化工专业学生工程设计能力培养实践

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摘要:通过分析化工专业学生工程设计能力在培养过程中存在的主要问题，从专业实践性教学环节出发，列举了近年来我们在学生工程设计能力培养中实施的一些具体实践措施，总结了在课程设计，仿真实训，生产实习、毕业设计、创新项目和学科竞赛等方面对学生工程设计能力培养的改革与实践经验。这些经验对培养和提高化工专业学生的工程设计能力具有积极的意义。

关键词:化工专业;工程设计;能力培养;实践

工程教育在当今世界的高等教育改革中，已成为各国研究的热点。2010年教育部正式启动卓越工程师教育培养计划(简称卓越计划)，工程教育专业认证也在各高校中迅速开展。按照专业认证的要求，化工专业的学生需要就工程设计的基本理论和实践技能接受系统的能力培养和训练［1－2］。

1化工专业工程设计能力培养中存在的主要问题

工程技术人才的创新能力集中体现在工程实践活动中创造新的技术成果的能力，包括新产品和新技术的研发，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。反映在教学过程中就是工程实践能力的培养和训练。化工工程设计是一项综合能力，它是工艺和设备设计、管道、车间和厂区布置、可行性研究、能量综合利用、环境保护以及公用工程设计等的集成。但我国目前还存在工程教育不适应工程实践需求，课程教学内容较陈旧，实习多以参观形式为主，教师教学理念陈旧且缺乏工程实践经验等诸多问题［3－4］。为适应工程技术的迅速发展，迫切需要我们对化工专业工程设计能力培养与训练进行改革。

2工程设计能力培养的实施

近年来我们对化工专业学生工程设计能力的培养遵循“理论系统够用，突出实践动手，营造工程背景，重视过程培养与评价，提倡自主学习，强化创新训练”的原则。在具体实施的过程中主要涉及的内容包括:理论知识体系的调整、课程设计、生产实习、毕业设计、创新项目和学科竞赛等［5］。

2.1理论知识体系的调整

首先打破化工各门专业课的界限，将理论知识点进行有机的结合，如在《化工工艺学》课程的教学中根据课程特点首先将知识内容按照现代大型化工生产分割成典型单元，分别从热力学、动力学、催化反应、工艺条件优化、各工段工艺流程的匹配及实现工艺过程的载体－典型设备的工艺要求等为主线，将化工热力学、化学反应工程、化工原理、分离工程、化工设计、化工设备设计等课程的核心串联起来，将内容融会贯通。

2.2课程设计

在化工原理课程设计的教学中兼顾化工工艺设计的内容，课程设计题目的选择主要来自于现代化工生产的实际流程，设计内容不只局限于单元操作，尤其对于工艺的理解要扩展到工段，了解核心设计的工艺和设备在整个工段中的作用，并初步掌握工艺参数优化的意义和方法，锻炼学生对化学反应、热量传递、动量传递和质量传递的实践应用，为毕业设计打下良好的基础。

2.3仿真实训

为了进一步贴近工程实践，解决实习难的问题，在学校大力支持下我们进行煤制甲醇仿真工厂的建设并已列入化工专业的必修实践课程。煤制甲醇的工艺流程包括煤气化、原料气净化，甲醇合成、甲醇精制等工段。教学分为离线仿真和在线仿真实操两个环节，离线仿真主要通过仿真软件训练学生的实践操作能力，在线仿真实训主要包括内部操作人员在中央控制室中与外部操作人员在总高为8米的3层实训框架平台上协同操作，通过DCS控制和现场阀门、按钮的操作，共同模拟完成煤制甲醇各工段的开车、停车和故障排除等操作过程。通过实训的学习，培养学生了解煤制甲醇生产的全貌，工艺设计的结果和工艺条件的控制如何在现实生产流程中实现，并通过学习进一步了解节能降耗、环保和安全的现实意义及实施的方案。在完成实训的现场，学生能近距离观察设备的外形结构，掌握设备布置、管路布置和工段布置的相关规定，理论与实践相结合，培养学生的工程素养。

2.4生产实习

在校外生产实习环节中，我们建立了对现代化工具有代表性的实习基地，如宁夏宁东能源基地的煤制甲醇厂、宁夏宝塔石化集团的炼油厂、川化集团的化肥厂、扬子石化集团的大型乙烯厂和南化集团化工机械厂等。这些实习基地的现场教学可以开阔学生专业视角，了解更多大型化工厂的典型流程，与化工仿真实训相结合，通过现实的工艺案例的学习，提高学生对工程实践的认知和能力。

2.5毕业设计

在实习和实训的基础上，学生将着手进行毕业设计。以现实大型化工企业的典型流程为背景，选择其中的一个工段为设计对象，从物性参数、工艺流程、反应催化剂和工艺条件的确定，到物料衡算、热量衡算，再到典型设备设计和选型。通过进行具体工段的工艺和设备设计、设备和车间布置，使学生在老师和工程技术人员的指导下，系统的完成一个实际工段工程设计的全过程，使学生的工程设计能力在实践中不断的学习和提高。

2.6创新项目和学科竞赛

对学生更高层次的工程设计能力的培养，还可以通过创新项目和学科竞赛进行。如指导学生参加全国大学生化工设计竞赛，这是一个锻炼学生提高工程设计能力有效途径。化工设计竞赛聚焦化工生产前沿和热点，要求对需求量大、附加值高的化工产品进行生产或资源化利用，运用现代设计软件(aspenplus、autoCAD、HAZOP等)对化工工艺流程、设备、仪表控制、车间布置和厂区布置的进行设计。完成项目可行性报告、初步设计说明书、典型设备工艺设计计算说明书、设计图集(PFD和PID图;车间设备平面和立面布置图;装置平面布置总图;主要设备工艺条件图)、工艺流程的模拟及流程优化及三维工厂设计等内容。在工艺设计的基础上还要充分考虑能耗、安全和环保的相关问题。这些工程设计内容完全与工程实践对接，从简到繁、从易到难、从理论到实践，实现了对学生工程设计能力培养的全面提升。在学生和教师的共同努力下，我们每年积极参赛，共获得全国一等奖4项，多次获得全国二等奖和三等奖。对提高化工专业学生工程设计能力的培养具有积极的意义。

3结语

在实践性教学环节中化工设计能力的培养是高校工科专业人才培养的重要组成部分，是化工专业理论知识与工业化大生产的桥梁，通过工程实践教育训练和培养学生的工程实践能力和工程设计能力，是化工专业教学改革和探索的必由之路。加强化工设计实践教学的融合，培养大学生的创新思维和工程技能，对学生化工专业知识的全面掌握和未来化工领域的工作发展具有重要意义。

参考文献

［1］罗印升，俞洋，陶为戈，等.高等工程教育与工程设计能力培养［J］．江苏理工学院学报，2016(22):78－83.

［2］姚金环，李延伟.工程教育认证背景下化工专业学生工程设计能力培养改革探索［J］．教育教学论坛，2020(24):226－227.

［3］龚英，陈继平，李晓梅，等.培养工程设计能力的《仿真实验》教学模式构建［J］.广州化工，2020(48):128－131.

［4］杨春风，金谊，陈斌，等.培养和提高化工专业学生工程设计能力的探索与实践［J］．宁波工程学院学报，2018(30):107－111.

［5］续京.化学工程与工艺专业实践性教学的改革与实践［J］．广州化工，2018(46):117－118.

作者：续京 单位：北方民族大学化学与化学工程学院