化工原理教学中工程素质培养的探索与实践

于 湘 童汉清 李 燕

广东石油化工学院化工与环境学院 广东茂名 525000

为促进高等院校工程教育素质的全面提升，教育部启动了“卓越工程师培养计划”高等工程教育改革。通过高校与企业合作，以实际工程为背景，进行工程技术教育，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力[1]。化工原理课程是化工、制药、食品等专业必修的一门专业基础课，在由“化学”到“化工”认知过程中起着承上启下、由理及工的桥梁作用，同时承接后续的化工分离工程、化学反应工程、化工工艺学等专业技术课，具有很强的工程性和实用性。因此在教学中，如何让学生尽早建立工程意识、树立工程观念、培养学生工程思维能力、用工程观念分析、解决工程实际问题，是卓越计划得以顺利实施的重要保证。笔者通过授课方式，结合本校化工原理中的部分实例，探讨了工程素质培养的几个关键环节。

1 工艺流程认识实习

化工原理课程不仅讲解化工单元操作中的三传理论，还包括单元操作的大量设备。学生在学习这门课程之前，几乎没有参加过工程实践，因而也没有工程概念。传统的授课方式和简单的教具，不能使学生对单元操作建立感性认识，对设备的结构和工作原理也缺乏了解，这就很难让学生将各单元操作及设备与生产实践联系在一起，或根本理解不了三传理论(动量传递、热量传递和质量传递)对实践生产有何指导意义。在教学过程中，感性认识与理性认识脱节、理论与实践脱节的现象越来越突出，不能令学生对课程学习产生浓厚的兴趣，通过死记硬背勉强通过考试的学生大有人在[2]。

通过认识实习，结合工艺流程介绍单元操作及典型设备使学生建立感性认识，是学习化工原理，向建立工程意识迈出的第一步。因此，教学计划中加入见习教学环节是十分必要的。例如绪论章节可以将单元操作介绍移步化工智能工厂或有代表性的工艺模型现场。我校是以石油化工专业为特色的工科院校，在化学工程与工艺及高分子材料专业的化工原理课程教学中，紧紧围绕原油炼制、乙烯裂解的工艺，通过微型智能工厂，结合实际生产流程介绍单元操作的简单原理、典型设备、性能，使学生对单元操作建立充分的感性认识。在设备知识模块上，要求学生利用认识实习机会，对设备结构及其原理有初步的了解；条件允许时可以请相关企业的车间技术人员针对某一典型单元操作设备给学生授课，如塔设备、换热器和离心泵等。通过典型产品工艺流程、实验室中型实验装置或身边可以理解的简单生产工艺及设备，引出化工原理课程的各单元操作、三传理论，让学生认识到参加工作后能做到理论联系实际，所学的知识具有很强的实用性，才会使学生产生学习动力，提升学习兴趣，树立工程观念。

2 仿真实训/实验操作

学生对单纯的教学模型和图片演示教学产生排斥，从而出现对单元操作原理理解不透，理论课兴趣不高，实践课不愿动手，难以激发其学习热情的现象。化工仿真操作给学生一个模拟操作环境，能解决化工专业学生下厂难、操作危险的难题。我校不但开设了单元操作的仿真实训，而且还开设了石油炼制主要装置的工艺流程仿真模块。通过仿真实训使学生在学习理论知识的同时，大胆动手实践，培养工程的实际操作技能。授课过程中根据理论讲解的进度，由简入繁地开设仿真实训。例如在流体输送设备离心泵的仿真训练中，从开阀、灌泵、起泵等基本操作开始，让学生认识什么是实际生产操作，学习实践管路中的流量计、真空表、压力表的使用，以及如何通过实验获取离心泵特性曲线的方法。在传质单元操作的仿真训练中，学生对于启泵、流量器、压力表的使用已经不陌生，可以有针对性地设计实验操作工艺参数。我校利用仿真系统，对流体输送设备、精馏、干燥、过滤单元操作建立起虚拟环境，将单元操作的操作流程、操作点以及控制参数等信息逼真地呈现在学生眼前，使学生在仿真操作中探求生产过程、思考工作原理，使理论知识的掌握由被动变为主动[3]。

为了强化学生分析问题、解决问题的能力及设计创新能力的培养，提高学生的实验兴趣，在验证性实验基础上，开发设计创新性实验内容是十分必要的。例如我校在现有精馏验证实验装置上进行设备改造，设计了“冷液回流操作条件下的精馏设计性实验”项目。通过改变进料组成、进料流量、冷液回流温度、回流比等操作参数，采用热量衡算、物料衡算，确定精馏塔不同操作条件下的精馏段操作线方程、预测产品组成变化，然后依据设定的实验条件进行精馏实验，通过实验操作和数据处理分析影响精馏操作的主要因素。实验完成过程中，既督促学生主动学习传热、传质的基本原理，又有针对性地强化传质的操作性问题解决，使学生充分享受学以致用的乐趣[4,5]。

