工程思維培養與化工設計課程改革論文

［摘要］化工設計是化工類專業的核心專業課，對學生工程思維的培養具有十分重要的作用。在分析高校化工類人才培養中存在的問題後，本文以學生工程思維的培養為出發點，從自主學習、實踐操作、教學形式三個方面進行了相應的有針對性的思考，同時結合應用型大學的特點，提出瞭解決問題的方法。

［關鍵詞］化工設計；課程改革；工程思維

化工設計是化學工程與工藝及其相關專業的一門綜合性最強、應用性最廣的專業必修課。它將化工原理、化學反應工程、化工熱力學、化工製圖和化工儀表及其自動化等眾多課程聯絡起來，以使學生對化工行業形成深刻、全面的認識［１］；同時以車間生產和裝置設計為出發點，運用物料衡算和熱量衡算對工藝的可行性進行分析［２］。該課程要求學生在學習過程中形成工程意識，掌握工程思維方法，提高分析和解決實際問題的能力，是一門讓學生將所學理論知識轉化為工程思維的實踐性課程［３］。隨著現代計算機的發展，多種化工過程模擬軟體和化工物性資料庫相繼產生，方便工程人員除錯反應裝置、優化反應條件並將工作化繁為簡，在極大地減輕了工作量的同時，提高了設計的精度。因此，教學中讓學生學習並掌握化工模擬軟體的使用是很有必要的。當今，國民經濟水平不斷提高，勝任化工設計的高素質人才也越來越受到用人單位的歡迎。化工設計課程的教學實踐表明，基於工程思維培養化工專業卓越工程師，是當前高校教育的重中之重。

一、化工設計傳統教學模式存在的問題

（一）沒有帶動學生的積極性

目前，化工設計課程大多使用多年前的老教材，內容陳舊，選擇的工藝生產流程和技術指標也已落後甚至被淘汰。此外，授課以教材內容為主，教師只注重課本中設計流程的講解，沒有聯絡生活實際進行解釋，導致學生理解不深刻。同時，教師與學生缺少互動，導致學生的學習積極性不高，自主學習能力不強，且學習效率不高［４－５］。

（二）理論教學與實踐操作脫節

學生雖然能夠解釋化工設計的理論問題，也瞭解化工設計的主要流程，但是無法將所學知識運用到裝置選型和化工設計中，無法做到理論聯絡實際。老師的講解不夠深入淺出，且不能聯絡實際，導致學生對工程設計沒有形成深刻的認識，僅學到一些皮毛，對課程缺乏整體把握，認識過於片面。此外，現有化工設計流程的介紹過於死板，不利於學生工程意識和創新思維的培養。

（三）教學形式單調，教學方法單一

化工設計是一門應用性課程，綜合性強，知識範圍跨度大。在傳統的課堂教學中，教師往往照本宣科，學生覺得內容枯燥、無聊，設計標準複雜、技術難度大，自然提不起興趣。與此同時，計算機及化工設計軟體的使用是當代化學工程與工藝及其相關專業學生不可或缺的基本能力之一，但教師對多媒體技術的應用不夠合理，學生缺少運用計算機軟體進行化工設計的技能訓練。

二、化工設計課程改革的創新嘗試

（一）改進教學內容，提高學生的學習主動性

化工設計課程的主要目的'是讓學生掌握設計的基本概念、化工廠設計的基本流程及注意事項。在授課過程中，教師應重點講授設計的方法和原則。為了使學生理解得更為深刻，同時調動學生的主觀能動性，教師可以先給出一個工廠設計例項，從設計理念、設計內容和設計方法出發，引出本次課程的相關知識點，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］。學生從生產實際出發，可以逐步瞭解企業的生產流程、裝置選型、管線佈置和廠址位置的選擇等。這就改變了以往填鴨式的教學模式，將企業實際生產和課堂知識聯絡起來，使課堂內容更加生動、豐富，調動了學生的學習積極性，活躍了課堂氣氛，同時使學生對所學知識點和相關概念的理解更加深刻，提高了學生知識學習的內化速度，有利於培養其獨立發現問題、解決問題的能力和團隊協作能力，以及工程思維和創新精神。這種教學方式不僅要求教師十分了解教學內容，而且要求教師積極參與學科專案的研究，將理論知識與實際生產聯絡起來，從而豐富教學內容，提高課堂教學效果。

