化工設(shè)計(jì)競賽模式在化工工藝學(xué)教學(xué)中的研究
化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對發(fā)展科學(xué)技術(shù),改善人民生活和資源能源綜合利用等都有很大的推動(dòng)作用。在化學(xué)化工領(lǐng)域發(fā)展的新形勢下,需要不斷的尋求化工技術(shù)創(chuàng)新和大量的專業(yè)技術(shù)人才。“三井化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽是中國化工學(xué)會主辦,當(dāng)前國內(nèi)化工類本科學(xué)生水平、影響力的化工設(shè)計(jì)領(lǐng)域年度賽事。由在校的化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生組隊(duì)參與,學(xué)生在設(shè)計(jì)階段綜合利用化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、工廠設(shè)計(jì)、環(huán)境工程和經(jīng)濟(jì)分析等專業(yè)知識,通過化工設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)一套工藝流程,完成流程設(shè)計(jì)、設(shè)備計(jì)算、圖紙繪制、環(huán)境影響評價(jià)和經(jīng)濟(jì)效益分析,再做出文字說明材料。從而實(shí)現(xiàn)新技術(shù)的研發(fā),新工藝和新設(shè)備的設(shè)計(jì)、新的生產(chǎn)產(chǎn)區(qū)布置等。參與化工設(shè)計(jì)大賽能促使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)課程,培養(yǎng)學(xué)生的工程概念,實(shí)現(xiàn)工程師的培養(yǎng)要求,為學(xué)生未來從事化工設(shè)計(jì)工作奠定良好的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐能力。
“化工工藝學(xué)”是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的核心課程,化工工藝學(xué)的教學(xué)是以原料或產(chǎn)品為目標(biāo),介紹典型化工生產(chǎn)過程,運(yùn)用化工原理、化工設(shè)備基礎(chǔ)和自動(dòng)控制方面的基礎(chǔ)知識,引用工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)例,著重培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和能力。在教學(xué)中使學(xué)生了解化工產(chǎn)品生產(chǎn)的全貌,掌握化工生產(chǎn)過程與方法,會進(jìn)行典型流程的工藝分析和計(jì)算,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識,研究及分析工程實(shí)際問題的能力,是一門理論與實(shí)踐并舉的學(xué)科。為適應(yīng)新時(shí)期化工類人才培養(yǎng)模式要求,結(jié)合并借鑒“三井杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽的方式方法,我們需要對化工工藝學(xué)課程從課程建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面進(jìn)行改革,努力提高教學(xué)質(zhì)量,同時(shí)促進(jìn)化工設(shè)計(jì)競賽的蓬勃開展,使化工工藝學(xué)的教學(xué)水平達(dá)到新的高度。
1精選教材,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容
針對化工設(shè)計(jì)大賽是以煤和石油為主要原料,典型化工產(chǎn)品和化工中間體為產(chǎn)物,同時(shí)結(jié)合我院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的特點(diǎn),所選教材要涵蓋無機(jī)化工,有機(jī)化工,精細(xì)化工,環(huán)
保護(hù)等知識范疇,我院選擇朱志慶主編的,化學(xué)工業(yè)出版社出版,十二五普通高等教育本科國家規(guī)劃教材“化工工藝學(xué)”作為教材。該書的無機(jī)化工部分主要介紹煤為原料制合成氨,以化學(xué)礦物為原料制硫酸;有機(jī)化工部分主要介紹以原油為原料石油煉制和石油化工,工藝過程與歷屆化工大賽的設(shè)計(jì)過程相似。教材中的化工工藝計(jì)算和化工生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)兩章,在化工工藝學(xué)教材中不多見,卻是化工大賽中物料衡算與能量衡算和三廢處理兩部分的理論基礎(chǔ),因此適合作為化工專業(yè)的學(xué)生教學(xué)要求。
在教學(xué)內(nèi)容,首先介紹化工原料及初步加工,包括中國的主要煤和石油原產(chǎn)地,學(xué)生可以了解原料的產(chǎn)地、交通運(yùn)輸方法和費(fèi)用、當(dāng)?shù)氐牡貎r(jià)和勞動(dòng)力價(jià)格,還可以了解中國主要的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和不發(fā)達(dá)地區(qū)。其次介紹無機(jī)化工典型生產(chǎn)工藝和有機(jī)化工典型生產(chǎn)工藝,學(xué)生可以了解從原料經(jīng)過加工到產(chǎn)品的分離、精制和銷售的過程,通過典型生產(chǎn)工藝了解化工設(shè)計(jì)流程的一般規(guī)律。再介紹精細(xì)化工、聚合物化工和化工計(jì)算的內(nèi)容。另外加入工業(yè)催化劑的內(nèi)容,了解工業(yè)催化原理。后介紹三廢處理的內(nèi)容,使學(xué)生了解固液氣三態(tài)廢物的處理和回收利用方法,如何節(jié)約成本和增加經(jīng)濟(jì)效益。
2利用化工設(shè)計(jì)軟件,提高教學(xué)效果
板書講解配合多媒體教學(xué)已經(jīng)不滿足現(xiàn)代的教學(xué)要求,現(xiàn)代化的多媒體教學(xué)在授課當(dāng)中承擔(dān)越來越重要的作用。聲音、動(dòng)畫和視頻教學(xué)將難以表達(dá)的教學(xué)內(nèi)容形象生動(dòng)的表達(dá)出來。多媒體教學(xué)在相對有限的空間和時(shí)間內(nèi),展現(xiàn)更廣闊的空間和更大的信息量。通過板書的設(shè)計(jì)對本節(jié)課做總領(lǐng)和概括,同時(shí)多媒體教學(xué)配合內(nèi)容豐富的講解很多的提高了教學(xué)效果。
