化工过程模拟与优化在线教学的探讨

武宝萍，许前会，朱 婧，安 红

(江苏海洋大学 化学工程学院，江苏 连云港 222005)

《化工过程模拟与优化》是以化工工艺过程的机理模型为基础，通过进行化工过程或单元设备的物料衡算、热量衡算、设备选型和能量分析，对工艺流程进行方案的选择和优化，使工艺流程过程的投资和费用最低，为企业提高经济效益作分析指导。化工过程模拟与优化需要物理化学、化工原理、反应工程、分离工程、化工热力学、计算在化工中的应用等多门课程内容，而且通过它把各门课程之间有机地联系一起，突出理论和实践相结合。目前应用最为广泛的化工流程模拟软件有Aspen Plus,Aspen Hysys,Pro/II,ChemCAD等。

2019年《化工过程模拟与优化》被建设成校级在线课程，通过2019学年在线课程建设以及针对2016级化工专业学生实施线上和线下混合式教学，取得一定的教学效果。2020年1月份新冠疫情爆发，疫情导致不能正常开学，为了应对特殊情况我们采取线上教学模式，通过完全的线上教学，我们取得一定教学经验，同时教学过程中也存在一些问题。下面我们从化工过程模拟与优化教学面临问题、教学改革措施、改革成果等方面进行了分析探讨。

1 化工模拟与优化面临的问题

1.1 专业性太强，难度大

学生在学习了高等数学、物理化学、化工原理、反应工程、分离工程、化工热力学等多门课程以后，基本学会了化学反应过程、化工过程以及系统工程的方法论来处理化工过程模拟与优化问题。化工过程模拟与优化主要培养化工专业学生学习过程中发现问题，分析问题和解决复杂工程问题的能力。化工过程模拟与优化主要内容是采用三种方法解决三大类问题。那么化工过程模拟与优化的三种基本方法是：序贯模块法、面向方程法、联立模块法。三大类问题是：过程系统的模拟分析、过程系统设计、过程系统参数优化[1]。本门课程专业性很强，学生在学习过程枯燥无味，如何提高学生对本课程的兴趣是我们教学改革的难题。

1.2 课程学时较少

学校每四年制定一次培养方案，总学分逐渐减少，基础课学分不变，只能减少专业课学分。化工模拟与优化总课时48学时，包括24学时理论教学，24学时实验教学，每周3学时。根据培养计划教师要想详细的讲授完化工过程模拟与优化课程内容是有难度的。除了理论课学习外，我们还要学习实践课内容，实践课内容主要是采用Aspen plus软件进行理论知识的验证，主要包括物性分析、单元模块模拟、工程模拟工具、工艺流程模拟等。动态模拟和热量分析，安全分析只能自学。

2 化工模拟与优化教学改革措施

2.1 建立超星平台在线开放课程

通过和课题组老师研讨，构建化工过程模拟与优化超星平台在线开放课程。对化工模拟与优化知识点进行了精选，选出45个知识点，制作成超星在线课程，课程视频总时长约360 min，每个知识点5～15 min，已经在超星平台上线运行。根据课程教学大纲要求把相应的授课内容和相关的教学资料都发布到超星网站上，学生根据教师的安排学习或者自主学习，最后可以通过线下和线上作业或者测验等了解学生对知识的掌握程度。采用线下课堂教学和线上网络教学相结合的教学模式，在教学过程中引入在线教学解决授课形式单一、课时数少和教学互动少的问题。可以引导学生主动接受学习、提高自主学习的能力，使学习的知识得到巩固和提高，从而提高学习效果。

2.2 理论和实践相结合教学模式

在讲授理论知识的同时和上机实践相结合。例如讲到精馏塔参数优化和塔底再沸器时，让学生们打开Aspen plus塔模块(如图1)和塔底再沸器类型(图2)[2]，认识塔模块以及怎么设定参数和优化工艺参数。让学生感觉到把学到的理论知识立马能实践了，把抽象的知识实践化了，让学生真正体会到应用到实际生产和生活的不同方面，提高学习的兴趣和主动性。使学生有主动学习的冲动，起到了将理论到实际应用的引导作用。

图1 塔设备单元模块

图2 塔底再沸器类型

2.3 实践教学，分组讨论

实践教学24学时，分12学时课内实践，12课时课外实践。课外实践教学时，5个学生为一组，每组学生设计某化工产品的工艺流程过程，包括产品工艺流程方案的确定、物料衡算、热量衡算、设备选型、经济核算等，完成形式是撰写一份设计说明书。五人相互讨论、分工协作，锻炼学生的团队协作能力，大大提高了学生的学习兴趣和参与感，营造了良好的学习氛围。通过分组设计锻炼，为以后学生参加设计大赛和毕业设计打下良好的基础。

3 化工过程模拟与优化在线课程教学改革的成果

化工过程模拟与优化教学设计是是线上线下混合式教学，通过线上课程运行，学生可以做到课前预习，课后复习，不懂地方可以观看在线课程视频、在线资料。通过观看视频资料、课堂上老师的讲解、随堂测验的练习、课堂上及讨论区老师、同学的答疑、单元测验、课后作业、期末考试等环节对学生学习有较大的督促和帮助，使学习、互动更灵活、便捷，帮助学生一步一步加深知识的理解，实现传统教育模式下很难达到的教学效果；有力推进了化工过程模拟与优化教学从“灌输式”向“自学式”的变革，从而构建起以学生为中心的教学体系[3]。

考试成绩分为线上成绩为40%和线下成绩为60%。线上成绩(如图3)分为课程视频占15%、章节检测占20%、讨论占10%、课堂互动占10%、作业占15%、考试占30%。线下成绩为平时表现30%、提交设计作业70%。考试成绩的细化，督促学生从各个方面入手学习，养成良好的自学习惯，有利培养自学能力，为以后工作打下良好的基础。

图3 线上成绩管理