化工系统工程的教与学

杨甲　孙晓瑞

摘要：随着化工行业的快速发展，各种理论与技术推陈出新，导致教学知识量在增加，先进的教学手段在革新，因此深化教学改革势在必行。文章结合长江师范学院化学化工学院给化学工程与工艺专业的长期教学经验，分析了《化工系统工程》课程的重要性质，内容和作用，主要阐述了《化工系统工程》的课程设计，授课方式，考核方式的改革，以及在教改过程中取得的效果。

关键词：化工系统工程；课程内容；教学改革

中图分类号：O6 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）50-0171-02

我院（长江师范学院）位于长江与乌江交汇处的涪陵区，地处重庆市发展新区核心增长极。为了更好的服务地方经济，我院力图把大学生培养成具有高水平的应用型人才。让化学工程与工艺专业的大学生毕业后走向社会上各个企业的技术骨干或基层管理岗位上作为工程师或管理者，从事工程技术的应用，组织生产或管理工作。《化工系统工程》是化学工程与工艺专业的专业必修课程，该课程对拓展化工类工程技术人员的知识结构，能力结构有重要的作用。由于该课程与生产实践紧密结合，许多毕业生在工作岗位上实践后会对这门课程的价值有更深刻的体会，甚至会再次与校内的教师探讨问题。随着化工行业的快速发展，各种理论与技术推陈出新，导致教学知识量在增加，先进的教学手段在革新，因此深化教学改革势在必行。教师应该由主讲教学转变为引导教学，改变授课形式，教学重点放在基本概念、基本原理以及基础知识如何应用去解决实际问题。

一、《化工系统工程》的性质、内容和作用

《化工系统工程》是化学工程与工艺专业的一门专业必修课程。课程主要内容包括过程系统模拟、优化、合成三大部分[1]。系统模拟部分紧密结合工程背景，着重介绍网络拓扑结构的分解方法、序贯模块法、联立方程法和联立模块法；优化部分介绍如何将化工实际问题转化为数学上的最优化问题，常用最优化方法以及结构参数与操作参数的优化，从应用角度介绍算法，省略了烦琐的数学推导证明，注重求解工程问题的逻辑性；合成部分是通过分离序列、换热网络的合成与系统热集成的实例介绍过程系统合成的基本概念和方法，同样注重实用性[2]。本课程是对本专业的先行专业课程的整合后的继续拓展，达到巩固和深化已学知识，增强提出问题和解决问题的能力，培养学生成为具有新工科精神的高水平应用型人才。

二、课程设计

《化工系统工程》又称为过程系统工程是20世纪50年代发展起来的一门新兴交叉学科。其产生与发展可以归结于现代化学工业复杂化、大型化和快速化。这门课程的研究对象是化工生产过程，其主要任务是解决化工生产领域内技术经济方面的决策问题。因此，结合本课程的理论与实践紧密结合的特征，优化课程设置，应加强基础知识在工程实践中的具体应用。首先要考虑培养学生如何从工程实际中抽象出系统模拟、优化、合成问题的能力；其次要学会评价和选择解决实际过程系统问题的方法和途径；最后还需要引入过程系统工程研究领域内的最新研究进展，培养学生用现代应用数学的方法实现对系统模拟、优化和合成等过程。这样既可拓宽学生的知识结构，为今后的继续学习打下坚实的基础，又可以大大提高学生的学习兴趣是本门课程设计的重点。理论是实践的基础，实践是对理论的检阅，二者相辅相成。

