化工专业设计类课题教学改革初探

宋 军，宋悦玮，薛惠文，陈 颖

（1.东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆 163318；2.东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京 211189；3.东南大学经济管理学院，江苏南京 211189）

化学工程与工艺专业作为传统的工科专业，肩负着为社会诸多行业，如化工、制药、食品、能源、环保、冶金以及军工等培养从事工程设计、技术开发、生产管理和科学研究等方面工作的工程技术人才的重任。近年来，随着社会对应用型人才需求的不断扩大，对化工专业学生的实践能力和继续学习的能力提出了更高的要求。在化工专业本科生培养过程中，毕业设计无疑是关系到专业人才培养质量的重要环节，在毕业设计期间，学生运用所学过的专业知识，在导师的指导下，针对某一课题的开展设计工作，完成论文。通过该环节的训练，学生的专业综合能力将得到很大的提升，为将来从事相关工作打下坚实的专业基础。在专业认证和新工科背景下，设计类课题作为毕业设计中重要的一大类，其比例逐年攀升，越来越受到高校认可和重视。该类课题一般包括工艺流程的选择、物流及能量衡算、设备选型及配管、工程概算等部分。通过此类毕业设计的训练，对学生熟悉掌握国家和行业标准，培养工程意识与实践创新能力，巩固专业知识、提高理论与实际结合能力、提高知识综合应用能力有着重要意义。从多年的教学来看，设计类课题的教学过程中还存在一些问题。本文将就化工专业设计类课题教学改革进行初步探索。

在毕业设计阶段，设计类课题已经开设多年，但在传统的教学模式下依然存在很多问题。

1 缺乏科学有效的设计体系

化工工艺设计是指化学工程师依据单一或数个化学反应，设计出一个能将原料转变为所需求产品的生产流程和装置。实践中发现，学生在进行工艺设计的过程中，没有建立一套科学有效的设计体系，无法形成清晰的设计思路。

学生综合能力弱，虽然已修过多门专业课，但是这些专业知识在脑海里还是支离破碎，难以形成完整的知识链，在此情况下，学生面对课题，往往无所适从，缺乏目的性、条理性，不能一环扣一环地完成设计。因此，建立科学、规范、全面、系统的化学工程标准化设计体系是十分必要的，对指导和推进标准化设计工作有序、健康、持续开展有重要作用。

2 偏重理论、脱离实际

目前，设计类课题的重点还是在工艺计算、工艺流程的选择和优化上，怎么实现工业化没有受到重视。自主设计和发挥主观能动性的内容非常少，无法激发学生的创造力。部分设计类课题已经应用多年，设计内容陈旧与实际严重脱节，所设计的装置早已经被时代淘汰。答辩验收标准也局限在设计规范和工艺计算题上，这就导致学生重理论，轻实践。

新工科背景下，还应该注意到，为培养工科学生的创新能力和实践能力，各高校普遍开展了工程教育专业认证工作。中国工程教育专业认证协会在2015年修订的专业认证标准中，提出工科专业学生的12条毕业要求，要求毕业学生具备分析、研究、解决复杂工程问题的能力，具有良好的团队协作、沟通和终身学习等能力，并要求课程体系能支持毕业要求的达成。然而针对工科大学毕业生的实践能力开展的调查研究表明，毕业设计环节对学生能力的提升并没取得令人满意的效果，具体表现为以下几个方面：一是用人单位认为毕业生工程意识（如经济管理意识、伦理意识、道德意识）和创新意识不足；二是用人单位认为学生识别、形成和解决工程问题的能力不足；三是用人单位认为毕业生缺乏独立自主的工作能力；还有超过四分之一的用人单位认为学生不能够胜任设计和操作实验；此外，部分用人单位还认为学生的终生学习素养和持久主动的学习热情不够理想。虽然不能说毕业设计环节对上述问题的改善具有绝对性的作用，但是毕业设计环节的传统培养模式在提高学生的创新能力和实践能力方面存在明显不足，亟须在教学过程中进行创新和改革。另一方面，指导教师缺乏实践经验。许多教师缺乏在现场的实践经验，指导设计类毕业课题，本身也是一头雾水，所带学生更是很难把握设计的关键。很多学生在设计过程中，浮于表面，脱离实际，所涉及的内容缺乏科学性、严谨性和合理性，比如对压力、流量的大小没有常识性概念。在设计中曾出现上述一些工艺参数严重超出允许范围的实例。

3 处理不好深度和广度的关系

在教学过程中发现，部分课题涉及设计内容过于繁杂，设计范围过大，对装置的设计从工艺设计、设备选型、平面布置、到事故预案、安全环保及经济核算，面面俱到，但是涉及的每一个方面却又都是点到为止，难以深入，整个论文是像操作手册又有技术台账的影子的 “四不像”；与此相反，有的设计又过于局促，往往局限在某一个反应器或加热炉，设计内容事无巨细，甚至配管的具体设计信息也罗列在论文中，难以体现出工艺的总体性。

