基于教学赛模式的《化工设计课程设计》课程的教学实践与探索

2022-07-25王成君苏琼孙初锋王爱军陈丽华

当代化工研究 2022年13期

＊王成君苏琼孙初锋王爱军陈丽华

（西北民族大学化工学院甘肃 730030)

1.研究背景及意义

由中国化工学会、中国化工教育协会在浙江省天正设计工程股份有限公司的冠名赞助下举办的“天正设计杯”全国大学生化工设计竞赛是化工教育界影响最大、参与面最广的大学生竞赛活动。旨在多方面培养大学生的创新意识、工程实践能力、团队协作精神及个人综合素养。

《化工设计课程设计》是一门综合性强的设计性课程，在整个化工类专业教学体系中具有举足轻重的作用。通过这门课程的学习，能够使学生综合运用画法几何及工程制图，化工仪表及自动化，化工CAD等课程的理论知识，借助化工设计课程的基本知识、基本原理和基本方法在规定的时间内完成指定的设计任务，通过初步进行工程设计训练，使学生具备化工工艺初步设计和优化能力；熟悉设备布置的基本知识和综合考虑影响因素等内容，掌握工艺、建筑、设备对车间布置的基本要求，具备工厂设备布置设计的初级经验。从而达到培养学生树立正确的设计思想，综合利用所学知识解决实际工程问题的能力。

结合我校开设《化工设计课程设计》的实际情况，为了帮助学生掌握化工设计过程，由学生向工程师角色转变，将化工设计竞赛与《化工设计课程设计》课程融合起来，系统的探讨改革与提升该门课程的教学质量，达到预期的教学目标。

2.《化工设计课程设计》与化工设计竞赛相结合对培养学生的意义

本届化工设计竞赛以“为某大型化工企业设计一座异丙醇生产分厂或为现有的异丙醇生产分厂设计技术改造方案”为设计题目，要求学生按照要求在规定的时间内完成作品的设计并提交。参赛队伍一般由5位学生，5位指导老师组成。首先对给定的设计题目进行分析，通过确定工艺流程，进而进行设备的设计，提出控制方案，换热网络优化，绘制工程图纸，最后进行技术经济分析。整个设计过程工作量大，耗时长，非常考验学生的科学研究、创新能力和团队协作能力。

化工设计竞赛提交的作品主要有设计说明书、化工工艺流程模拟源文件、设备设计源文件、工程设计图纸等[1]，这与化工设计课程设计的教学内容密切相关。在作品的设计过程中，要求参赛学生和指导老师不仅需要大量综合运用所学的化工方面的理论知识、同时还要大量查阅资料、使用计算机辅助软件进行化工设计、绘图、工艺分析评价、工艺设备创新、工艺流程说明等工作。在整个设计过程中，指导老师和参赛学生都需积极主动、高效、大量的学习化工工程设计类的相关知识，并将其应用到竞赛作品的设计过程中。在这一过程中，选派一些拥有丰富的工程实践和工艺设计经验的老师作为化工设计竞赛的指导老师，通过竞赛的组织、筹备及对学生的精心指导，不仅夯实了学生的化工设计方面的理论知识，提升了学生的工程实践能力，也丰富了指导老师自身的理论知识，科研能力得到有效锻炼，达到促进双师型师资队伍建设的目的[2]。另外，在指导学生完成作品的过程中，老师也会及时发现学生在《化工设计课程设计》学习方面的问题和不足，及时调整《化工设计》及《化工设计课程设计》类课程的教学内容、方法和手段，进行教学改革、优化教学环节、提升教学质量。

通过化工设计竞赛，激发了学生自主学习的动力，使得课堂上的学习内容有了实际的用途，加深了对相关专业知识的理解和应用，学生可以深刻认识和体会到一个化工厂的整体设计和运营。通过竞赛能比较全面地反映大学生掌握化工设计相关基础知识，AspenPlus、CAD、Sketchup、SW6等基本计算机辅助软件的使用，相关专业资料的查阅和调研能力的现状。因此，化工设计大赛对当代化工专业大学生工程能力的培养具有突出的作用，是展现化工类专业优秀大学生综合能力的舞台，是孕育化工类专业卓越工程师的摇篮。

