化工设计竞赛对化工专业教学的启示

晋 梅，王晋黄，李忠铭

（江汉大学 化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056）

为加强工程教育，培养卓越工程师，教育部发起“卓越工程师教育培养计划”［1］。专业学科竞赛作为培养学生动手能力、解决问题能力，培养创新能力和实践能力行之有效的途径，已经越来越受到一些“985”、“211”高校的重视［2］。其中，“中国石化－三井化学杯”全国大学生化工设计竞赛是中国化工学会、中国化工教育协会和教育部高等学校化学工程与工艺教学指导分委员会共同举办的化学工程与工艺专业的国家级赛事。2012年参赛队伍562 支，涉及119 所高校，江汉大学参赛团队是华中赛区预决赛中获一等奖团队中唯一来自非重点本科院校的团队，也是进入全国总决赛36 个团队中4 个来自非重点本科院校的团队之一。

在化工设计过程中要综合运用化工原理、反应工程、分离工程、环境保护、化工制图以及经济、安全等方面的专业知识，因此参赛学生应具有化工知识综合运用能力，同时还应具有使用专业软件的能力，更要考虑方案所涉及的政策、经济、人文、地理等因素［3］。竞赛专家委员会副主任、华东理工大学朱开宏教授评价“3 个月，不要说让学生，就是交给专业设计员去做，这么短的时间想要完成这样一个设计，难度还是比较大的……对学生而言，这给了他们一个对所学知识的综合应用机会。设计本身是很开放的，可以提出各式各样的方案，这样的机会对我们国家的学生来讲也是比较少的。”因此，化工设计竞赛不仅对化工专业学生来说是一次大的锻炼，同时也对化工专业的任课教师和教学提出了新的要求。

1 专业指导教师的能力要求

近年来化工设计大赛的题目一般都以科技进步为背景，立足于学科前沿，内容涵盖面广，综合性强。如2012 年化工设计大赛就是基于石油、天然气、煤等化石类自然资源的有限性日渐突出，设计题是“为某一以煤、天然气、石油为原料的烃化工综合企业设计一座C4 综合加工子系统”［4］。混合C4 烃类的综合利用技术目前也正是我国烃化工科技界的一个研发热点，这就对专业任课教师的各方面能力提出了新的要求。

1.1 实践能力的要求

一般来讲，专业教师在学校主要从事专业理论方面的教学和研究工作，对于专业教师理论联系实践的能力需要在相关的企业进行。而化工设计竞赛的题目往往是要利用原料、产品、生产规模、环境要求和公用工程等设计为基础条件，对项目可行性进行论证、提出工艺流程设计、设备选型及典型设备设计、车间设备布置设计、工厂总体布置设计，并对项目的经济分析与评价等方面进行分析和评价，这就要求专业教师除了具有一定的理论知识外，还需要掌握企业实际、应用技术和经济方面的相应知识。为此，专业教师一方面可以通过校企合作计划中的下企业项目或者到设计院进行技术路线和经济方面的咨询，将实践经验和平时的理论课教学进行有机的融合；另一方面，还要通过校企合作或下企业的实践过程提高教师的工程实践能力。

1.2 创新能力的要求

纵观近几年化工设计竞赛题目，基本上都是目前化工过程中的研究热点。从评分指标来看，对设计作品从原料到产品的加工方案、各种技术和新设备的应用都要求有创新性，在2011 年评分表中创新性所占的比例高达25%。从递交的作品和答辩过程中也可以看出，很多“985”和“211”高校的学生在一些作品中采用了目前比较新的专利技术或新型设备，甚至是本校教师所申请的专利技术。如天津大学参赛队在2012 年提交的作品中采用了天津大学在2010 年申请的专利技术隔板塔热耦合节能技术。这就提示参赛指导教师在教育教学过程中一方面要对相关专业的新技术、新工艺路线、新设备进行文献的积累和整理，具有一定专利技术和学科的前沿性；另一方面，要结合科研工作进行一些技术和设备的创新，申请相关专利。

1.3 团结协作的要求

根据化工设计大赛的要求，提交的作品除了涉及与化工专业相关的专业知识关联度紧密的工艺设计之外，还要满足日益提高的环保要求和设计工厂的三维立体展示、车间布置和配管设计图等，并辅以电影动画的形式进行展示，让评委能直观地对设计的作品有感性的认识。因此，在参赛指导教师团队中除了相应的化工专业教师外，还需要环境工程、过程装备与控制工程等相关专业的老师，组成参赛指导教师团队对参赛队伍进行指导。指导教师分工合作，分别对相关内容进行重点指导，确保作品的每一部分都满足设计要求，才能使整体作品达到比赛要求。

2 专业教学模式的启示

化工设计大赛不仅仅对理论教学课程提出了新的要求，同时也强调了实践环节在专业竞赛中所起的作用，对化工专业教学的启示是多方面的、有指导性的。

2.1 更加重视专业理论课教学改革

化工设计竞赛的知识涵盖面非常广，而现行教材的内容大多相对滞后，从而造成理论与实践稍有脱节，其深度和广度等已不能满足竞赛和培养专业人才的要求［3］。因此，结合江汉大学2012年“教改工作年”的总体部署，化学工程与工艺专业教师在理论课程上进行了教学方法的改革。如针对化工工艺学的课改中就改变了“以教师为中心，以教材为中心，以课堂为中心”的传统方式，真正树立“以学生为中心”的现代教育理念。在教学中，采用讲授、自学、小组讨论与发言、参观、设计型作业和仿真操作的方式，综合运用“启发式、讨论式、研究式、案例式”等多种教学方法。同时，对考核方式也进行了较大的改革，将一般的试卷考试改为试卷、作业、小组讨论与发言、设计型作业和化工仿真训练相结合的综合考核。教学中还充分调动学生学习的积极性，始终把教学的重心放在教会学生如何综合应用所学知识去解决实际生产中存在的问题上，以强化学生的工程意识与基础知识的实际应用能力。

