高校本科化工原理课程设计教学改革探索

崔铁兵，王红芳

（中原工学院 材料与化工学院，河南 郑州 450007）

0 引言

化工原理课程设计是该课程教学中对学生进行的一次综合设计训练。 目前，化工原理课程设计中教学存在着一些不容忽视的问题，不适应应用型人才培养和化学工业新技术日新月异发展的需求。笔者试结合从事课程设计指导的实践，分析存在的问题，阐述教学中的几点改进性做法。

1 课程定位及课程设计教学的现状

1.1 课程定位

化工原理是化学工程与技术学科的重要专业基础课，也是食品工程、制药工程、生物工程等专业的必修课。 该课程紧密结合应用化学专业的特点，围绕单元操作原理和应用的主题，以动量传递、热量传递、质量传递过程为基础，系统介绍流体输送、沉降与过滤、传热、蒸馏、吸收等各单元操作的基本原理、基本计算方法、工程应用，从而使学生能清楚地掌握各单元操作的基本原理及基本计算方法，树立工程观念[1]。

1.2 课程设计的要求

化工原理课程设计是对学生进行的一次综合设计训练和对此前所学专业基础知识的一次总结，也是对化工原理和化工设备课程教学效果的一次检验。 要较好地完成课程设计，仅靠已有的书本远远不够，在这一过程中，学生必须接受作为工程技术人员所必须具备的基本技能和工程素质等方面的训练，包括工具书、国家标准和规范的使用，经验公式和经验数据的选择，其他文献资料的查阅，设计成果的分析判断等。 因此，在课程设计中，教师必须注意培养学生综合运用所学知识解决工程实际问题的能力。 在此之前，学生已学习了化工原理、AUTOCAD 绘图、机械制图等基础课程，但这些课程都是自成体系、相互独立的，学生在学习中并没有将它们看作是一个有机整体，将其综合起来共同用于解决工程中的某个实际问题。 课程设计正好为此提供了一个很好的机会，可以将有关基础课知识综合运用在某个特定的设计课题上，解决工程实际问题[2]。

1.3 课程设计存在的主要问题

目前，在化工原理课程设计中，部分院校仍然采用手工计算的方法开展课程设计，甚至个别院校还采用手工制图的方法。 这种教学方法使学生作业量大，但内容却不丰富。 即使有些学校采用计算机绘图，也存在学生易抄袭的问题，达不到真正提高学生能力的目的。 现在计算机已经在各行各业、各个领域中得到了充分应用，在实际生产中，手工绘图早已被淘汰，各种计算软件也日益成熟[3]。 但是，这样的教学方法要么实际脱节，使学生没有机会利用计算机进行绘图和计算，要么存在互相拷贝电子图纸、抄袭图纸的现象。 这样的课程设计与学生就业后的工作实际脱节，不利于应用型人才的培养。

2 化工原理课程设计的几点做法

由于课程设计所要解决的问题非常贴近生产实际，极具实践意义，所以我们在选题上都尽量结合工厂流程，并增加计算机辅设计[4]内容。 学生每人一套设计数据(各不相同)，分成小组，设计时以小组为单位进行讨论，但要求必独立完成。 在这个过程中，既培养了学生的团队精神，又锻炼了他们综合运用所学知识独立工作的能力[5]。 具体做法如下。

2.1 注意课程设计任务量与时间相匹配

大部分院校化工原理课程设计时间安排是2周，有的是3 周，个别的是1 周。 可根据时间的不同安排不同的工作量。

以精馏塔设计为例，如果课程设计时间安排为1 周，可只设计精馏塔主体。 计算精馏塔的塔板数、板间距、塔径，溢流堰高度及降液管底隙高度；如果课程设计时间安排为2 周，可附加设计精馏装置的部分附属设备，如塔顶冷凝器、塔底再沸器等；如果课程设计时间安排为3 周，可再增加一部分附属设备和管路计算，如塔底再沸器强制循环泵选型计算、精馏塔进料预热器计算、设备接管尺寸确定等；如果时间允许，可机动调整任务量，随时增加设备控制点设计、设备布置设计等内容，引入化工仪表和化工设计相关设计内容，丰富化工原理课程设计。

需要注意的是，为使每个学生在化工原理课程设计中都得到锻炼，可将课程设计任务根据不同体系、不同产量、不同原料和产品质量要求等分为不同的设计内容，使每位同学的参数都不一样，即使是同一组的同学，也可人为规定不能采用同样回流比的方法，使每位同学的设计任务不同，迫使其自主动手设计。

2.2 以计算机绘图和计算代替手工绘图和计算

在理论教学中，学生是被动的接收者和受启发者，又是主动的吸收者和思辨者，而在实践教学中，学生是实践理论的执行者。 要改变传统的填鸭式教学观念，更加注重调动和激发学生作为主动吸收者和思辨者的角色，提出充分要求，引导学生养成自己动手的习惯，发挥其主观能动性，尽可能多地创造机会，使学生将所学的理论知识应用到课程设计中。