在化工工藝學(xué)的課程中,學(xué)生面對流量、壓強(qiáng)和溫度等參數(shù)這樣單純的數(shù)字感到枯燥和抽象,只在理論上解釋反應(yīng)條件對于化工生產(chǎn)過程的影響。我院在開設(shè)化工工藝學(xué)的同一個(gè)學(xué)期開設(shè)化工過程模擬基礎(chǔ),是Aspenplus軟件在化工過程模擬中的應(yīng)用。在這門課程中,學(xué)生可以運(yùn)用軟件,模擬動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三種傳遞過程及化學(xué)反應(yīng)器原理,通過調(diào)整參數(shù)的變化,學(xué)生可以對全流程進(jìn)行模擬,并自己設(shè)計(jì)化工生產(chǎn)過程,提高了學(xué)生的參與感。在化工過程模擬基礎(chǔ)課程的課堂練習(xí)中,采用化工工藝學(xué)中的典型生產(chǎn)工藝,學(xué)生可以通過增減模塊,調(diào)整參數(shù),改變原料、更新催化劑,改造設(shè)備等措施,達(dá)到提高原料的利用率,改善產(chǎn)品的質(zhì)量,節(jié)約成本,減少污染的目的。并與原流程比較,發(fā)現(xiàn)自己的問題和不足,為自己設(shè)計(jì)全流程模擬奠定基礎(chǔ)。
3重視實(shí)踐性教學(xué),拓寬教學(xué)內(nèi)容
化工工藝學(xué)課程中介紹的都是成熟的工藝流程,而工業(yè)企業(yè)中實(shí)際的流程都是根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、勞動(dòng)力和生產(chǎn)條件而改良的流程。因此我們將網(wǎng)上查閱的文獻(xiàn)中的實(shí)際生產(chǎn)流程和每年的生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的生產(chǎn)流程引入課堂,讓學(xué)生對比流程之間的差別,提高解決實(shí)際問題的能力。比如教材中的煤制合成氣中凈化過程中的脫硫(硫化物)和脫碳(二氧化碳)的吸收劑,受地域的影響,東北寒冷的氣候和回收的成本,與生產(chǎn)實(shí)際相差較大。實(shí)際生產(chǎn)的這種改良更適合當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn),能更好的降低成本,減少能耗,增加產(chǎn)品的產(chǎn)率。通過這種理論和實(shí)際情況的差異,培養(yǎng)學(xué)生查閱科技文獻(xiàn)和獨(dú)立分析思考的能力,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
作為化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生,需要對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有一個(gè)感性的認(rèn)識,因此我院會組織學(xué)生去工業(yè)企業(yè)參加化工見習(xí)和化工實(shí)習(xí)。我院在化工工藝學(xué)課程中會安排課時(shí)介紹整個(gè)工藝流程圖和設(shè)備的裝置圖,發(fā)生的主反應(yīng)和副反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式,現(xiàn)在存在的實(shí)際問題,讓學(xué)生提前了解整個(gè)生產(chǎn)流程,在見習(xí)和實(shí)習(xí)的現(xiàn)場可以深入車間和工程技術(shù)人員進(jìn)行交流。實(shí)習(xí)和見習(xí)后,要求學(xué)生上交自己繪制的工藝流程圖和實(shí)習(xí)報(bào)告,在有效的實(shí)習(xí)時(shí)間內(nèi)提高學(xué)習(xí)效率。我們還邀請有經(jīng)驗(yàn)的工程師來校講學(xué),讓學(xué)生更貼近于實(shí)際工業(yè)企業(yè),有利于自己設(shè)計(jì)車間、道路、綠化和廠區(qū),也有利于培養(yǎng)應(yīng)用型人才。
4調(diào)整考核方式,成績評定靈活
傳統(tǒng)的考核方式,就是一頁試卷,根據(jù)成績給一學(xué)期的課程做一個(gè)總結(jié)。大學(xué)不同于高中,沒有期中考試,沒有復(fù)習(xí)資料,大多數(shù)同學(xué)選擇在模考前幾天突擊復(fù)習(xí)。為了調(diào)整這種考核方式,我院采用靈活的成績評定方式。平時(shí)的作業(yè)在總成績的20%,對于獨(dú)立完成作業(yè),在作業(yè)中使用計(jì)算機(jī)輔助作圖和計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算的學(xué)生,會提高一定的分?jǐn)?shù);平時(shí)的課堂出勤占20%,對于在平時(shí)的提問中能正確回答問題,比如能完成描繪整個(gè)生產(chǎn)流程,正確畫出反應(yīng)的流程圖的學(xué)生會提高一定的分?jǐn)?shù)。在??嫉脑嚲碇校覀円哺牧剂艘徊糠衷囶},如給定原料和產(chǎn)物,要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)工藝流程、設(shè)備和催化劑;如給定一個(gè)成熟工藝路線,要求學(xué)生自己通過工藝、設(shè)備、催化劑和工藝參數(shù)等方面。這種評分標(biāo)準(zhǔn)得到了教研室其他老師和學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可,并提出了修改意見。
在今后的化工工藝學(xué)教學(xué)中,要適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容,以培養(yǎng)工程師為目標(biāo),提高環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)效益意識。通過教學(xué)改革,不斷提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力,創(chuàng)新意識和就業(yè)競爭力,力爭培養(yǎng)全面的復(fù)合型專業(yè)人才。
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