新工科背景下材料化学专业实践教学体系的构建探索

耿树东,江丽丽,于晓波,张 钰

(吉林化工学院 材料科学与工程学院,吉林 吉林 132022)

在主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展，建设新工科的背景下[1-3]，要求我们在学生的培养过程中要加强实践教学环节的建设与改革。材料化学作为一门交叉学科，其本科专业即可授工学学士，也可授理学学士。我校材料化学专业成立于2004年，授予工学学士学位，目前已经培养了11届毕业生。为满足目前新工科和工程认证的要求，专业积极进行专业建设与改革，尤其是需要进一步优化和改革实践教学体系[4，5]。本文结合材料化学专业的实际情况，着重阐述了实践环节中的实验和实习环节的一些优化措施和改革方法[6，7]。

一、结合科技发展前沿，实时更新实验题目

《材料化学专业实验》是面向材料化学学生开设的一门专业实验课程，其内容覆盖了玻璃、陶瓷、水泥熟料、水泥生料、硅酸盐矿物分析、检测手段等专业课程的相关内容。课程分为《材料化学专业实验Ⅰ》和《材料化学专业实验Ⅱ》，2016版培养方案中分别开设在第5和第7学期。通过本课程的学习和实践，使学生能够在实践中亲身体验、领会和运用有关材料化学专业的理论知识与实验研究方法和实验技术相结合的过程，是培养学生具备材料化学实验的设计与实施能力，并能够对实验结果进行处理和分析能力的一个重要过程。在实验过程中，通过强化材料化学实验室安全教育，使学生了解、领会和运用相关法律法规的意识得到提高，为培养面向生产、管理一线的现代工程师打下良好基础。

本课程是为培养工程师基本素质和解决工程实际问题的基本能力而设置的。课程以四大化学理论课程、实验课程及《化工原理》、《化工原理实验》和材料化学专业课程为理论基础的一门综合性很强的实践课程。实验类型包括演示性实验、验证性实验、综合性实验，实验题目的设置源于《无机非金属材料实验》、《新型功能材料设计与制备工艺》、《精细化工综合实验》、《无机非金属材料实验教材》专业课程的相关理论内容。学生通过实验训练，不但可以巩固加深对专业课程的理论知识的理解，同时，对培养学生综合运用能力、科学研究能力、表达能力和人际交往能力及团队合作精神起着重要作用，为学生能够很好地完成毕业环节教学任务打下基础良好。因此，本课程在材料化学专业的课程体系中处于核心地位。

目前，本课程的实验题目包括差热分析、粉体真密度的测定、材料氧化物含量的测定、激光粒度分析法粉料粒度的测定、水泥指标参数含量值的测定、材料线膨胀系数的测定、三氧化硫含量的测定、硅酸盐制品化学稳定性的测定、粉体比表面积的测定、用旋转粘度计测定聚合物浓溶液的流动曲线、共沉淀法制备钛酸钡纳米粉及分析表征、材料显微硬度的测定、显微熔点的测定、微孔分子筛的制备与性能测试、纳米氧化锌的制备及光催化降解有机污染物、金属的显微分析、玻璃材料的制备及性能测试。和之前的实验题目相比，不但增加了综合性计性实验的学时数，同时实验内容更贴近生产实际，符合科技发展趋势。

二、优化仿真实习内容，满足企业需求

(一) 课程教学目标

计算机仿真技术是当今化学工程技术发展趋势之一，仿真实习技术是以仿真机为工具，用实时运行的动态数学模型代替真实工厂进行化工装置运行的一门新技术。化工仿真实习是化学工程与工艺专业的实践性教学环节之一，仿真教学的重要用途是解决学生生产实习中不能在生产装置上动手操作的问题，可以使学生不进工厂、不上装置就能得到开车、停车和事故处理等操作机会，是学校工程实践性教学环节的主要手段。

仿真训练对于学生了解化工过程的工艺和控制系统的动态特性、提高对工艺过程的运行和控制能力具有特殊的效果。这种运行、调整和控制能力集中反映了学生运用理论识解决实际问题的水平，对加强学生理论联系实际、提高学生分析问题、解决问题以及动手能力起着重要的作用。所以，仿真训练是运用高科技手段强化学生掌握知识和理论联系实际的新型教学方法，也是现场工程师培养方案中要求学生必须掌握的技能之一。

