林产化工专业《化工原理课程设计》的教学思考*

2020-03-07杨海艳史正军

广州化工 2020年7期

杨海艳，邓佳，杨静，史正军

(西南林业大学化学工程学院，云南昆明 650224)

现代化工专业人才需具备扎实的基本理论知识、良好的实践能力和工程素质。化工原理是化学工程、生物工程、食品工程、制药工程等化工类专业的一门主干课；其任务是研究各单元操作基本原理、典型设备及单元过程操作分析[1]。化工原理课程教学包括理论课、实验课和课程设计教学三个环节，其中化工原理课程设计是综合运用化工原理课程所学的知识去完成生产过程中一个具体单元操作过程的工程设计实践课，培养学生创新精神和提高实践能力[2]。该课程担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，在培养高素质化工人才方面具有重要作用。

1 林产化工特色

林产化工(林产品化学加工)是指利用林业产品经过化学加工后，生产各种产品，特别是化工产品的化学工业。在化石资源枯竭的时代背景下，综合高效开发利用可再生的植物资源受到世界各国政府和学者的重视，因此林产化工行业具有广阔的发展前景。植物通过光合作用将二氧化碳转化为纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、色素等有机化合物贮存于植物细胞中，为植物的生长提供能量、刚性和抵抗外侵蚀的能力。根据不同类型植物资源中含有的组份结构与性质的差异，通过精深加工可生产纸张、松香、松节油、天然色素、香精等高附加值产品。随着生物炼制概念的提出，植物资源还可替代化石原料生产燃料、生物基化学品和生物质基材料。从生产规模看，大多数的林产化工企业属小型的工业模式，且具有一定的季节性。为实现经济效益，林产化工企业的生产技术和设备需满足同类系列产品的生产需求。例如，天然色素生产企业的原料随季节变化，不同时节适宜采集的植物种类不同，其中含有的色素结构、色素类型不同，因此天然色素产品及产品的物理化学性质也随之变化。因此，企业在选择生产工艺和设备时需综合考虑当地不同季节适合生产的原料类型及其含有的色素类型。因此，在进行相应的单元操作设计时除化工原理基本理论知识的应用还需结合林产化工专业基本理论综合考虑不同原料和产品类型的特点，保证学生训练与实际工业的衔接。林产化工学科主要培养从事植物资源化学与加工和生物质化学品技术开发研究与应用、技术服务、管理等方面工作的高级工程技术人才[3]。从业人员在掌握植物资源的组成及其化学结构的基础上，还应能够综合应用化学、物理等基本理论实现植物资源的有效转化与利用。

2 化工原理课程设计教学改革的探索

化工原理是综合运用数学、物理、化学等基础知识分析和解决化工过程中各单元操作问题的工程学科。其中，课程设计的目的是使学生依据化工原理的经济性、实用性、安全可靠性及先进性原则，综合利用化工制图、机械制图、化工仪表及自动化与控制等理论知识，进行一次与生产实际紧密相连的某一化工单元操作的实践性设计[4]。通过课程设计可培养学生综合运用理论知识的能力，树立正确设计思想，解决常规设计中的一些实际问题。在课程设计过程中还可提高学生文献查阅、资料整理及解决实际生产问题等方面的能力。但目前化工原理课程设计教学中还存在学生基础不一致、化工原理理论教学效果弱化、课程设计题目单一、课程设计时间短促、课程设计考核体系不科学等问题[5]。在化工原理课程设计中，学生首次体验工程问题的复杂性，经验不足，因此需对传统的教学模式进行调整，提升教学效率[6]。

2.1 加强理论教学，合理设计题目

林产化工专业中化工原理的理论学时有限，教学过程中需重点讲授流体流动、传热、吸收、精馏和干燥章节的理论内容和相关设备。在理论学习的过程中需夯实基础、深入理解三大守恒定律、加强工程计算能力。在学习的过程中，还需加强练习，增强对基本理论知识的理解，做到灵活运用理论知识解决生产型问题。此外，在学习过程中学生还需收集整理相关资料，了解化工生产过程中重要物质的相关物理化学性质参数、了解生产设备的工作原理、了解化工单元操作设计过程。

