“全国化工设计竞赛”的化工原理课程教学探索

一、引言
全国大学生化工设计竞赛由中国化工学会、中国化工教育协会、教育部高等学校化工类专业教学指导委员会主办，是面向全国高等院校化工专业学生的专业竞赛。竞赛目的是通过新产品和新技术的开发、新流程和新装置的设计、新的工厂生产过程操作运行方案等途径，培养大学生的创新思维能力、工程技术能力和团队协作精神，从而满足社会和科技的高速发展对化工行业工程技术人才的创新思维、工程设计能力的要求。
本文根据我校参加化工设计竞赛的情况，结合化工原理课程教学的实际情况，提出了我校专业教师应具有的理论水平、实践能力、创新能力和团队协作能力，探讨了化工设计竞赛对我校化工原理课程的教学改革。
二、全方位提升教师能力
1.促进理论水平的更新。近几年，化工原理相关的知识和设备更新较快，而现行很多化工原理教材的内容相对滞后。所以，容易导致理论和实践的脱节，深度和广度等不能满足专业人才的培养和化工设计竞赛的要求。因此，需要化工类专业教师不断提升和完善自身的理论水平，实现理论知识的及时更新。例如，化工设计竞赛中有一项要求是新技术或新设备的设计与应用，很多设计团队在参赛过程中设计和使用了分隔壁精馏塔，对于新进教师或只注重传统知识教学的教师，这就督促其加强自身知识的更新和完善。
2.实践、科研能力的提升。一般来说，大部分高校专业教师主要从事基础理论方面的研究工作，而化工设计竞赛以工程实践为基础，着重培养学生的工程实践能力。为了提高工程实践能力，学校应针对专业教师，尤其是青年教师，开展工程实践能力提升计划，并适当向青年教师倾斜。在指导化工设计竞赛的过程中，通过校企合作，深入一线进行调研，与专业设计人员和操作人员进行深入交流，将取得的经验与学生分享。通过对化工设计竞赛评分标准的分析，其中创新性占比为20%。从历年的优秀作品可以看出，大部分团队都采用了相关专利进行设计。这就要求指导教师不断跟踪学科前沿，进行科研创新，申请相关专利技术，不断提升自己的科研实力。
3.多专业教师间合作，强化师资队伍建设。化工设计竞赛设计内容广、涉及面大，主要包括项目可行性研究、初步设计说明书、工艺工程设计、经济分析与评价、环境与安全评价，其中涉及技术分析、原材料选择、建设规模、厂址选择、工艺路线选择、设备设计与控制、仪表自动控制、车间布置、厂区布置、反应器设计说明和公用工程等内容，设计工作繁重，需要设计团队通力协作，从而对指导教师也提出了很高的要求。
三、多维度的教学与改革
依托化工设计竞赛，真正做到以赛促改，以赛促教，以赛促学，将相应的竞赛内容融入到教学活动过程中。构建以课程理论教学为基础，仿真和实验实践教学为主体，第二课堂为拓展，实现三位一体的教学模式，全方位培养学生的知识应用能力、创新思维和实践能力。
（一）化工原理课程多元化教学模式
1.化工原理课程内容多元化。教学大纲作为教学工作开展的指导性文件，制定要具有针对性，应根据不同专业制定适合各专业特色的教学大纲。如应用化学类专业，要求学生掌握相关的单元操作基本原理和操作方法，工艺过程的选择与计算，典型设备的计算与选型，可以选择反应器设计说明和工艺过程的模拟作为案例进行教学，从而为今后从事相关工程设计工作奠定坚实的基础；能源化学工程类专业，要结合相关专业的应用过程，重点介绍流体流动、传热、精馏和吸收等常见的单元操作；对于制药工程类专业，要结合药物的生产过程，在上述基础上，重点选择干燥等单元操作进行讲解。专业教师应根据目前生产过程的实际情况大胆改革教学内容，略讲甚至删除部分使用较少的章节，如吸收，适当增加目前使用较多、较为先进的新技术和新设备，比如膜分离技术、分隔壁塔、特殊精馏等。
2.引入案例式、互动式教学，实现教学方式多元化。基于化工设计竞赛的规则，选择优秀的设计作品案例，针对不同专业实施案例式教学和讨论探究式教学，培养学生分析问题和解决问题的能力，帮助学生深入理解化工原理的理论知识。例如，讲解传热过程时，可以选择换热器网络的设计与优化和公用工程的使用，拓展学生对工程实践过程中换热过程的理解，了解工程实践中如何实现热量的综合利用，实现节能减排。
实 施“大赛案例—理论—实践”或“大赛案例—理论—大赛案例—实践”的教学方式。例如，对于抽象内容，如传质，首先通过大赛案例，播放相关视频，让学生对传质过程有个直观的认识；然后再介绍相关的理论知识；最后，通过仿真模拟和实验实践教学加深学生对知识的理解。在教学设计实施过程中，可以根据学生对理论知识的理解和掌握程度，将两种教学方式进行交叉、反复使用。
（二）开放式实验室，加强与实践环节的联系
采用仿真模拟与实训操作相结合的教学模式，先以仿真模拟实时观察单元操作过程，给学生以逼真的操作环境；再以实训操作，让学生直观感受现场操作；最后再结合生产实习，对每个单元操作在生产过程中发挥的作用进行深入了解，从而提高学生的实践能力。
针对我校化工原理实验室空间有限、现有设备台套数少、开设时间较为集中，同时未开设期间处于闲置状态的特点，采用开放式实验室的操作模式，以预约或定期开放的方式，让学生可以分时段、分批次地进行学习，以达到合理利用实验室设备资源的目的。开放方式可以灵活多样，如果人数较少，采用旁听的形式；如果人数较多，在空闲时采用专门辅导的方式。通过开放式实验室教学模式的建立，加深学生对单元操作设备的原理和结构的认识，提高实验室利用效率。
（三）开设课外培训课程，强化计算机技术的应用
通过对参加化工设计竞赛的了解以及对参赛学生的调研，为了全方位提高学生的综合能力，更好地将竞赛与课堂教学相结合，以化工设计协会的方式，选取竞赛中的部分内容作为课外培训课程，适当列入选修课，建立学分。针对现代设计方法，可以开设Aspen软件应用课程、Auto CAD提升课程、技术经济分析等课程。
四、结语
依托我校参加化工设计竞赛的经验，提出了以化工设计竞赛为手段，从教师能力提升、教学方式改革等方面入手，开展化工原理课程改革，全面提升化工原理课程的教学水平，对于培养化工类专业学生的创新思维、实践能力具有重要意义。