从化工人才培养谈化工设计课程的教学改革

郭泉辉，李 娟，马新起，王树立，张文辉

（1.河南大学化学化工学院，河南开封 475004；2.郑州大学化工与能源学院，河南郑州 450052）

从化工人才培养谈化工设计课程的教学改革

郭泉辉1，李 娟1，马新起1，王树立1，张文辉2

（1.河南大学化学化工学院，河南开封 475004；2.郑州大学化工与能源学院，河南郑州 450052）

作为化学工程与工艺的专业课程，化工设计在培养学生综合素质和创新能力方面起着重要作用。本文针对化工设计课程教学中存在的问题，探讨了化工设计课程在理论教学和实践教学等方面的改革，以期更好地培养合格化工专业人才。

化工设计；教学改革；综合素质；创新能力

随着我国经济迅速的发展，社会对化工人才的需求越来越迫切，对化工人才质量的需求越来越高，同时对化工人才培养也提出了更高的要求。本科院校工科教育的主要目标是培养高素质的工程技术人才，以适应社会发展的需要［1］。工程人才的培养应该是使学生在获得专业基础知识的同时还必须具备全面的综合素质和创新能力［2］。但是我国化工高等教育目前仍基本沿袭着陈旧的培养模式，导致学生的综合实验能力、工程实践能力等综合素质较低，而且统一的培养规格、呆板的培养方法和老化的教学内容也不利于新形势下学生创新能力的培养。

在化学工业中，一项化工新技术从概念形成至实施投产，大体要经过化工技术的研究、过程开发、项目设计、工程建设、试车投产等阶段。化工设计把过程设计与工程设计有机地结合在一起，是化工基本建设和企业技术改造不可缺少的重要环节，同时也是一项创新性的劳动。无论是新厂的建设、老长的改造，都离不开化工设计。因此，设计者必须具备较全面的的化工综合素质，同时还应具有较强的创新能力［3］。所以为了培养化学工程与工艺专业学生的工程意识，大多数高校都把化工设计类课程列为其教学计划的重要内容。

1 化工设计课程的内容和特点

化工设计是高等学校化学工程与工艺专业一门专业必修课，是大学四年所学主要课程综合运用过程的系统训练。化工设计是以化工厂生产装置的建设为目的，在确保技术、经济、环境和安全可靠性的前提下，设计最佳的工艺技术路线，通过工艺软件的模拟分析，确定优化的工艺流程、工艺条件、设备选型及其它非工艺专业等内容。由于它要求学生具备物理化学、化工原理、化工分离工程、化工热力学和化学反应工程等专业知识。因此化工设计是一门综合性、交叉性很强的课程，涉及的专业基础知识范围非常广泛。通过该课程的学习，有利于培养学生的独立工作、独立思考和运用所学知识解决实际问题的能力，是提高学生综合素质、培养创新能力，使大学生向工程师或研究人员转化的一个重要教育环节。

2 化工设计教学中存在的问题

目前在化工设计课程的教学过程中主要存在以下问题：①为适应“厚基础、宽口径”的高等院校育人教育新模式的要求，高校专业课程都有一定程度的课时压缩，造成该课程学时有限，难以满足课程教学要求；②课程中各类规定和国家准则、规范较多，内容较为枯燥。根据以往教学经验，学生的学习积极性较差；③化工设计课程具有典型的实践性。因此化工设计课程的教学也应分为理论教学环节和实践环节。但大部分高校都未安排该课程的实践环节。导致学生在课程学习中与实际结合不够紧密，无法对课程有良好的认知能力。

3 化工设计课程改革的措施

3.1 理论教学模式的改革

首先完善课程体系建设。化工设计是一门综合性课程，涉及的专业基础知识范围广，要求学生具备化工类扎实的专业知识。这就要求培养方案在制定过程中，应完善化工类教学课程体系的建设，整合化工设计有关教学环节，并注重不同专业课之间的衔接。

例如化工工艺学是化学工程专业的主干课程，主要介绍化工产品生产过程的基本原理、生产方法、工艺流程、操作条件、设备结构、性能及其优化组织和设计计算。同时研究如何合理组织和安排生产，使生产系统达到最优化，实现高产低耗和节能的目的。而从化工设计的内容来讲，根据生产的化工产品特点确定工艺流程和设备选型是进行化工设计的初步和最重要的工作。因此，化工工艺学的教学环节对提高学生的化工设计能力具有重要作用。流程分析是化学工艺学的一大组成部分，在教学工作中就可以有意识地让学生认识化工生产的特点。从技术、经济和安全生产多方面进行流程分析，通过学习可以培养和训练学生组织和设计工艺流程的基本素质。通过不同课程之间的紧密衔接，可以有效地提高教学效率。

由于化工设计课程不仅包括化工设计的基本原理、概念和方法，还涉及化工过程开发、过程系统工程、计算机辅助设计、安全工程和化工技术经济等知识。因此，在学生四年的系统学习过程中，可将化工设计课程中的部分教学内容前移。例如，化工设计课程中安全防火与环境保护这一章节的主要内容可安排在安全工程课程中讲授；工程概算等内容可主要在化工过程开发和化工技术经济等课程中进行讲解；化工设备图和设备的工艺设计等部分内容可在化工制图课程中进行讲授。而以上部分教学内容安排在化工设计课程开设之前的相关课程中讲授后，可以减少设计课程中的重复内容，保证和提高该课程教学质量。

