化工设计竞赛对地方应用型高校化工专业教学改革的促进作用

吴 菊，杨 梅，金俊成，王小艳，常文贵，谢成根，陈乃富

(皖西学院 材料与化工学院，安徽 六安 237012)

皖西学院定位于建成一所面向基层、服务一线，具有较强竞争力的地方性、开放式的应用型本科高校。我校在定位基础上提出“通识教育、宽口径、因材施教、分类培养”的人才培养模式。其内涵就是要夯实基础，拓宽专业，重视实践，培养能力；激发创新，彰显个性，重视综合，提升素质，改进教学，打造务实创业的高素养人才。同时化学工业是一个挑战性强、创新性强的重要行业。资本密集、技术密集、人才密集是化学工业的特点。当前，新时代下的化学行业正向“绿色化工”方向发展，与相关产业间的交融宽度和深度更强、各行业知识之间协同性更强，为了适应新时代的发展要求，需要厚植基础、拓宽口径，适应该专业工程教学的要求。

目前为止，化工设计竞赛是国内化工专业最高级别的赛事，是面向国内各大高校化工专业的学生最为规范性的比赛[1-3]。全国化工设计大赛题目内容广，经常涉及化工界的研究热点，工作量大。在参加该赛事过程中学生可以对化工专业的知识进行系统综合的梳理。该竞赛能全方位激发大学生的创新思维，能提升学生的工程技能。如2014年以“为某一大型综合化工企业设计一座采用清洁生产工艺制取对二甲苯(PX)的分厂”为题目，拿到该题目后学生首先需要做对二甲苯市场调研，对国际和国内发展现状进行调研，对对二甲苯(PX)项目进行可行性论证，包括设计原则、技术论证、厂址选择、原材料运输、社会及经济效益分析等。在设计过程中学生需要综合运用各门基础课程如化学反应工程、化工原理、化工设计、化工过程分析与综合和化工热力学等的知识。同时还需要学生掌握比赛所要使用的相关软件如化工计算软件Aspen Plus、Proll、Hysys，化工设备校核软件如Cup-tower、KG-tower和SW6以及图形绘制软件CADWorx、AutoCAD、3DMATX和Sketchup等。该比赛能凝聚大学生的团队协作精神，强化工程设计能力、锻炼实践能力，着力打造“卓越工程师”队伍，圆满完成教育培养计划。

1 化工设计竞赛对化工专业培养方案修订的促进作用

全国化工设计竞赛题目以当年国内热点化工项目为设计任务，涵盖面特别广，综合性很强[4，5]。学生在设计过程中需综合运用化工、自动化、机械、经济管理等多门学科的知识。这就使得参赛学生既要有化工专业知识，又要对相关的专业如自动化、机械等有所涉猎[4]；同时又能够灵活运用扎实的化工基础知识。皖西学院材料与化工学院结合六安市化工企业以化工肥料、新型精细化工、新型环保墙体材料等为主的特点，秉承我校“厚德尚能 博学创新”的校训，注重培养面向基层，服务一线，地方用得上、留得住，具有创新精神和实践能力的应用型人才，材化学院在加强基础知识教育的同时，依托全国化工设计竞赛，征求六安市化工企业的实际需要后，制定侧重精细化工类相关课程的开设。课程分为三类：1)含有大学语文、专业导论、职业生涯与规划、大学信息技术基础、心理健康教育、形势与政策等课程在内的通识类课程。2)含有大学英语，高等数学、大学物理、线性代数、概率论与数理统计、文献检索、物理化学、无机及分析化学、有机化学、电子电工学基础、仪器分析、工程制图等课程在内的大类课程。3)专业类课程，包括专业核心课程如化工原理、化学反应工程、化工热力学、化学工艺学、化工设备机械基础、化工热力学、分离工程与技术、化工过程分析与综合、化工设计、化工仪表及自动化等；实践课程包括化工专业综合实验、专业创新实验、化工设计课程设计、毕业设计等培养学生综合应用基础知识进行动手操作类课程。本培养方案修订的基本目标就是立足于基础专业知识教育，服务于一线和当地企业。在实践类课程及方向选修课程中融入对当地企业现状的调查、调整和工艺创新设计，形成以专业为基础、以应用为目标的培养方案；同时根据化工设计竞赛的实战性要求，开设紧密联系六安市化工产业相关的方向选修课程，实现基础知识的系统应用。化工设计竞赛对地方向应用型高校化工专业培养方案修订具有促进作用，使得培养方案能与地方产业结合，灵活开设服务地方经济类课程。