2.2 更加重视课程设计环节

课程设计是重要教学环节，是综合应用专业理论课程所学知识，完成设计的主要实践环节［5］。通过课程设计使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、绘图以及计算机辅助计算等方面得到训练，在设计过程中培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严谨的态度。如在化工原理课程设计中，学生通过复杂的工程计算来确定设备的类型，计算设备的尺寸，设计设备的结构，独立完成某一化工单元操作的工艺设计，并撰写设计说明书，绘制工艺流程图和设备工艺条件图，完成作为工程技术人员在工艺设计方面必备能力的基本训练。在这一过程中，课程设计所需的理论分析知识主要来源于化工原理的课堂教学，在查阅资料过程中让学生充分理解理论上正确、技术上可行、操作上安全和经济上合理在实际化工单元设备选型上的运用，在选用公式计算过程中了解工程问题的计算方法，在绘图过程中让学生了解化工设计绘图的规范。同时，为了打下坚实的化工专业基础和提高课程设计质量，采用每名学生完成一个设计课题，不合格打回重做直至合格的方式，要求每名学生都达到既定的化工专业培养要求。这些课程设计环节的训练有效地为专业竞赛打下坚实的基础。

2.3 更加重视实践环节

实践环节是培养工科学生综合素质和工程意识的重要环节。通过实践环节中的生产实习和毕业实习，可以使学生了解化工生产的实际和特点，加深学生对所学理论的理解。在强化理论与实践的结合方面，实习指导教师在实习环节中通过现场指导和走流程，让学生了解理论知识在生产实际中的应用；在强化实习效果方面，在实习的过程中采用设问式教学方法，结合实习装置设置相关问题，并加强实习指导与监督，让学生在实践环节充分进行理论与实践的结合。

在近两年的毕业实习环节中，化工专业的教师还有意识地加强了工艺课程设计、毕业设计选题与实习环节的相互联系，针对学生所在实习工段的实习内容进行相关课程设计和毕业设计的选题工作。如结合襄阳泽东化工股份有限公司精细车间甲醇制取甲醛生产工段，指导教师在2011－2012 年工艺课程设计环节、2012 届毕业设计环节，都针对该工段进行了“年产*万t 工业甲醛装置”的工艺设计。另外，针对完成一种清洁生产的化工产品生产装置的设计及建设运营规划的“宜化杯”湖北省第一届化工设计大赛题目，学生也针对该工段的工艺方案进行合理化设计和经济核算，提出合理的建设运营方案。

2.4 更加重视学生整体能力的培养

专业竞赛的答题要综合运用化工专业知识，综合考察参赛者的软件应用能力、经济分析能力、文字撰写能力和语言表达能力。这就对化工专业学生的整体能力提出了较高的要求：较强的专业技能、较强的自主学习能力、口头表达能力、文字写作能力和应变能力。为了强化学生在这些方面的能力，在一些课程中采用模拟竞赛的模式对学生进行综合能力的训练，并采用课程答辩——Presentation 的形式进行考核。如在化工设计课程中，将获奖的竞赛作品的资料分发给学生，然后按照专业竞赛要求进行“年产*万t 邻苯二甲酸酐项目”的设计。当学生在接收设计任务之后，先熟悉资料，通过查阅相关文献、标准、规范等资料，进行小组讨论，明确分工，然后按期交作品，并进行作品答辩。在这些过程中，学生学会了知识的融会贯通、举一反三，锻炼了他们发掘资源、自主学习的能力，变被动学习为主动学习，激发了求知欲。专业竞赛活动的开展，既培养了学生的思维能力和分析决策能力，也使教学时间和空间得到了扩展。

3 结语

大学生化工设计竞赛对化学工程与工艺专业的专业教师、教学模式和培养思路等都提出了新的要求，为学生施展才能提供了契机，同时也推动了化工类课程的教学改革。改革需要与时俱进，如何将新技术、新知识、新工艺、新方法融入到教学中，如何培养学生自主学习、自主创新的能力，如何更好地制定专业培养方案，完成对学生综合能力的训练，是专业教师需要持续考虑的问题。

［1］ 肖春. 面向卓越工程师培养的学科竞赛体系探索［J］. 浙江工业大学学报：社会科学版，2011，10（2）：205－210.

［2］ 朱斌，曹漫祥，谭勇，等. 以学科竞赛为抓手提升工科大学生工程素质［J］. 电脑知识与技术，2011，7（17）：4237－4238，4242.

［3］ 李宁，陈盛明，宋应华，等.化工设计课程的教学改革实践与探索［J］. 高师理科学刊，2010，30（6）：106－107.

［4］ 2012“中国石化－三井化学杯”第六届大学生化工设计竞赛通知及参赛指导［EB/OL］.（2012－05－07）［2013－02－05］. http://iche.zju.edu.cn/showNotice.aspx?indx=72.

［5］ 刘元伟，贾冬梅.化工原理课程设计教学研究［J］.潍坊教育学院学报，2011，24（4）：77－78.