（二）通過生產實習和化工競賽，培養學生的工程意識

生產實習是培養學生工程思維和創新意識的重要環節。在生產實習過程中，學生要對化工設計形成感性的認識，並通過老師的現場指導，明白什麼是流程設計、裝置選型和車間管路佈置［７－８］。同時，教師可以結合實際生產進行講解，將化工設計大作業與實際生產有機結合起來，向學生解釋化工設計的具體細節，讓學生對所學內容有直觀的理解，並深刻認識化工設計在實際化工生產中的重要性。另外，教師應積極鼓勵學生參與全國性的大學生化工設計大賽。參賽前，教師可以按照設計院的操作流程，根據每個學生的興趣進行分組，在仔細分析任務並制定計劃之後，讓不同組的學生負責一套工藝設計的不同部分，將理論知識用於實踐。這樣既可以讓學生對自己負責的工作有更深刻的認識，還能幫助學生了解化工設計院的工作流程，培養學生的工程思維和團隊合作精神，提升其未來作為一名化學工程師的責任心。化工設計大賽作為一項綜合性比賽，可使學生了解如何立項、選址，選擇合適工藝合成路線的方法，裝置選型及經濟可行性分析等。化工設計大賽的答辯過程可以提高學生的語言表達能力和臨場處理問題的能力。化工設計大賽不僅能夠大幅提升學生的綜合能力，強化學生對所學專業知識的理解，而且能夠鍛鍊學生髮現問題和解決問題的能力，培養學生的工程思維，為其以後參與設計打下堅實的基礎［９］。

（三）強調化工模擬軟體的重要性

ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ、ＰｒｏⅡ、ｐｄｍａｘ和ＣＡＤ等流程模擬和工廠設計軟體對於實際生產十分重要。使用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ對化工過程進行模擬時，可以任意組合不同的反應條件和反應方法，並進行可行性分析，從而培養學生的創新能力［１０］。與傳統物料衡算相比，使用軟體進行計算可以簡化流程，極大地減少計算時間，同時為設計人員提供翔實的基礎資料，方便其調整設計方案，也為優化設計方案提供了方向，能夠很好地指導實際工業生產。使用ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ進行化工反應工程、化工分離過程和化工熱力學模擬計算可以提高計算的精度，改善設計的質量。在現代化工技術領域，設計能力強、技術過硬的綜合性設計人才必須能夠通過ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ等化工模擬軟體將所學理論知識和實際設計結合起來，並在瞭解設計目的之後不斷進行除錯，提升自己的設計能力。化工軟體不僅可以用於新工藝的設計，而且能用於舊裝置的改造、生產條件的優化和裝置故障分析。因此，讓學生掌握相關軟體的使用，有利於其提早熟悉工作環境，也有助於培養其工程思維。

三、結語

化工設計是一門實踐性和綜合性非常強的課程，教學中應以培養學生的工程思維為出發點，運用多媒體等現代化教學手段調動學生自主學習的積極性，並重視學生合作解決問題能力的提高。同時，化工模擬軟體和設計軟體的使用可以培養學生解決實際工程問題的能力和思維，極大地提高化工設計的教學質量和效果，進而為國家和社會培養更多具有工程思維的高素質應用型化工專業技術人才。

參考文獻：

［１］王豔素．淺談化工設計對學生綜合能力提升的促進作用［Ｊ］．廣東化工，２０１７（２）：１２８．

［２］徐雪麗，楊豔菊，宋偉．化工設計課程群教學改革的探索與實踐［Ｊ］．廣東化工，２０１７（１）：１５８－１５９．

［３］楊欣，韓媛媛，翁連進，等．工程專業認證背景下化工設計課程教學改革探索［Ｊ］．教育教學論壇，２０１７（２５）：１０７－１０８．

［４］宋峰，莊淑娟，楊乃濤，等．化工設計課程綜合改革的探索與實踐［Ｊ］．化工高等教育，２０１６（６）：３０－３２．

［５］張宇，賈麗華，郭祥峰，等．“課賽融合”模式在化工設計教學中的實踐［Ｊ］．高師理科學刊，２０１６（１１）：９１－９３．

［６］郭文瑤，辛志玲，張萍，等．翻轉課堂在化工設計課程中的應用［Ｊ］．化工高等教育，２０１６（５）：８３－８６．

［７］陳靜娟，孔學軍，何承東．基於翻轉課堂的化工設計課程教學的思考［Ｊ］．赤峰學院學報（自然科學版），２０１６（１４）：２６８－２６９．

［８］張剛，塗軍令，傅小波，等．化工設計課程教學中的問題與改革嘗試［Ｊ］．廣州化工，２０１６（６）：１８１－１８２．

［９］茅慧．ＡｓｐｅｎＰｌｕｓ在化工設計物料衡算中的應用分析［Ｊ］．化工管理，２０１５（１１）：６６．

［１０］劉國清，曾堅賢，申少華，等．基於校企合作化工專業畢業論文（設計）新模式的探索［Ｊ］．廣東化工，２０１５，４２（１４）：２３６－２３７．