《化工工艺设计》是一门专业性很强的化工类课程,其主要内容是对所要生产的化学品进行工艺路线的选择和工艺流程的设计,以物料衡算和能量衡算为基础进行化工设备的选型和设计,并进行化工厂的布置。《化工工艺设计》课程不仅是后续的毕业设计环节的基础,也是培养具有工程实践能力的应用型人才的基础。但在设计的过程中,由于涉及的知识面广,被加工的物质种类繁多,操作的条件千差万别,还需要大量的经验工作的累积,因此学生学习的难度较高。这就需要在教学过程中改进教学方法,采用有效的教学途径激发学生的学习兴趣,提高教学效果,增强学生的工程能力,为应用型人才的培养奠定基础。
1 《化工工艺设计》课程的现状
1.1 知识综合运用能力较差
《化工工艺设计》课程是一门综合性非常强的具有实践意义的课程,融合了此前所学的化工原理、化学反应工程、化工热力学、化工设备机械基础、化工制图、化工工艺学、化工仪表自动化等课程的知识,并需要将这些知识综合运用才能达到设计要求。
但学生往往习惯性的将这些学科孤立,在设计的过程中很难与其他学科结合,未能将这些知识融会贯通综合运用。这导致在设计过程中遇到问题不知该用何种知识解决,增加了学习的困难。
1.2 数据收集及计算工作无从下手
化工设计工作需要查阅大量的设计数据,如反应的转化率、选择性、物质的比热容、生成焓、燃烧焓、反应吸热或放热量等数据进行物料衡算和热量衡算,以此作为设计的基础,并且可能还需要气液平衡等数据进行化工设备的设计和选型(例如:化工精馏塔的设计等),但这些数据经常很难查得,并且很多时候计算量很大,计算很繁琐,使学生有畏难情绪,降低了学习热情。
1.3 学生缺乏自主学习意识
《化工工艺设计》课程涉及的知识面广,除了之前所学的化工专业知识外,还需要了解很多的设计标准和规范,以及在设计中的经验和惯例,知识点比较琐碎,经大量练习才能够灵活掌握。
这就需要学生有主动学习的热情,阅读大量的设计实例并在大量的练习中提高设计能力。然而目前大部分学生对化工工艺设计课程的学习相对被动,仅课堂上听一听,书本上的内容看一看,很难达到提高学生工程能力的目的。
2 《化工工艺设计》课程提高教学效果的几点
方法
2.1 加强化工类课程群的建设及教学时的引导
在化工设计过程中既然融合了多门学科的知识,那么要提高学生的设计能力,就必须使学生能够将以前所学的各门知识融会贯通、灵活运用,这就需要加强化工类课程群的建设,在教学过程中加强引导,使各化工类课程相辅相成共同作用。
化工类课程大多主要包含两个方面的内容:原理及应用。化工工艺设计中运用较多的化工原理、化学反应工程、化工设备机械基础等课程目前主要讲解的是原理方面的内容,多未将其应用方面的内容作为侧重点。因此在教学中应有针对性地加强应用方面的教学内容的介绍,引导学生采用原理知识进行化工设备的设计,在化工类基础课程的单独教学中就为后续化工工艺设计的教学做好前期铺垫和准备。随后,在化工工艺设计的教学中要注重各科知识的衔接和相关知识点的拓展。在介绍化工设计知识时要从已学过的知识点引入,循序渐进,帮助学生将独立的学科联系起来,把知识点连成线,穿成串,结成网,形成片,建立化工体系,真正做到知识的融会贯通,学以致用。
2.2 加强计算机模拟软件技术的应用
针对设计数据收集困难和设计计算工作量大的问题,可以引入化工流程模拟软件Aspen Plus,利用计算机模拟软件进行辅助设计。
Aspen plus 是大型通用流程模拟系统,其包含6000 多种纯组分化合物的物性数据库、900 多种电解质水溶液数据库以及无机物数据库、燃烧数据库和水溶液数据库等,是世界上唯一能处理带有固体、电解质及煤、生物物质和常规物料等复杂物质的流程模拟系统,并可以进行化工流程及化工设备的模拟设计,功能非常强大。目前我国很多化工设计工程公司都采用Aspen Plus 软件进行化工过程辅助设计。因此,在教学过程中可以利用Aspen Plus软件中的数据库进行物料衡算、热量衡算以及设备的设计,这既可以解决查找数据困难的问题,又使化工设计减少了很多枯燥的计算,降低了工作量。我们在化工工艺设计的教学中发现,此软件的引入降低了化工设计的难度,提高了学生的学习兴趣。并且与实际的工程应用衔接,提高了学生的实际工作能力。
2.3 多种教学方法和手段联合运用
要想提高化工工艺设计课程的教学质量,最主要的是使学生变被动学习为主动学习,这就要采用多种教学方法和手段调动学生的学习积极性,达到事半功倍的效果。
2.3.1 翻转课堂与案例式、研讨式教学方法联合运用
化工工艺设计课程对设计经验要求较高,最直接最有效的提高学生能力的方法是在设计实例中进行设计知识的学习。翻转课堂和案例式、研讨式教学在化工工艺设计课程中是非常有效的教学方法。在课下先布置课堂所涉及的化工设计案例的资料查阅任务,给出资料查询提纲,让学生在课下收集资料进行学习,课上主要进行设计的讨论以及解决学生所遇到的问题,将教师在课上一味地讲解变成师生的共同探讨,将学习的决定权由教师转移到学生,课堂气氛会更加活跃,学生学习更加积极。
2.3.2 抽象理论教学与实物教学联合运用
学生在化工工艺设计中经常不知该如何下手,其主要的原因是因为学生很少能见到直观的、真实的化工厂,从未见过真正的化工生产流程。为了解决此问题,除了理论教学外还可利用虚拟仿真教学软件对化工生产的真实场景进行模拟,将真实工厂以2D或者3D 软件的形式呈现出来,学生能够清晰直观的了解生产流程以及工艺设备,使学生更准确、生动、全面的接受知识,从而使学习简单化,提高了学生的学习兴趣,也提高了课堂教学效率。也可采取走出去的教学方式,带领学生进入化工厂进行实地参观,深入到各个生产车间去了解真实的生产流程和化工设备。或者利用仿真工厂或模具,将化工厂的真实生产流程复制、缩小后呈现出来。这些都可使学生对化工工艺设计有直观的理解和认识,积累设计经验,提高设计能力。
2.3.3 课堂教学方式与课下讲座联合运用
为了提高学生的设计经验,除了传统课堂教学方式外,也可以聘请有资历、有经验的工程师针对特定的内容进行课下讲座,结合他们的工作经验拓展学生的知识面,使学生获得化工设计中需要长期实践才能获得的经验知识,提高化工工艺设计的能力。
3 结语
高校教学改革是一个漫长而复杂的过程,化工工艺设计的教师应不断创新教学理念,不断改进教学方法,不断进行教学尝试,以社会需求为依据,以培养学生的工程实际能力为出发点和落脚点,提高教学能力,为培养与时俱进的应用型人才而努力。
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