踐知體悟的化工過程模擬教學新模式

秦洪慶，楊晶巍，朱兆友，齊建光，王英龍(青島科技大學化工學院，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。新時代對高校專業人才培養提出了更高的要求，開展持續深化的教育教學改革，是培養符合新時代要求的創新性人才、提升高校教學質量的重要舉措。課程的教學革新可以從教學模式、教學內容和教學方法上著手，采用理論與實際相結合的方式進行，以提高學生的學習興趣和化工模擬實踐的創新能力。

化工過程模擬是研究現代化學工藝以及流程優化的重要工具之一，它綜合化工熱力學、化工分離工程、化工反應工程、化工原理等多種專業學科，突出理論結合實踐，要求學生用系統工程的理論與眼光來探尋化工過程的開發、設計、生產操作的控制與優化的最佳方案，以適應現代化工產業對高素質專業人才的需求[1]。

在世界化工產業高速發展的背景下，化工產業對高素質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，并要求學生具有一定的工程意識和專業技能，單一的課堂授課無法滿足教學需求和人才培養目標。另外，現代化工行業越來越注重對學生工程實踐能力的需求，要求學生既要擁有扎實的專業理論知識的能力，又要具備有與生產實際相關的工程意識以及創新性思維。現行的教學方式只注重理論知識的學習，使得學生對于專業技能知識掌握不足，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改革進行了探討，以培養符合現代化工需求的人才。對個別內容復雜的教學章節采用案例講授的方式，幫助學生建立發散性思維方式，培養其邏輯推導能力，引導學生構建化工專業知識體系網絡。通過教學，使學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，來達到培養現代化工行業所需高質量人才的教學目標。

目前，國內各大高校的化工專業都將化工過程模擬課程設為專業課程，就目前的教學方式而言，課堂授課都以理論知識傳授為主，學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新模式，圍繞“課堂教學，理論應用”“專業培養，技能競賽”“案例分析，工程實踐”3個維度，在教學實踐中加深學生對課程的感悟，提升學生的工程意識和實踐能力，使學生能具備將所學知識應用于工程實際的能力[2]。

1 課堂教學及理論應用

化工過程模擬課程主要包括化工過程模擬基礎理論和模擬軟件的使用兩方面內容，若只是講授理論知識而不進行實踐操作，學生知識點難以掌握，能恰當的將其運用解決實際工藝生產問題更是難上加難[3]。

通過課程改革重點加強學生對于過程開發、工業設計、流程優化的求解方案，掌握單元模塊的基本原理來靈活運用，并要求學生在老師授課后，根據具體生產難題提出解決方案。例如講授二元體系的分離案例，教師在指導學生對基礎工藝流程進行改進優化，通過對于多種優化路線進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雜度，讓學生自行分組進行流程設計，檢驗學生對知識的掌握程度和實際工程能力。教師指導學生對不同的合成方案進行計算和比較，確定不同的分離方法，指定不同的熱力學模型，進行全面優化分析。指導教師對學生的方案進行評價，加深學生對工程的了解，不僅使學生將所學知識能融會貫通，更強化了學生的化工設計能力。

2 專業培養及技能競賽

如何讓學生能夠在學習理論知識的同時接觸到實踐并在實踐中學習，是解決教學問題的關鍵[4-5]。針對這個問題，本課程將“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽和創業計劃大賽、山東省大學生化工過程實驗技能競賽等化工模擬相關的科技競賽融入課程，讓學生利用所學的知識技能自主學習思考，激發學生的創造力和學習積極性，鼓勵積極參與上述競賽活動。在作品設計過程中，學生需要根據題目要求，主動思考模型建模，不斷強化工程意識；運用流程模擬優化軟件對每個工段、每個模塊、每個參數進行全面分析，確定最優工藝方案；通過工藝優化并對整個過程的設備選型進行詳細的計算與校核。通過以上舉措激發學生的學習興趣，拓寬學生的知識面，讓學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

新時代要求培養企業需求的高素質創新型人才，化工類院校更注重專業型人才的培養[6]。解決實際化工生產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，傳統教學往往難以涉及。為此，我們高度重視校企合作，充分發揮學科優勢，先后與中國石油化工股份有限公司齊魯分公司研究院、萬華化學集團股份有限公司、山東新華制藥股份有限公司等單位建立長期合作機制。建立企業案例庫，選取優秀案例進行講解，并與行業發展需求相聯系，開拓學生的眼界，培養學生的工程能力，提升學生的專業素養。

除此之外，將化工過程模擬內容與畢業設計課題相融合，鼓勵對模擬方向感興趣的同學選擇相關課題，并將優秀的畢業設計案例納入教學數據庫，建立案例教學精品庫、企業案例庫和畢設課題案例庫多庫融合的教學模式，不斷豐富教學內容，同時最大程度保證教學內容的質量。

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

圖1 踐知體悟的化工模擬課程教學模式

4 結語

隨著科學技術的高速發展，各領域科技發展呈現的日新月異的變化，在化工工藝設計、模擬、優化等方面也不例外。化工過程模擬課程綜合性較強、它是將化工原理、反應工程、分離工程、化工熱力學、化學工程與工藝等多門課程的內容有機地聯系在一起，內容較多而且抽象，在教學過程中發現，學生一般無法將各門課程內容結合起來，不能系統地處理問題，而只能孤立、片面地解決問題。而化工產業的發展迫切需要能全面掌握各類化工理論知識和專業技能的具有綜合素質的化工專業人才。“踐知體悟”化工過程模擬教學改革在一定程度上，化解了高校人才培養與產業人才需求之間的矛盾。

自實行“踐知體悟”化工過程模擬教學改革以來，教學效果得到了有效提升，學生對待本課程的積極性顯著提高，創新能力和工程能力大大加強；學生的整體課程成績優秀，自發組織參加科技競賽并獲得省級獎勵，高素質的畢業生在眾多化工企業中得到了廣泛認可。

但同時我們也認識到，教學改革仍在在路上。世界化工行業正在高速發展，化工過程模擬課程也應跟上時代發展的需求。一方面，將過程模擬軟件與分子模擬軟件、數值分析軟件、環境影響分析軟件等軟件進行交互，可以實現更加豐富的模擬功能，在授課時加入相關軟件的介紹，可激發學生興趣，拓寬學生眼界，讓學生了解到學術前沿內容；另一方面，教師應在不斷擴充理論知識，積極參加課程內涵建設、實踐課程改革等教學研討活動，不斷深化課程改革，積極創新，努力將學生培養成新時代化工領域的需求人才。