化工过程开发与设计课程案例教学初探

张建立

(许昌学院化学化工学院，河南许昌 461000)

化工过程开发与设计课程是化学工程与化工工艺类相关专业的重要专业理论课。它主要讲授完整的化工过程开发的内容、步骤和有关的概念;开发放大方法和试验研究方法;技术经济评价的思想和方法［1］。是理论与实践结合十分密切的专业课。教学过程中，学生普遍反映该课程学习起来较难，因为，其中大部分内容是从工程实践和科研实践中归纳和总结出来的，并引用和介绍了许多化工过程开发与设计中涉及的选题、立项、市场调研、实验设计与数据处理、工艺流程设计与有关计算、技术经济评价等多方面的问题［2］。但是该阶段的学生还没有工厂生产实践经验和化工开发与科研的经验知识，缺少对整个课程教学思想和内容的认识和了解，因此普遍感觉该课程的理论知识和方法抽象，内容多，不易理解。因此强化化工过程开发与设计课程的教学，对化工专业、应用化学等化学化工类相关专业学生专业理论课的学习和工程意识的培养有着重要的意义，对培养化工高等技术复合型人才起到关键的作用。

对于化工相关专业的高年级学生，该课程是从基础理论上升到工程理论和实践的桥梁。要想让学生学好这门功课，为以后的工程实际打下坚实基础，老师需要正确地把基础理论知识讲述给学生，通过深入浅出的讲解、分析和论证，把化工过程开发实践中抽象理论和方法变成具体易懂的知识，进而为学生所掌握［3］。同时还应该结合介绍化学企业在工程实践和产品开发实践中的具体的应用案例以及相关的科学发展的前沿动态和最新科研成果，提高学生的学习兴趣和热情，激发学生的探索精神和求知欲望，培养其创新思维和科研热情，培养品学兼优的实用和科研结合型人才。

1 结合企业开发案例，提高学生的学习兴趣

提高学生的学习兴趣是教学过程中提高教学质量的最有效途径之一。为了培养学生对化工过程开发与设计课程的学习兴趣，除了通过教学的各个环节如课堂教学、实验课等来进行理论知识的深化和应用外，更重要的应该是在化工过程开发与设计课堂教学中，通过结合基本理论知识在企业工程案例和科研项目中的应用成果，来提高学生的学习兴趣，开拓科研视野，认识该门课程知识的重要性和实用性［4］。同时案例教学是用所学的理论知识来解决实际问题的过程，因此真正做到了理论联系实际的教学原则。

在讲市场调研与开发研究选题的教学内容时，作者把中国化工集团的前身蓝星清洗公司创业的案例介绍给学生。1984年，蓝星公司的创业者偶然发现，我国当时煤产量每年增加850万t，而当时国家每年因锅炉结垢多耗煤1 750万t，相当于两年增产的原煤。当时在我国，清洗技术还是一个空白，没有一支专业清洗队伍，清洗行业成为人们不愿或不敢涉足的未知禁区。机遇与凶险并存，创业者们凭着“成立一个专业化清洗公司，把科技成果推广出去，为国家做点事。”这样一个朴实的想法，靠一项清洗缓蚀剂技术、一万元借款、七个半创业者(一人兼职)走上了自己的创业之路。此后，蓝星清洗公司几乎包揽了国家“七五”到“九五”计划期间几乎所有乙烯和大化肥装置的开车前清洗工程。“小到茶壶，大到原子弹，全能清洗”的蓝星开始走向世界。通过把化学企业成功的开发案例展示给学生，使学生深刻地认识到市场调研和开发研究选题的重要性，使学生对这一教学内容的学习产生了浓厚的兴趣。

2 结合科研实践案例，激发学生探索精神

化工基础课和专业课课堂教学中长期存在重教师的讲授，轻学生的探索;重视考试成绩，忽视综合能力的培养等问题。这不仅造成学生学习兴趣下降，探索精神萎缩，而且极大地妨碍了学生整体素质的全面提高，影响了培养创新研究型精英人才的指导方针。因此，必须在教学过程中，结合教师在科研工作中遇到的工程问题和研究成果，在课堂教学中，给学生们设置各类科研小问题，讲述相关科研最新进展和方向。使学生带着问题学习，在课下认真思索和积极学习，培养学生理论联系实际，分析和解决问题的能力，不断激发学生自主探索的兴趣。