在理论教学的基础上设计题目的选择是课程设计的关键环节，在选题时要结合实际生产综合考虑基础性、代表性、难度和工作量，并结合专业特色进行选题使课程设计题目多样化[7]。在林产化工专业中，可结合松脂深加工、香精、天然色素等特色产业中涉及的精馏、传热、吸附等单元操作拟定设计题目。在课程设计过程中可采用团队协作的方式进行，选定生产工艺流程后再根据学生实际情况进行分组，分别完成生产流程中中不同单元操作，同组同学分别承担进料组成、进料状态、进料量或生产任务不同的设计内容。

2.2 提高感性认知能力

感性认知可使学生形成完整的知识体系，有助于课程设计的顺利进行。首先，结合林产化工专业特色课程可了解各类林化企业生成过程中所涉及的工艺流程和相关设备。专业课程开设的实验课程可使学生了解在实际生产中所需的工艺步骤及相应设备，初步了解林产化工企业的生产场景。

其次，通过化工原理实验使学生初步了解在工程规模条件下物料的物理或化学状态的变化。单个化工原理实验相当于一个单元操作，不同类型的单元操作即可构成实际化工生产过程。因此，通过化工原理实验，学生可大量地发现工程实际问题，了解工艺过程与数学模型之间的关系，学会运用基本理论解决实际问题。此外，化工原理实验中遇到的问题更多地需要分工合作来解决，化工原理实验的开展有利于培养学生的团队协作精神[8]。

再者，随着计算机科学的发展，虚拟仿真技术应用到化工原理教学中可实现人机交互、资源共享、校企衔接。通过虚拟仿真技术动态模拟化工单元操作中的设备及其运行状态可提升学生对设备及生产工艺的认知能力、增加实验操作的趣味性。此外，在模拟的生产场景中，学生可认知生产过程，还可模拟实际生产过程中的化工事故，培养学生对应急事件的处理能力，增强学生的安全生产意识。

2.3 加强校企合作

化工原理是一门实践性很强的学科，理论基础、感性认知均需通过实践才能转化为生产力，校企合作是有效的人才培养模式。人才培养过程中企业的参与能为学生提供充足的实践和深入了解实际生产的机会。学生可通过企业生产过程的观摩教学、实训基地培训、体验实习等环节积累生产经验更好地服务于企业。通过企业实训可帮助学生系统地整理运用各项知识，建立全局思维，提高分析和解决问题的能力。根据企业实习情况结合企业实际生产工段可为学生设计选题提供参考，将设计结果与企业实际生产工段的比较也可为考核提供参考[9]。此外，在企业中学习的过程及相关生产工段的课程设计既可加深学生对专业的认知，提高学生的学习兴趣，有利于培养学生的工程素质，也可帮助学生做好职业规化。

2.4 课程设计规范化及考核方式改进

化工原理课程设计中，设计过程具有重要的意义。学生从学习态度到学习能力等多方面都会得到相应的提高。教师应鼓励学生自主学习，创造性地解决问题。设计完成时以设计说明和图纸的形式呈现设计人员的思维。因此，设计说明的撰写和图纸的绘制也需对学生加强训练，增强学生的工程素养，培养学生阅读和绘制设计说明和图纸的能力，并将设计说明和图纸的规范作为一项标准进行考核，避免撰写格式混乱的问题。

在考核环节中，还可借助个人答辩或小组答辩的方式。答辩过程中，需每个组员对自己完成的工作做出说明并总结课程设计过程的经验与不足。结合小组成绩和个人实际表现，给每一位同学评定成绩。此外，答辩过程中是文字及数据到语言的转化过程，可进一步加强学生对设计过程的理解，同时也锻炼了学生的交流能力。