化工專業學生工程設計能力培養實踐

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摘要:通過分析化工專業學生工程設計能力在培養過程中存在的主要問題，從專業實踐性教學環節出發，列舉了近年來我們在學生工程設計能力培養中實施的一些具體實踐措施，總結了在課程設計，仿真實訓，生產實習、畢業設計、創新項目和學科競賽等方面對學生工程設計能力培養的改革與實踐經驗。這些經驗對培養和提高化工專業學生的工程設計能力具有積極的意義。

關鍵詞:化工專業;工程設計;能力培養;實踐

工程教育在當今世界的高等教育改革中，已成為各國研究的熱點。2010年教育部正式啟動卓越工程師教育培養計劃(簡稱卓越計劃)，工程教育專業認證也在各高校中迅速開展。按照專業認證的要求，化工專業的學生需要就工程設計的基本理論和實踐技能接受系統的能力培養和訓練［1－2］。

1化工專業工程設計能力培養中存在的主要問題

工程技術人才的創新能力集中體現在工程實踐活動中創造新的技術成果的能力，包括新產品和新技術的研發，新流程和新裝置的設計，新的工廠生產過程操作運行方案等。反映在教學過程中就是工程實踐能力的培養和訓練。化工工程設計是一項綜合能力，它是工藝和設備設計、管道、車間和廠區布置、可行性研究、能量綜合利用、環境保護以及公用工程設計等的集成。但我國目前還存在工程教育不適應工程實踐需求，課程教學內容較陳舊，實習多以參觀形式為主，教師教學理念陳舊且缺乏工程實踐經驗等諸多問題［3－4］。為適應工程技術的迅速發展，迫切需要我們對化工專業工程設計能力培養與訓練進行改革。

2工程設計能力培養的實施

近年來我們對化工專業學生工程設計能力的培養遵循“理論系統夠用，突出實踐動手，營造工程背景，重視過程培養與評價，提倡自主學習，強化創新訓練”的原則。在具體實施的過程中主要涉及的內容包括:理論知識體系的調整、課程設計、生產實習、畢業設計、創新項目和學科競賽等［5］。

2.1理論知識體系的調整

首先打破化工各門專業課的界限，將理論知識點進行有機的結合，如在《化工工藝學》課程的教學中根據課程特點首先將知識內容按照現代大型化工生產分割成典型單元，分別從熱力學、動力學、催化反應、工藝條件優化、各工段工藝流程的匹配及實現工藝過程的載體－典型設備的工藝要求等為主線，將化工熱力學、化學反應工程、化工原理、分離工程、化工設計、化工設備設計等課程的核心串聯起來，將內容融會貫通。

2.2課程設計

在化工原理課程設計的教學中兼顧化工工藝設計的內容，課程設計題目的選擇主要來自于現代化工生產的實際流程，設計內容不只局限于單元操作，尤其對于工藝的理解要擴展到工段，了解核心設計的工藝和設備在整個工段中的作用，并初步掌握工藝參數優化的意義和方法，鍛煉學生對化學反應、熱量傳遞、動量傳遞和質量傳遞的實踐應用，為畢業設計打下良好的基礎。

2.3仿真實訓

為了進一步貼近工程實踐，解決實習難的問題，在學校大力支持下我們進行煤制甲醇仿真工廠的建設并已列入化工專業的必修實踐課程。煤制甲醇的工藝流程包括煤氣化、原料氣凈化，甲醇合成、甲醇精制等工段。教學分為離線仿真和在線仿真實操兩個環節，離線仿真主要通過仿真軟件訓練學生的實踐操作能力，在線仿真實訓主要包括內部操作人員在中央控制室中與外部操作人員在總高為8米的3層實訓框架平臺上協同操作，通過DCS控制和現場閥門、按鈕的操作，共同模擬完成煤制甲醇各工段的開車、停車和故障排除等操作過程。通過實訓的學習，培養學生了解煤制甲醇生產的全貌，工藝設計的結果和工藝條件的控制如何在現實生產流程中實現，并通過學習進一步了解節能降耗、環保和安全的現實意義及實施的方案。在完成實訓的現場，學生能近距離觀察設備的外形結構，掌握設備布置、管路布置和工段布置的相關規定，理論與實踐相結合，培養學生的工程素養。