(二) 教学内容及基本要求

(1) 仿真实习技术及常用DCS控制系统介绍。

(2) 离心泵：掌握离心泵的工作原理，离心泵的“气缚”和“气蚀”现象及消除方法，离心泵的工艺流程，离心泵启动的操作要点，分程控制调节器，离心泵停车要点。

(3) 液位控制：了解液位控制系统的工艺流程；掌握单回路控制系统、分程控制系统、比值控制系统、串级控制系统、液位控制系统开车操作、液位的控制方法、停车方法。

(4) 换热器：掌握换热原理、换热器系统流程、开车及停车操作规程、换热温度的控制方法、事故的处理方法。

(5) 精馏塔：了解乙烯装置中脱丁烷塔的工艺过程；了解精馏控制系统及操作方法、精馏操作的正常操作调节、精馏塔的冷态开车、正常停车及紧急停车操作规程、精馏事故的设定及排除方法；了解精馏过程的动态特性。

本部分内容主要培养学生对工艺的理解和对控制系统的操作能力。对每个单元均采用模拟测验方式考核学生是否达到了该项能力。

三、改革生产实习的教学过程，加深学生对实际生产的认识

(一) 课程教学目标

材料化学生产实习以培养面向生产一线的现代工程师为目标，在实习过程中学习企业文化，并作为一名成员在一个团队中工作，锻炼学生的团队协作能力，认识到作为一个未来的工程人员应具备的社会责任感和职业道德。通过本教学环节培养学生理论联系实际的学风，从实际生产中获得知识和技能，进一步巩固和掌握理论知识，培养学生的工程和工艺观念，训练学生观察、思考和分析解决工程实际问题的能力，同时使学生了解与熟悉水泥厂各方向的生产技术与特点，为将来从事水泥、混凝土的设计开发、革新改造、运行管理等工作奠定基础。

生产实习是实践教学环节的重要内容之一，是在修完《物理化学》、《有机化学》、《工程制图》、《化工原理》、《化工设备机械基础》等基础课程和专业基础课程之后，在《材料类认识实习》基础上开设的重要实践课程，是学生在校期间完成理论课向专业基础课、专业课过渡的必要环节。通过本课程的训练，使学生了解单元设备结构、工作原理和操作方法，了解主要生产装置生产原理和工艺流程、主要工艺参数及其控制等生产过程；认识工艺流程中的各类设备，如回转窑、除尘器、泵、磨机以及管道、阀门等；了解主要装置的加工原料和生产产品及其特点；认识工厂的生产组织和管理，了解工厂生产的安全与环保措施及相关法律法规。进一步强化理论与实践的结合，巩固所学的基本知识，并为进一步学好专业课程及《毕业设计(论文)》打下良好的基础。

(二) 教学内容及基本要求

1.教学内容

(1) 查阅、收集与实际生产过程有关的文献资料；

(2) 工艺流程部分：在掌握实习车间(或工段)的工艺流程的基础上，分析工艺条件的选择，熟悉实习场所的主要设备和名称，主要工艺管线的走向，各设备的位置及生产控制指标；

(3) 生产设备部分：通过观察设备、看图纸和有关技术资料，了解设备内部的结构，有条件时指导教师可以带领学生观察旧设备，重点了解各种除尘设备、磨机设备、回转窑等设备的结构特点；

(4) 控制方法与手段：认真了解实习场所各种温度、压力、传输、配料等各种操作参数的检测、显示、控制方法及各种调节手段；

(5) 选取生产过程中的某个单元操作的实际数据进行节点设计。

2.基本要求

(1) 掌握实习工厂的主要工艺流程、生产原理、工艺组织原则及控制方法；

(2) 掌握主要设备的工艺原理、结构特点和操作条件；

(3) 了解水泥厂生产中的检测知识和质量体系；

(4) 了解环境污染状况及其治理措施；

(5) 了解生产装置的技术经济指标；

(6) 了解生产过程的安全、职业卫生要求、环保措施及相关法律法规；

(7) 了解水泥厂生产的组织方式及技术管理方法；

(8) 培养应用基础课的知识和技术去解决问题能力；

(9) 建立初步的工程技术观点。

通过生产实习，对水泥粉磨—配料—出厂等生产工艺、生产设备、原料、产品用途等有了一定的了解，对企业生产有了感性的认识。行走于车间上下，与机械设备零距离接触，看到技术工人们熟练的操作，深知技能的培养需要实践来铸造。实习培养了我们的观察能力、自主学习能力和团结协作能力，同时还加强了环境保护意识。此外，实习有助于我们尽早确立职场目标，制定学习计划，加强理论学习，缩短将来步入社会的适应期。再者，通过实习，使我们认识到自身的差距和不足，不少同学意识到要丰富跨学科知识的学习以备不时之需，对今后的学习起到指导和督促的作用。

四、结 语

在过去几年的教学实践过程中，通过对材料化学专业内涵的深入理解，结合我院办学实际，依托我校的特点、强化实践的传统，力争在实践教学体系上体现“理工融合，学科交叉，强化工程”的特色。充分利用专业现有资源，整合和优化实践教学体系。全方位掌握企业需求，培养符合需求的合格毕业生。这些都是非常艰巨的任务，需要我们进行长期的实践与探索。