其次改善教学方法和手段。化工设计课程主要的教学目的是使学生掌握设计的基本概念和化工厂设计的基本程序及内容。本课程应重点讲授设计方法和基本原则，为了提高教学效果，应注重设计实例与理论相结合的方法。在授课过程中，可在每一章的开头处给出一个工程实例，这个实例应尽量做到几乎涵盖这一章的主要内容，在授课过程中从这个例题出发逐步引出本章节的一些基本的设计理念、程序和内容，即采用“先示例，后解析”的教学方法［4］。使学生能从实例中得到启发，并对所引出的一些专业术语或相关知识点的理解比较透彻。这样的教学方法更能够提高学生的主官能动性和学习积极性。采用这样的“启发式”教学方法就对该课程的主讲教师提出了更高的要求。不仅有利于促进教师深入研究教学内容，而且促使教师要有足够的实践经验，积极地参加到科学研究去，以丰富教学内容，进而提高课堂教学效率和水平。

3.2 强化计算机技术的应用

由于计算机信息技术的飞速发展，计算机在化工设计中的应用几乎贯穿于工程设计的全过程和设计工作的各个方面，而且大型的石化企业的工程设计投标，均要求有相应的过程模拟数据。因此，应用计算机进行化工设计是一个化工技术人员必备的基本技能。面对这样的形势，目前高等院校化工设计类课程教学中必须强化计算机技术的应用。目前，一些大型的商业用专业软件，如Aspen Tech公司Aspen Plus、SimSci公司开发的PRO/!等已在国内大型企业和设计院的设计过程中广泛采用。但是由于这些大型商业软件价格昂贵，导致了大部分高等院校无法购买，因此学生无法进行学习、操作和训练。近年来，国内一些公司相继开发了一些化工设计类软件如PIDCAD、ECSS化工之星等。PIDCAD软件可进行流程图、设备装配图、车间布置图的绘制。ECSS化工之星可用于过程研究开发、过程设计、装置的模拟与优化等。这些软件在功能和通用性上尽管还不能与国外开发的大型商业软件想媲美，但是其价格较低，并可满足目前高等院校的本科教学需求。通过几年来的使用结果表明，这些国产软件可满足本科教学的设计开发工作。且通过实践证明，将设计软件应用于化工设计课程的教学，不仅提高了学生的设计水平，也极大提高了学生的学习兴趣。

3.3 加强化工设计课程与实践环节的联系

实践环节是培养工科学生综合素质和工程意识的重要环节。通过下厂实习，学生可以增强工程概念和感性认识。近年来，我们有意识地加强了化工设计课程与实践环节的联系，在这方面进行了一些有益的探索。例如，在下厂实习过程中，我们要求学生要对实习所在工段或岗位的主要设备进行物料衡算和能量衡算，以便使学生能够理论联系实际，将所学的理论知识应用于工厂实践中；化工设计课程的主讲教师作为实习指导教师有意识的针对后续专业课程的教学内容，启发和引导学生思考。并通过现场指导，使学生对工艺流程的设计、设备的选型、管路、和典型设备的设计安装以及车间布置等化工设计课程中涉及的部分内容提前有所了解和熟悉。这样的实习，学生不仅对化工产的整体了解和工程概念的建立会有很大的提高，同时也为后面的课程教学打下基础。

但由于目前工厂顾及安全与效益，及目前各高校实习经费较为紧缺等问题，实习的时间不长，只能完成部分车间或装置的学习，因此，通过化工设计仿真实验就显得非常必要。化工过程仿真模拟真实的生产装置，再现真实生产过程（或装置）的实时动态特性，使学生可以得到非常逼真的操作环境，学生通过亲自动手模拟开车、停车和典型事故处理训练，能提高理论联系实际和分析问题解决问题的能力，将所学的专业知识与实际生产紧密结合起来，更加深入地了解化工工业过程。例如在讲解离心泵设备选型时，就可以通过对离心泵的开停车仿真单元操作来进一步加深对课堂讲授知识的理解。

3.4 重视课程设计，提高设计的动手能力

化工设计课程具有典型的实践性。因此在授课过程中，应选择一些有生产或科研背景的设计题目作为学生的课程设计题目。使学生得到真正的动手设计机会。从而在设计过程中，将所学的知识融会贯通。这是一种很好的提高学生设计能力的途径和方法。有利于培养学生的综合素质。

近年来，华南理工大学、浙江大学等高校联合在本科生中开展了化工设计大赛。将课堂所学与实际应用有机结合，取得了非常好的效果。这种形式打破了高校原有的“课堂、课本、教师为主”的被动模式，是对“学习、实践、学生为本”的主动教育模式的积极探索。不仅极大地了调动学生学习的主动性、积极性，而且对于工科学生综合素质和创新能力的培养非常有益。这一模式的出现，是对新形势下高等院校化工人才培养的一种新的有益的探索。值得其它高校借鉴、学习和开展。

总之，作为实践性和综合性非常强的化工设计课程是化学工程与工艺专业培养目标中的一个重要环节，其教学效果的好坏直接影响到学生的设计能力与工程意识的培养。目前传统的教学模式已经显现了许多的弊端，不利于新形势下学生综合素质的培养和创新能力的提高，我们需要进行不断地进行教学改革来实现现代社会对化工人才培养质量提高的需求。

［1］王桂荣，王淑芳，王桂赟，等.在化学工程与工艺专业教学中强化工程意识的培养［J］.化工高等教育，2005，1（83），116－118.

［2］余国琮，冯亚青，房鼎业，等.化工类专业人才培养方案及教学内容体系改革的研究与实践［J］.化工高等教育，2001，（3）：9－13.

［3］张志强.提高学生化工设计能力探讨［J］.青海大学学报，2001，19（5）：90－92.

［4］刘 辉，叶红齐.化工设计类课程教学改革的几点措施［J］.高教论坛，2008，12（3）：62－64.

G420

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1003－3467（2010）19－0060－03

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河南大学第九批校级教学改革项目（47）

郭泉辉（1972－），男，博士，副教授，从事《化工设计》等课程的主讲，E－mail：laoguo324@163.com。