2 促进课程体系的论证和完善

皖西学院老师在最近几年带领学生参赛过程中，发现全国化工设计竞赛要求学生拥有强烈社会责任感，基础扎实、知识面宽、能力强、素质高，具备“四个自信”和科学素养。参赛可以促使学生全面掌握现代化工基础知识和理论以及专业技能。参赛可以使学生拥有从事化工及相关行业生产和管理、产品和过程研究开发、工程设计等方面的应用型工程技术能力。因此，全国化工设计竞赛促进了对化工专业的课程体系的论证。在参考兄弟院校化工专业核心课程及实践课程体系后，结合皖西学院立足六安地方的特色以及几年来化工设计大赛的经验，将化工热力学、化学反应工程、化工设备机械基础、分离工程与技术、化工系统工程、化工设计、化工仪表及自动化七门课程设置为皖西学院化工专业的专业核心课程。化学工程与工艺专业实践课程体系分为三个模块通识教育实践教学模块(基础化学实验(Ⅰ)，基础化学实验(Ⅱ)，基础化学实验(Ⅲ)、金工实习等)、大类实践教学模块(专业基础实验(Ⅰ)，专业基础实验(Ⅱ)，专业基础实验(Ⅲ)、化工原理课程设计等)、专业实践教学模块(专业综合实验(Ⅰ)、专业综合实验(Ⅱ)、专业创新实验、化工设计课程设计、毕业设计、顶岗实习等)。

3 促进教学过程中更新知识体系，关注技术发展和学科交叉

全国化工设计竞赛涉及的知识面新和广，而我们所用的教材多是几年前编著的，知识的更新相对延后[4，6]，教学内容的更换滞后于化工实践的变化，已满足不了化工设计竞赛对培养新时代专业技术人才的要求[7]。参赛指导教师在理论教学过程中，一方面要掌握国内外相关专业的最先进的设备、最前沿技术和最新的工艺流程；另一方面，要密切联系指导老师自己的科研工作，把最新的技术和成果、新标准、新政策、新规范及时充实到教学中[7]。而且全国化工设计大赛设计过程中涉及清洁生产工艺、反应分离技术创新、新型设备、过程节能技术创新和自动化控制创新等多个方面知识，这些对参赛学生和带队老师是极具挑战的。例如当在讲解化工原理课程中精馏塔时，将2014年化工设计大赛设计过程中涉及甲苯以及三种二甲苯利用精馏方法将甲苯从二甲苯混合物中精馏出来，回收循环利用作为实际案例来讲解，让学生利用Aspen Plus进行精馏模拟，指导学生选择简捷精馏的方法进行，即DSTWU中的ICON1模块来进行过程模拟。学生模拟结果如图1和表1所示。这就需要指导老师具有关注新技术发展和学科交叉内容。

图1 精馏塔流程模块

4 促进校企合作

大学生化工设计竞赛过程中涉及工艺工程中反应塔、精馏塔、分离塔和换热器等，而最初学生没有进入企业时，对这些设备外观、结构和构造是陌生的，参赛时设计也只能纸上谈兵。通过比赛后发现这些设备可以在化工原理和化工设备机械基础等课程中带领学生到企业，面对真实的生产线讲解，这样的教学方法一方面使学生能够更好地掌握相关知识。另一方面也提高教师的教学水平，使教师向“双师型教师”发展。同时在参赛设计过程中找企业工程师和教师一起指导学生，促进企业和学院的交流，为进一步的合作打下基础。

表1 甲苯精馏塔物料衡算Aspen Plus模拟表

大学生化工设计竞赛促进了化工专业培养方案的修订，促进了化工专业课程体系的论证及完善，促进了教学过程中教师对知识体的更新，使得专业教师更多关注新兴技术发展和学科交叉。今后，学院将继续坚持为学生提供更多的实践平台，举行校内化工设计大赛初赛，进一步增加参加化工设计大赛的学生人数，以期提高学生的实践能力和创新能力。