工程思維培養(yǎng)與化工設(shè)計(jì)課程改革論文
［摘要］化工設(shè)計(jì)是化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)的核心專(zhuān)業(yè)課，對(duì)學(xué)生工程思維的培養(yǎng)具有十分重要的作用。在分析高校化工類(lèi)人才培養(yǎng)中存在的問(wèn)題后，本文以學(xué)生工程思維的培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，從自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作、教學(xué)形式三個(gè)方面進(jìn)行了相應(yīng)的有針對(duì)性的思考，同時(shí)結(jié)合應(yīng)用型大學(xué)的特點(diǎn)，提出了解決問(wèn)題的方法。
［關(guān)鍵詞］化工設(shè)計(jì)；課程改革；工程思維
化工設(shè)計(jì)是化學(xué)工程與工藝及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)綜合性最強(qiáng)、應(yīng)用性最廣的專(zhuān)業(yè)必修課。它將化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、化工熱力學(xué)、化工制圖和化工儀表及其自動(dòng)化等眾多課程聯(lián)系起來(lái)，以使學(xué)生對(duì)化工行業(yè)形成深刻、全面的認(rèn)識(shí)［１］；同時(shí)以車(chē)間生產(chǎn)和裝置設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用物料衡算和熱量衡算對(duì)工藝的可行性進(jìn)行分析［２］。該課程要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中形成工程意識(shí)，掌握工程思維方法，提高分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，是一門(mén)讓學(xué)生將所學(xué)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為工程思維的實(shí)踐性課程［３］。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展，多種化工過(guò)程模擬軟件和化工物性數(shù)據(jù)庫(kù)相繼產(chǎn)生，方便工程人員調(diào)試反應(yīng)設(shè)備、優(yōu)化反應(yīng)條件并將工作化繁為簡(jiǎn)，在極大地減輕了工作量的同時(shí)，提高了設(shè)計(jì)的精度。因此，教學(xué)中讓學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握化工模擬軟件的使用是很有必要的。當(dāng)今，國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，勝任化工設(shè)計(jì)的高素質(zhì)人才也越來(lái)越受到用人單位的歡迎。化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)實(shí)踐表明，基于工程思維培養(yǎng)化工專(zhuān)業(yè)卓越工程師，是當(dāng)前高校教育的重中之重。
一、化工設(shè)計(jì)傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題
（一）沒(méi)有帶動(dòng)學(xué)生的積極性
目前，化工設(shè)計(jì)課程大多使用多年前的老教材，內(nèi)容陳舊，選擇的工藝生產(chǎn)流程和技術(shù)指標(biāo)也已落后甚至被淘汰。此外，授課以教材內(nèi)容為主，教師只注重課本中設(shè)計(jì)流程的講解，沒(méi)有聯(lián)系生活實(shí)際進(jìn)行解釋?zhuān)瑢?dǎo)致學(xué)生理解不深刻。同時(shí)，教師與學(xué)生缺少互動(dòng)，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)，且學(xué)習(xí)效率不高［４－５］。
（二）理論教學(xué)與實(shí)踐操作脫節(jié)
學(xué)生雖然能夠解釋化工設(shè)計(jì)的理論問(wèn)題，也了解化工設(shè)計(jì)的主要流程，但是無(wú)法將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)備選型和化工設(shè)計(jì)中，無(wú)法做到理論聯(lián)系實(shí)際。老師的講解不夠深入淺出，且不能聯(lián)系實(shí)際，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)沒(méi)有形成深刻的認(rèn)識(shí)，僅學(xué)到一些皮毛，對(duì)課程缺乏整體把握，認(rèn)識(shí)過(guò)于片面。此外，現(xiàn)有化工設(shè)計(jì)流程的介紹過(guò)于死板，不利于學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。
（三）教學(xué)形式單調(diào)，教學(xué)方法單一
化工設(shè)計(jì)是一門(mén)應(yīng)用性課程，綜合性強(qiáng)，知識(shí)范圍跨度大。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師往往照本宣科，學(xué)生覺(jué)得內(nèi)容枯燥、無(wú)聊，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜、技術(shù)難度大，自然提不起興趣。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)及化工設(shè)計(jì)軟件的使用是當(dāng)代化學(xué)工程與工藝及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生不可或缺的基本能力之一，但教師對(duì)多媒體技術(shù)的應(yīng)用不夠合理，學(xué)生缺少運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行化工設(shè)計(jì)的技能訓(xùn)練。
二、化工設(shè)計(jì)課程改革的創(chuàng)新嘗試
（一）改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性
化工設(shè)計(jì)課程的主要目的是讓學(xué)生掌握設(shè)計(jì)的基本概念、化工廠(chǎng)設(shè)計(jì)的基本流程及注意事項(xiàng)。在授課過(guò)程中，教師應(yīng)重點(diǎn)講授設(shè)計(jì)的方法和原則。為了使學(xué)生理解得更為深刻，同時(shí)調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，教師可以先給出一個(gè)工廠(chǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例，從設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法出發(fā)，引出本次課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，如精餾塔塔板的選擇、換熱器管層和殼層中加熱和冷卻流體的選擇［６］。學(xué)生從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，可以逐步了解企業(yè)的生產(chǎn)流程、設(shè)備選型、管線(xiàn)布置和廠(chǎng)址位置的選擇等。這就改變了以往填鴨式的教學(xué)模式，將企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)和課堂知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，使課堂內(nèi)容更加生動(dòng)、豐富，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍了課堂氣氛，同時(shí)使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)和相關(guān)概念的理解更加深刻，提高了學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的內(nèi)化速度，有利于培養(yǎng)其獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的`能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，以及工程思維和創(chuàng)新精神。這種教學(xué)方式不僅要求教師十分了解教學(xué)內(nèi)容，而且要求教師積極參與學(xué)科項(xiàng)目的研究，將理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，從而豐富教學(xué)內(nèi)容，提高課堂教學(xué)效果。