本科院校本课程均在三年级开设，这时学生的基础课程均已学完，且均已完成计算机编程、AUTOCAD绘图等课程的学习。 在课程设计中，可以要求学生利用CAD 软件绘出所设计设备的装配图，不仅要求图纸整洁、美观，而且要求能将设计与计算机应用知识紧密结合，充分调动学生学习的积极性，培养他们掌握现代科学技术解决工程问题的能力[6]。

任务下达后，可将学生分为若干小组，让学生先进行模拟设计，即只列公式而不用计算出每一步的结果。 这样可节省大量的时间。 模拟设计结束后，再让他们利用学过的计算机编程知识将公式编成计算程序，并用设计使用到的物性数据（如精馏塔设计中被分离组分的相平衡数据、黏度、密度、表面张力、临界温度数据）建立数据库，再采用数据库调用的方法，将基础数据应用到计算过程中。 这样可以避免大量重复性工作（如精馏塔设计中理论塔板数的计算）和迭代计算过程。 手工计算从任务下达到计算出结果的整个过程一般需要8～9 天的时间，而经过实践，采用计算机辅助设计，从任务下达到程序调试成功，整个过程则只需3～4 天，且结果更加精确。 在剩下的时间里，各组就可以根据自己不同的计算结果，利用绘图软件绘制设备图和流程图。 这仅需要两天时间。 这样，一周时间就可完成单一精馏塔的设计任务。 在精馏塔的设计过程中，学生利用Visual Basic 编制程序，方便而快捷。

2.3 结合生产设计，引用现行规范

课程设计不仅是对理论知识的应用，更是学生建立基本设计思想的课堂。 对于设备的设计，一般是通过教材上通用计算公式计算出结果来实现的。但对于设备布置等扩展性设计内容，应让学生查阅国家、行业相关标准规范。 目前国家和各行业标准、规范不断更新，作为工程设计人员，只有按照有实效的标准规范设计出的产品才为合法，又因为化工行业的高危险性的特点，一旦发生事故，就会产生非常严重的后果，因此在设计上更要慎之又慎。 而引用现行规范是做到安全设计的根本要求。 例如化工厂设备布置所依据的现行的《化工装置设备布置设计规定HG/T 20546-2009》于2009 年12 月4 日发布，于2010 年6 月1 日实施，之前的版本HG/T 20546-1992 同时废止。 于是，我们就要求同学们无论从事任何设计，都必须依据现行标准规范，并向同学们灌输标准规范的时效性和合法性概念，使学生树立正确的设计理念。

2.4 改革考核方式，避免图纸抄袭

以往考核通常都是老师根据学生交上来的图纸和计算书、设计说明书给出学生的课程设计成绩，结果往往会出现图纸与计算书不一致的现象，设计说明问题多，且给出成绩后，缺少问题反馈的环节，学生并不能真正了解自己设计的作品缺陷具体在哪，今后设计应注意哪些内容等。 因此，这种只看材料、不见学生的考核方式必须改革，切实把好考核关。可以小组为单位，依据设计图纸和设计计算书进行答辩，教师通过提问、指正等方式，了解学生在实际设计中对知识的掌握程度，并指出学生的错误所在，提出正确的设计方法。 答辩环节在考核分数中所占的比例一定要大，不应少于60%。

需要注意的是，考核方式一定要事先公布，不然，由于考核时学生准备不充分，效果会不明显。

3 结语

在化工学科飞速发展的今天，完善化工原理课程设计，有利于推动学校教学改革进程，促进课程体系建设。 化工原理课程设计是工程技术类课程，实践性很强，必须使学生受到必要的工程意识、工程思维和工程方法的培养及训练。 应引入现代化的教学理念和设计工具，实现与国内外先进的教育理念和教学方式的接轨，与社会生产实验的接轨，培养更优秀、更加全面的应用型人才。

[1] 王士财.浅谈化工原理课程教学改革[J].浙江科技学院学报，2010，22（2）:157-160.

[2] 赵元.加强实践环节提高化工原理课教学质量[J].石油教育，1999，84（5）：47-48.

[3] 李金龙，贾丽华，隋国哲，等.浅谈化工设计课程教学改革[J].化工高等教育，2010（5）:64-66.

[4] 娄爱娟.化工设计教学改革的思考[J].化工高等教育，2003（2）:69-70.

[5] 杜郢，马江权，冷一欣. 化工原理教学改革的探索[J]. 江苏工业学院学报，2006，7（1）:75-76，86.

[6] 刘军.化工原理课程教学改革初探[J].职业技术教育，2006，27(14):41-43.