三、课程的教与学

1.教学方式多样化，点燃学生兴趣。传统的教学模式通常是以教师为主导的知识灌输型，这样的教学模式容易导致学生觉得无趣。因此，一定要重视理论课程的直观性，利用多媒体实现丰富的教学方式来提高教学的生动性、形象性和趣味性[3]。例如，混合器、分流器、换热器、精馏塔等的构造和流程动画，这样直观的展示能极大提升教学效果。并且采用具体事例启发学生自主思考，例如都江堰水利工程，该工程可以分解为鱼嘴分水堤、宝瓶口引水工程和飞沙堰溢洪通道三个主要工程，这就是系统工程应用的典型案例。而化工系统工程就是系统工程的理论在化工生产中的实际应用，诸如石油化工、医药化工等；让学生充分认识到基础理论在现实生活中的具体应用，点燃学生的兴趣点，激发学生的学习动力。

2.完成项目课题，锻炼学生能力。把全班学生以五人一组的方式将45名学生分为9组。我结合《化工系统工程》拟定了16个项目课题供学生自主选择，包括水网络优化案例介绍，反应精馏塔案例介绍及模拟，反应器过程模拟等[4]。给予学生8周的时间去收集相关资料，运用所学的理论知识进行分析整理，在此基础上完成自己的设计方案，最终提交课题报告并且以PPT的形式与老师和同学们一起分析和讨论。在此过程中充分发挥学生的主观能动性，由被动学习转为主动学习，培养学生预备工作的能力，与队友快乐的协作共事的能力，快速学习新技术的能力，锻炼演讲技能和总结工作的能力。通过项目课题的实践，让学生深刻体会理论与实践相结合的重要性和趣味性，使得我们的学生初步具有成为优秀工程师的潜力。

3.发挥科研优势，为学生开辟第二课堂。我院近年来大力引进高学历人才，并把这些教师推到班导师的岗位上。班导师主要负责学生专业方面的学习指导，为有兴趣做科研的学生通过自己或他人给学生提供机会。由于本院没有研究生，大量的高学历人才都有自己的课题需要科研帮手，化工专业的学生就可以在化工学院联系相关教师后参与自己感兴趣的研究课题。例如某石化集团的高级工程师，专攻ASPEN流程模拟的讲师等提供的课题就与《化工系统工程》相契合。这种在传统的课堂之外，以学生自己的兴趣为出发点，积极主动的参与到教师的研究课题中，是对学生的实践能力的进一步深化，以科研带动实验教学取得了良好的教学效果。

4.加强实践力度，与全国化工学生竞赛。在本专业建设中，充分利用本科生参与的化工设计大赛和化工实验大赛等工程项目，增强本科生的创新能力和思维的培养。我院已经连续多年参与化工设计大赛，并积极响应了首届化工实验大赛的开展工作。通过化学工程与工艺专业的教师和学生的努力，多次获得化工设计大赛的国家二等奖、三等奖和西南赛区的奖项若干。另外，加强化工专业的实验室建设，改善教学条件和环境，提高实验室的整体建设水平。学生在学习本课程时可能需要使用到诸多化工单元操作设备，如精馏、传热、吸收、流体输送等；学生可以通过化工学院的实验教学中心预约时间。还可以完善和优化实习内容，保证教学的有效实施，注重与涪陵化工园区的企业合作，建设更多的实践场所；争取为本专业的学生提供更多的实践平台[5]。

四、结语

通过上述改革，我院的《化工系统工程》课程教学水平取得了较大提高，达到了培养学生以系统工程的理论观察和解决化工问题的目标，使化工学生更契合培养具有新工科精神的高水平应用型人才的培养目标，受到学生、专家和企业的好评。

参考文献：

[1]王健红，冯树波，杜增智.化工系统工程理论与实践[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]佘启明.“化工系统工程”数字化教学改革与实践[J].江苏师范大学学报：教育科学版，2013，4（2）：65-67.

[3]牛國庆，王海娟.对高校特色专业建设的思考[J].河南理工大学学报：社会科学版，2009，10（2）：329-323.

[4]杨友麒.化工系统工程发展前沿[J].系统工程理论与实践，1987，（3）：43-51.

[5]方利国.化工系统工程教学改革及探索[J].化工高等教育，1995，（2）：56-58.