3 理论讲解，从感性认识到理性认识

理论课程教学是化工原理课程教学的核心。上述认识实习、仿真实训，是学生产生学习兴趣的催化剂。掌握课程知识质量与效果还依赖于任课教师的基本素质，教学过程的设计对教学质量与教学效果有着举足轻重的影响。在化工原理教学体系中加入生产观摩、仿真实训，在有限的学时下，使原来的理论讲解时间变得不足。所以对理论内容合理精简，做到精、深、突出基本概念与共性规律，这些都需要授课教师的充分准备和课堂的生动讲授。但是，化工原理课程中涉及许多在课堂上难以直观表达的内容，如流体在管路中流动的类型、离心泵的气缚与气蚀现象、各种换热器的构造及强化传热的形式、板式塔降液管液泛与淹塔等。如何利用有限的课堂授课时间，使学生更好地掌握单元操作原理，在授课中加入以下教学手段是很有必要的。

3.1 借助多媒体

采用Flash动画与教学录像讲解，可以将离心泵、换热器、塔设备、液液萃取等单元操作的原理、设备结构、操作现象等内容直观地展现给学生。强化学生的感性认识，使学生能够深入理解三传理论以及理性认识与感性认识相结合。如在讲授传热设备时，将换热器冷、热流体的流动路径制作成Flash动画在课堂上播放；在精馏塔操作线、干燥物料湿焓图的确定上，也可以通过Flash动画一步一步地清晰展现。

3.2 化工案例教学

化工案例教学的“教材”要具有真实性、工程典型性和教学实用性。案例的素材基于各个单元操作，收集已有的国内外案例，教师引导学生分析解决案例的过程，是学生主动获取最有效知识来灵活解决工程实际问题的思考探索过程，是对学生能力增长最有帮助、参与动力最大的学习过程。在这个理论知识与实践问题相结合的学习过程中，学生不仅深刻地理解了理论知识，更为重要的是掌握了将理论知识正确、灵活地运用于实践中解决实际问题的方法，培养和提高了他们对化工单元操作方法和单元设备分析、比较、评价及选择的能力[6]。

通过以上课堂的授课，可以有针对性地培养学生用工程观念分析、解决工程实际问题的能力，树立工程思维理念。

4 利用工厂实习，实践工程思维分析，解决实际问题

教学内容与工厂企业的设备流程密切相关，如何将理论切实联系实际，教学过程中实习环节应成为重要的教学环节，而这个主要环节由于校企合作薄弱及石油化工企业安全等因素受到限制，往往被多数学校所忽视。

我校响应教育部卓越计划的号召，与珠三角、粤西地区多家化工、食品、燃气企业建立了“互惠双赢”的实习实训基地，实现资源共享，使学生在了解生产主要设备的类型、结构特点、尺寸、材料的基础上学习生产化工产品的原理、方法、工艺流程及成本核算概况。特别是根据培养计划安排的毕业前进厂跟班实习，让学生在工作中熟悉工艺参数、单元操作、设备操作与管理，真正体会如何处理现场突发情况及安全防范等；在工作中收集生产现场的数据，作必要的物料、能量衡算，对生产状况作一定探讨，对所发现的生产薄弱环节及存在的问题提出改进意见，使学生的工程素质和工作竞争能力得以提高。通过毕业前的进厂实习，学生可以将所学的化工原理知识与专业知识连贯起来，加上教师的必要指导，最终使学生实现理论与实践的结合，交一份满意的毕业设计。

5 结束语

通过教学体系改革，转变化工原理传统的授课方式，培养学生的学习兴趣，让学生在学习与践行中感受化工原理理论指导实践的重要地位。通过工艺流程认识实习给学生各单元操作的感性认识，建立工程意识，树立工程观念；通过精心组织理论教学内容、引进先进教学方法，培养学生的学习主动性，使学生在仿真实训与动手实验过程中用工程观念分析、解决工程实际问题，树立工程思维理念；让学生在工厂实习中真正感受理论与实践的结合，培养勇于探索、积极进取的创新精神。

[1] 林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究,2010(4):22-25.

[2] 倪献智.化工原理课程教学中突出工程观点和方法教育[J].化工高等教育,2007,95(3):79-82.

[3] 李江存,胡晓春,王连鸳,马萌萌.动画和仿真技术在化工原理教学中的应用[J].科技创新导报,2010(4):251.

[4] 童汉清,于湘.基于应用型人才培养的化工原理课程立体化教学模式[J].价值工程,2012(7):213-214.

[5] 童汉清,吴景雄,梅树莲,郑秋霞.冷液回流操作条件下的精馏设计性实验[J].中国现代教育装备,2008(4):102-103.

[6] 贾绍义,夏清,吴松海,姜峰.工程案例教学法在化工原理课程教学中的应用[J].化工高等教育,2010,113(3):78-81.