有效提升，學(xué)生對待本課程的積極性顯著提高，創(chuàng)新能力和工程能力大大加強；學(xué)生的整體課程成績優(yōu)秀，自發(fā)組織參加科技競賽并獲得省級獎勵，高素質(zhì)的畢業(yè)生在眾多化工企業(yè)中得到了廣泛認(rèn)可。

但同時我們也認(rèn)識到，教學(xué)改革仍在在路上。世界化工行業(yè)正在高速發(fā)展，化工過程模擬課程也應(yīng)跟上時代發(fā)展的需求。一方面，將過程模擬軟件與分子模擬軟件、數(shù)值分析軟件、環(huán)境影響分析軟件等軟件進(jìn)行交互，可以實現(xiàn)更加豐富的模擬功能，在授課時加入相關(guān)軟件的介紹，可激發(fā)學(xué)生興趣，拓寬學(xué)生眼界，讓學(xué)生了解到學(xué)術(shù)前沿內(nèi)容；另一方面，教師應(yīng)在不斷擴(kuò)充理論知識，積極參加課程內(nèi)涵建設(shè)、實踐課程改革等教學(xué)研討活動，不斷深化課程改革，積極創(chuàng)新，努力將學(xué)生培養(yǎng)成新時代化工領(lǐng)域的需求人才。