2.4生產實習

在校外生產實習環節中，我們建立了對現代化工具有代表性的實習基地，如寧夏寧東能源基地的煤制甲醇廠、寧夏寶塔石化集團的煉油廠、川化集團的化肥廠、揚子石化集團的大型乙烯廠和南化集團化工機械廠等。這些實習基地的現場教學可以開闊學生專業視角，了解更多大型化工廠的典型流程，與化工仿真實訓相結合，通過現實的工藝案例的學習，提高學生對工程實踐的認知和能力。

2.5畢業設計

在實習和實訓的基礎上，學生將著手進行畢業設計。以現實大型化工企業的典型流程為背景，選擇其中的一個工段為設計對象，從物性參數、工藝流程、反應催化劑和工藝條件的確定，到物料衡算、熱量衡算，再到典型設備設計和選型。通過進行具體工段的工藝和設備設計、設備和車間布置，使學生在老師和工程技術人員的指導下，系統的完成一個實際工段工程設計的全過程，使學生的工程設計能力在實踐中不斷的學習和提高。

2.6創新項目和學科競賽

對學生更高層次的工程設計能力的培養，還可以通過創新項目和學科競賽進行。如指導學生參加全國大學生化工設計競賽，這是一個鍛煉學生提高工程設計能力有效途徑?；ぴO計競賽聚焦化工生產前沿和熱點，要求對需求量大、附加值高的化工產品進行生產或資源化利用，運用現代設計軟件(aspenplus、autoCAD、HAZOP等)對化工工藝流程、設備、儀表控制、車間布置和廠區布置的進行設計。完成項目可行性報告、初步設計說明書、典型設備工藝設計計算說明書、設計圖集(PFD和PID圖;車間設備平面和立面布置圖;裝置平面布置總圖;主要設備工藝條件圖)、工藝流程的模擬及流程優化及三維工廠設計等內容。在工藝設計的基礎上還要充分考慮能耗、安全和環保的相關問題。這些工程設計內容完全與工程實踐對接，從簡到繁、從易到難、從理論到實踐，實現了對學生工程設計能力培養的全面提升。在學生和教師的共同努力下，我們每年積極參賽，共獲得全國一等獎4項，多次獲得全國二等獎和三等獎。對提高化工專業學生工程設計能力的培養具有積極的意義。

3結語

在實踐性教學環節中化工設計能力的培養是高校工科專業人才培養的重要組成部分，是化工專業理論知識與工業化大生產的橋梁，通過工程實踐教育訓練和培養學生的工程實踐能力和工程設計能力，是化工專業教學改革和探索的必由之路。加強化工設計實踐教學的融合，培養大學生的創新思維和工程技能，對學生化工專業知識的全面掌握和未來化工領域的工作發展具有重要意義。

參考文獻

［1］羅印升，俞洋，陶為戈，等.高等工程教育與工程設計能力培養［J］．江蘇理工學院學報，2016(22):78－83.

［2］姚金環，李延偉.工程教育認證背景下化工專業學生工程設計能力培養改革探索［J］．教育教學論壇，2020(24):226－227.

［3］龔英，陳繼平，李曉梅，等.培養工程設計能力的《仿真實驗》教學模式構建［J］.廣州化工，2020(48):128－131.

［4］楊春風，金誼，陳斌，等.培養和提高化工專業學生工程設計能力的探索與實踐［J］．寧波工程學院學報，2018(30):107－111.

［5］續京.化學工程與工藝專業實踐性教學的改革與實踐［J］．廣州化工，2018(46):117－118.

作者：續京 單位：北方民族大學化學與化學工程學院