总之，大四学生在做设计类课题设计工作时，往往感觉雾里看花、无从下手，大部分是靠 “依葫芦画瓢”草草完成设计项目，没有能够充分利用所学的专业知识，发挥主观能动性，创造性地完成设计任务，没有达到毕业设计教学的预期目标，学生毕业后也无法较快地适应专业工作。

综上所述，化工设计类课题在培养应用型化工人才方面有着重要的地位。针对以上问题，提出以下几方面教学改革的思路与设想。

3.1 建立科学的设计体系

化工专业工程特色显著，作为应用技术技能型化工人才，工程设计能力是必不可少的一项专业能力。在各化工主干课程中均设置相应的课程设计环节，这些课程经过理论、实验再到课程设计，逐步构建学生的知识体系，提升知识的应用能力。建立“课程设计模块—化工设计大赛—毕业设计”一体化、三层次的化工设计体系，开展以课程设计为基础，化工设计大赛为抓手，毕业设计为综合的" 三部曲" 训练，提升工程设计能力。

化工设计工作千头万绪，开展设计工作的首要任务就是要建立起科学的设计体系，进而步步为营，扎扎实实地完成设计工作。这就要求教师要能够引导学生建立科学的设计理念，在头脑中形成清晰的设计思路，进而将详细的设计脉络现于纸端，并依此一环扣一环地开展设计工作。具体设计过程的框架是：①查阅《化工系统设计》《化工装置工艺设计手册》等基础设计资料，充分吃透化工设计精髓、认识化工工艺设计的本质。②从物料衡算和热量衡算入手，选取合理地工艺路线。③完成反应器、换热器等主要设备的选型。④适当介入公用工程消耗。最后，有条件的，用模拟软件验证并完善设计参数，完成设计。

3.2 注重理论联系实际

设计类课题在实际选题过程中，首先要从实际出发，所设计的内容要尽量跟进专业的前沿，必要的时候带学生走进工厂，切身了解实际生产中的需求和不足，设计过程要始终贯彻从实际中来到实际中去的理念。

目前，有许多工业装置设计类软件，如Aspen Plus、3D max 、Smart Plant、Pdsoft、PDMS等，可供学生开展设计工作的过程中使用。在熟练掌握这些软件之前，有很多内容是需要学生自学的，学生要通过指导教师引领、学长的示范、自己的练习来掌握这些软件的使用。这些自学能力的培养将为学生终身学习能力的达成打下坚实的基础。同时，这些软件基本做到了设计工作的“所见即所得”，并与工艺计算软件Aspen和配管软PID 等实现数据通信，学生的设计结果在软件中呈现，再将不完善的地方进行反馈，在反复的修改过程中，设计能力和实践能力将获得极大提升。

同时，教师要注意提高本人的知识素养和指导水平，要利用带实习、做项目的机会深入到工业装置中，近距离地接触生产实际，向师傅学习，向实践学习，把课本的理论知识与生产实际联系起立，避免纸上谈兵。唯如此，在指导实践类毕业设计的时候才会得心应手，游刃有余。此外，还可专门从化工设计院、企业等单位聘请有一线项目设计经验的工程师、技术员到校做讲座或直接参与指导学生的毕业设计工作，真正训练学生的工程设计能力，做到学以致用。通过这样的技术交流，广大师生都会充分受益。

3.3 处理好深度和广度的关系

设计类论文的着眼点可以是中小规模的一套装置，也可以是复杂装置中的某一个工段。在这一过程中需要完成设备设计及选型，对工厂或车间进行平立面布置，进行自控设计和安全环保分析，进行工程经济计算等，需要很多专业理论与之配合。在实际选题和设计过程中，切忌设计范围过大，对于相对简单的工艺，可适当强化设计的深度，比如可针对主要控制回路设计出部分控制点。在设计过程中，要以工艺路线设计为主，适当体现设备选型、公用工程部分等内容，较少涉及平面布置、安全环保等内容，切忌涉及面过广过全，面面俱到又难突出主次。

4 结语

本科毕业设计环节是以往其他理论教学环节的总结、凝练和深化，是培养具有应用能力和创新能力毕业生的重要途径。设计类毕业课题在毕业设计中的效果日益凸显，所占比例逐年增加。为提高教学质量，必须针对学生开展此类毕业课题中存在的问题加以解决，在提高学生的理论知识水平的基础上，努力提高学生的实践能力，培养优秀的化工人才，为将来毕业生服务社会打下坚实的基础。