在讲授化工过程开发实验中实验设计与数据处理内容时，涉及单因素实验的黄金分割法和多因素实验中的正交设计法，对单峰函数和单调函数临界数据的认识缺乏实践基础，影响对实验优选原则的使用和有效把握。作者结合科研工作中天然色素提取与稳定性实验研究的科研实践，对天然色素热稳定性研究时某些天然色素的稳定性与环境的pH值有关，用比色法表征色素含量的单因素实验成显著的单调函数，但是实验发现当pH值达到某一数值的时候，色素颜色发生突变，原因是在该酸性环境下色素显色官能团结构发生了转变，这一颜色突变的pH值正是该单调函数在这一具体环境下自变量的临界值，这一实验数据的遴选和整理又是下阶段正交实验设计时有效水平点选取是依据;同时展示我校老师在这方面的科研成果和该色素的应用实例，并指出存在的问题，引导学生去思索，期待他们去进一步发现问题。

在讲授化工过程放大的基本方法这一章内容时，适当展开，结合作者的研究课题和学校现用的实验仪器设备，举例说明，如果反应釜体积从500 mL，到5 L，再到50 L和500 L规模变化，让学生计算不同级别体积的反应釜中，单位体积物料上分配的釜表面积数据，引导学生思考随着体积的增大，需要换热的反应，达到同样的换热目的体积不同的反应釜有哪些差别，计算后学生们感到非常惊讶，对教材上介绍的不同放大方法都有了深刻认识，总之，尽可能多给学生们提问题，让他们去思考，激发其求知欲望和探索精神。

3 结合实践活动案例，培养创新能力

理论与实践相结合是化学工程与工艺、应用化学等专业基础理论课程和专业课的教学特点，但长期以来的应试教育教学模式，却导致出重理论、轻实践，重知识、轻能力的现象，课程设计和实验教学处于理论授课教学的附属地位。较多的高校化工专业设计和实验，大多是对理论公式及原理的再现与验证。学生只要按照事先设定的程序与方法，进行设计计算和实验操作，完成设计任务书和实验报告，即可得到与教材中类似的公式与结论，如若所得的结果与公认概念存在偏差，学生则以近似处理和仪器误差等因素对偏差加以模糊解释。这种僵化的教学方法很难启发学生的创造性思维，很难达到培养学生观察问题、分析问题和解决问题能力的目的，也很难引导学生逐步树立创新意识，与现代教育目标大相径庭，已远远不能满足时代对人才培养模式的要求。

在知识经济条件下，经济和社会的发展，不仅取决于人才的数量和结构，更取决于人才的创造精神和创新能力。化工过程开发与设计课程的创新性教学在弥补和培养学生分析和解决工程实际问题的能力、工程技术研究开发能力、创新思维和创新能力等方面起着重要的作用。通过在化工专业课的课堂教学中，穿插讲述科研成果和工程开发应用案例，能够激发和培养学生应用所学知识进行科学研究的创新意识和创新能力，以及提高工程实践和科研能力。

化工过程开发与设计课程的教学中，项目的选题和立项内容的教学、技术经济评价内容的教学、成果鉴定和知识产权的保护等内容的教学中，结合学生在学校教学实习基地的见习和实习，引导学生思考这些企业的产业布局和产品结构特点，与理论课的学习密切联系。例如，引导学生思考和总结所在实习企业氯碱产品和PVC树脂产品的在项目选题方面资源优势的成功利用案例，要求学生利用产品成本估算和企业财务评价的理论知识，计算和比较生产同样的产品，实习企业与其他企业的区位优势和成本优势。使学生对项目的国民经济评价内容的学习有了深刻认识。

在绿色化学工程与工业生态园区建设教学内容学习过程中，组织学生考察污染严重的企业给环境和居民生活带来的影响，参观新型工业园区，考察工业区内污水处理和水循环利用的成果，使学生身临其境去感受，对学生循环经济理念的培养和工业生态学原理的建立很有大帮助。通过实践教学，学生普遍认为，通过这样的实践教学活动，把书本上学到的知识很好地与实践相融合，加深了对问题的理解，提高了学习兴趣，激发了他们对化工领域科研工作的创新意识，培养了环境意识，从而培养了其综合能力。

4 结论

化工过程开发与设计是一门重要的专业技术课，教师应当结合课程的工程特点，根据教学内容，提炼工程实际案例和相关科研成果，在课堂上灵活讲述和展示，积极组织学生投入实践环节的训练，培养学生的学习兴趣，充分调动学生们的学习积极性，激发探索精神和培养创新能力，使学生由被动学习变为主动学习，提高教学质量。以培养化工类创新型、实践型人才，实现高水平研究型大学本科人才培养目标。

［1］黄 英，王艳丽.化工过程开发与设计［M］.第1版，北京:化学工业出版社，2008.

［2］武汉大学.化工过程开发概要［M］.第2版，北京:高等教育出版社，2009.

［3］武现丽，韩国胜.分析化学教学方法浅谈［J］.河南化工，2010，20(4):63-64.

［4］肖 武，马 威.在化工原理课程中结合工程原理和科研成果初探［J］.广东化工，2010，39(9):190.