（二）通過(guò)生產(chǎn)實(shí)習(xí)和化工競(jìng)賽，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)
生產(chǎn)實(shí)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生工程思維和創(chuàng)新意識(shí)的重要環(huán)節(jié)。在生產(chǎn)實(shí)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生要對(duì)化工設(shè)計(jì)形成感性的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)老師的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，明白什么是流程設(shè)計(jì)、設(shè)備選型和車(chē)間管路布置［７－８］。同時(shí)，教師可以結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行講解，將化工設(shè)計(jì)大作業(yè)與實(shí)際生產(chǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，向?qū)W生解釋化工設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容有直觀的理解，并深刻認(rèn)識(shí)化工設(shè)計(jì)在實(shí)際化工生產(chǎn)中的重要性。另外，教師應(yīng)積極鼓勵(lì)學(xué)生參與全國(guó)性的大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽。參賽前，教師可以按照設(shè)計(jì)院的操作流程，根據(jù)每個(gè)學(xué)生的興趣進(jìn)行分組，在仔細(xì)分析任務(wù)并制定計(jì)劃之后，讓不同組的學(xué)生負(fù)責(zé)一套工藝設(shè)計(jì)的不同部分，將理論知識(shí)用于實(shí)踐。這樣既可以讓學(xué)生對(duì)自己負(fù)責(zé)的工作有更深刻的認(rèn)識(shí)，還能幫助學(xué)生了解化工設(shè)計(jì)院的工作流程，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維和團(tuán)隊(duì)合作精神，提升其未來(lái)作為一名化學(xué)工程師的責(zé)任心。化工設(shè)計(jì)大賽作為一項(xiàng)綜合性比賽，可使學(xué)生了解如何立項(xiàng)、選址，選擇合適工藝合成路線(xiàn)的方法，設(shè)備選型及經(jīng)濟(jì)可行性分析等。化工設(shè)計(jì)大賽的答辯過(guò)程可以提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和臨場(chǎng)處理問(wèn)題的能力。化工設(shè)計(jì)大賽不僅能夠大幅提升學(xué)生的綜合能力，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的理解，而且能夠鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，為其以后參與設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［９］。
（三）強(qiáng)調(diào)化工模擬軟件的重要性
ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ、ＰｒｏⅡ、ｐｄｍａｘ和ＣＡＤ等流程模擬和工廠(chǎng)設(shè)計(jì)軟件對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)十分重要。使用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ對(duì)化工過(guò)程進(jìn)行模擬時(shí)，可以任意組合不同的反應(yīng)條件和反應(yīng)方法，并進(jìn)行可行性分析，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力［１０］。與傳統(tǒng)物料衡算相比，使用軟件進(jìn)行計(jì)算可以簡(jiǎn)化流程，極大地減少計(jì)算時(shí)間，同時(shí)為設(shè)計(jì)人員提供翔實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，方便其調(diào)整設(shè)計(jì)方案，也為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供了方向，能夠很好地指導(dǎo)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。使用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ進(jìn)行化工反應(yīng)工程、化工分離過(guò)程和化工熱力學(xué)模擬計(jì)算可以提高計(jì)算的精度，改善設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在現(xiàn)代化工技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)能力強(qiáng)、技術(shù)過(guò)硬的綜合性設(shè)計(jì)人才必須能夠通過(guò)ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ等化工模擬軟件將所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)際設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，并在了解設(shè)計(jì)目的之后不斷進(jìn)行調(diào)試，提升自己的設(shè)計(jì)能力。化工軟件不僅可以用于新工藝的設(shè)計(jì)，而且能用于舊設(shè)備的改造、生產(chǎn)條件的優(yōu)化和設(shè)備故障分析。因此，讓學(xué)生掌握相關(guān)軟件的使用，有利于其提早熟悉工作環(huán)境，也有助于培養(yǎng)其工程思維。
三、結(jié)語(yǔ)
化工設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性和綜合性非常強(qiáng)的課程，教學(xué)中應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的工程思維為出發(fā)點(diǎn)，運(yùn)用多媒體等現(xiàn)代化教學(xué)手段調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，并重視學(xué)生合作解決問(wèn)題能力的提高。同時(shí)，化工模擬軟件和設(shè)計(jì)軟件的使用可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力和思維，極大地提高化工設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量和效果，進(jìn)而為國(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)更多具有工程思維的高素質(zhì)應(yīng)用型化工專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。
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