3.教学赛模式下《化工设计课程设计》课程的优化与实践

(1)拓展知识面，培养学生的自主学习能力

2021年化工设计大赛的题目是要求建设一座年产5万吨异丙醇生产分厂。目前，工业上异丙醇的生产主要有丙烯水合法和丙酮加氢法。参赛学生拿到题目后，通过各种文献获取知识，了解异丙醇的生产方法，主要原料、催化剂、工艺流程、副产物，工艺方案的优点、缺点。分析对比丙烯水合法和丙酮加氢法两种工艺路线的投资、能耗、污染和原料等，选出最佳生产工艺流程。竞赛所提交的作品中诸如ALOHA分析、HAZOP分析、经济分析及环境影响分析评价等内容可能有些专业的本科生未接触过，因此，需要学生课余花大量时间去自学。另外，学生还需要学习各种车间布置，厂区布置的原则及规范，这就扩大了学生们的知识信息量，使其以更主动、积极的态度去钻研更多内容，从而培养了其自主学习的能力。

(2)鼓励学生学习计算机辅助软件，提高教学效果

熟练掌握化工专业软件是化工行业从业人员必须具备的重要能力，化工设计大赛中涉及到的计算机辅助软件主要有Aspen Plus、CAD、Sketchup、SW6等，《化工设计课程设计》课程中的物料衡算，能量衡算，化工设备的设计及选型等内容都可以通过化工模拟软件来实现，因此，考虑将教学过程与软件练习有机结合，鼓励同学们利用相应软件设计化工生产过程，完成《化工设计课程设计》的大作业，提高教学效果。促使学生积极主动地去学习计算机辅助软件，这样不仅能提升学生使用计算机辅助软件的能力，顺利完成课程大作业，有利于参加化工设计大赛，同时，又可以培养学生解决实际生产中的化工问题，为今后走上工作岗位奠定了基础。

(3)补充教学内容，加深学生对绿色化工、智慧化工的理解

化工设计大赛涉及到的知识涵盖面非常广泛，而《化工设计课程设计》的教学内容和深度远不能满足化工设计大赛以及培养化工专业技术人才的需求。因此，课程老师不仅要讲授教材知识，还要对工厂的实际生产有一定的认识，并且需要将化工行业的一些新概念（智慧化工、绿色化工）、新技术、新工艺、新设备、新政策等及时补充到教学过程当中，使学生紧跟化工行业的发展潮流。随着高科技的发展，化工行业也在积极向智能化、绿色化发展，化工设计大赛也顺应时代的潮流，竞赛作品对绿色、节能、环保的工艺、化工设备智能控制等诸多方面有了更多的要求[3]，通过化工设计大赛让同学们意识到环保、节能对化工企业的重要性，学习三废处理、节能降耗、智能化控制的方法，帮助同学们建立绿色化工、智能化工的框架，加深对它们的理解。

(4)培养创新思维，锻炼学生的工程实践能力

化工设计大赛的题目与化工行业紧密联系，大多来自于生产实际[4]。因此，竞赛作品想要获奖，需要学生深入生产实际调研，查阅大量的文献和资料，关注化工学科研究前沿，并尽可能将更多的创新点引入到自己的作品中，在完成工艺方案设计、生产装置设计、设备设计、管道布置、车间设计、控制系统的设计、工厂3D模型建立等过程中，不但使同学们对化工行业未来的发展趋势有了更多的认识，而且也培养了学生的创新思维，锻炼了学生的工程实践能力。

(5)提高团队协作能力，设置答辩环节，培养学生的个人素养

化工设计大赛从开始到结束历时长，完成化工设计大赛作品的过程是一个艰辛，漫长的过程，尤其对于一些难度较大的工作，单靠一个人的力量是完不成的，因此团队各成员的分工协作，相互配合、相互理解、相互帮助是至关重要的。尤其答辩过程，这是向专家展示竞赛作品的一个重要环节，团队拥有融洽和谐的关系能够展示出强大的凝聚力，在答辩过程中完美的配合会使其达到一个更高的水平。借鉴化工设计大赛的模式，将答辩环节设置于《化工设计课程设计》的教学过程中，每个小组完成课程大作业后，需要制作PPT进行答辩汇报。学生在答辩过程中的仪表仪态、语言表达能力、小组成员相互配合的默契度、时间的精准把握及个人综合素养等方面都能得到更好地锻炼。

(6)建立校企合作模式，培养学生的工程实践能力

通过化工设计竞赛，建立校企合作模式，企业可以为学生提供实习，厂区参观学习的机会，亦可安排专业的技术人员为学生竞赛提供指导，使参赛学生的作品更符合实际生产中的应用，同时，企业可以通过化工设计大赛了解学生的实力，也可根据社会需求，针对性地提出化工专业培养方案方面的建议，从而帮助学校培养出工程实践能力强，适合企业生产的学生，以便学生毕业后更好为企业服务。同时，建立校企合作模式也为企业增加了一定的社会影响力，具有非常重要的现实意义。