王 慧，邓益强，肖业鹏，程丽华

(广东石油化工学院， 广东 茂名 525000)

新工科内涵既包括实质工程内容，也强调新兴发展取向。在新工科背景下，教育模式应该积极寻求革新，以适应新形势下的教育理念和体系的转变，走在时代发展的前沿，培养具有科技创新和专业技能素质的高级工程人才。基于此，化工实践课程皆在培养本科学生的实践创新能力，提高学生的综合素质，并将理论知识与具体工程相结合，达到理论联系实际的目的。然而，在传统教学过程中，化工实践课程存在学生积极性差、目标不明确、课程时间短、技能知识碎片化等缺点，采用原有教学思路已经无法满足新工科教育理念。如何对现有化工实践课程的教学思路、手段和资源进行调整与提升是促进新工科高级技术人才培养的重要途径之一[1-4]。

在本科教学过程中，化工专业在完成基础理论课程(即物理化学、化工原理、化工分离工程、反应工程、化工热力学、化工工艺学等)后，通常会设置一些实践教学内容，比如生产实习、模拟仿真、认识实习和化工课程设计等，以检验学生对理论知识的掌握程度，并进一步强化对生产工艺的理解及专业技能的提升。但是在课程安排上，这些实践性环节彼此孤立进行，缺乏系统连贯性，使教学内容宽泛而零散，无法充分展开，工程设计深度受到严重限制。因此，作者根据近年的教学探索，分析以化工课程设计为主，并整合化工生产实习和模拟仿真的贯穿式教学模式的可行性，针对单一工程问题进行系统而深入学习，以充分发挥各个实践性环节的优势，为开展新工科教育提供新思路[5-9]。

1 化工专业实践性环节存在的问题

化工实践性环节是本科教育过程中培养学生掌握多学科综合能力和分析实际问题的关键课程。但由于在具体实施过程中存在矛盾冲突，使工程实践课程往往达不到预期效果，长此以往即浪费了大量的教学资源，也无法有效提升学生解决工程问题的能力。究其原因主要包括以下几个方面：

1.1 实践内容难以深入

根据作者所在院校的课程安排，各个实践性环节时间均大于2周，因此实践内容课时总量上十分可观。但相关知识缺少连贯性，且每个环节间隔较长，学生掌握知识不扎实，教学内容难免有所重复，使得实践过程难以深入进行。另外，每个环节也暴露出一些具体问题，比如生产实习过程中，化工企业出于安全、技术和经济等方面的考虑，使实习过程趋于形式化；模拟仿真过程中，由于具体流程都在软件平台上完成编写，学生很难获取参与感，普遍存在"走马观花"现象；化工专业课程设计虽然在时间安排上比较充裕，但学生大多采用传统的手工计算，缺少对计算机辅助设计程序的学习和应用，耗费大量时间，在发现计算错误后需要重新核算，且一些设计参数难以在文献查阅中得到，计算结果缺少实际对比，使得学生对工艺设计缺少应有的兴趣，这也间接限制了学生自主深入学习的动力。

1.2 实践平台多样化导致经费不足

由于国民经济迅猛发展，使得人力资源和物价也不断上涨，无论是到现场学习化工装置的过程操作还是针对工艺流程的具体实践平台搭建方面，都需要教育经费的支撑。一些高校为了节约交通费用，压缩实习成本，往往就近选择实习场所，使得学生对新工厂、新工艺缺少必要的了解。为进一步控制综合成本，可能会对一些化工模拟程序的选购降低功能要求，这使学生对装置开停车、事故处理和复杂操作流程的理解不够深入。同时，对于一些工艺模拟软件，如Aspen Plus、ProcessⅡ、SmartPlant 3D和CAESARⅡ等，其系统升级更新较快，一些高校无法全面掌握对所有化工模拟计算软件的拥有权，削弱了对学生的工程实践能力和职业技能的培养。

1.3 实践教学指导教师队伍不稳定

在实践教学过程中，指导教师起到主导作用，是确保学生能够高效完成实践学习的关键。但由于课程安排复杂，教师其他教学任务和科研任务繁重，导致指导岗位变动较大，不利于完善和提升实践过程中的系统建设和指导效果。另一方面，化工实践性环节包含的知识量庞杂，如工艺设计、总图布置、仪表自动化、管道流程、设备安装、土建设计和计算机辅助软件应用等内容，要完全掌握这些内容并将知识灵活地传授给学生，需要指导教师具有多年的教学经验和耗费大量时间、精力。然而，承担实践教学的师资队伍逐渐趋于年轻化，年轻教师对于企业的工艺流程和设备结构不够熟悉，加之实践专业课程掌握不够全面，很难全面开展教学任务。

2 化工实践课程的新模式探索

传统实践课程的设置具有独立性，削减了各个课程之间的有机关联，严重影响学生对于专业技能的综合掌握与应用。针对单一工程问题，以化工课程设计为主导，整合化工生产实习和模拟仿真实践环节，实现贯穿式教学的新模式，可发挥出各个环节的优势，提高专业技能学习效率，并且有利于培养兼具理论知识与工程应用的卓越化工人才。该新模式的应用有助于缓解以下几方面矛盾：

2.1 利用实践课程的有机关联使教学内容逐层深入

首先，采用贯穿式教学模式不仅使得教学内容上的得到延续，也强化了对教学时间的应用，因采用的是三个实践环节的加和，可以确保学生有充足时间完成高质量的工程实践作业。其次，由于围绕单一工程问题进行设计与开发，其相应的教学内容、资源和平台可进行有效整合，节省了学生对不同环节中不同问题的学习时间和精力，增强各个实践环节的知识系统性学习，减少部分重复内容的教学时间，提升了学生灵活解决复杂工程问题的能力。最后，贯穿式教学模式打破了传统实践课程之间壁垒，实现跨课程知识点的重组，从而构建了多学科、多平台的交叉融合，形成了适用于新工科教育理念的完整知识框架和能力结构。

2.2 采用单一工程案例可缓解经费不足

在现有预算的基础上，如何实现经费的有效利用，整合多个工程实践平台资源，搭建各个平台之间的联通轨道才是解决经费问题的关键。通过筛选合适的工艺教学案例，针对该工艺流程进行平台建设，可有效缓解同时建立多套装置的教学平台而引起的资金竞争问题。例如选择常减压蒸馏装置作为实践课程的工程案例，在生产实习环节只挑选具有代表性装置(如千万吨级常减压装置)，带领学生到现场记录其生产数据和操作参数，了解工艺流程和自动控制方案。同时，开展对该装置化工课程设计环节，对工艺流程进行模拟计算，并积极采用先进工艺软件辅助设计。比如采用Aspen Plus计算精馏塔的参数；利用SmartPlant 3D实现工艺三维配管；通过CAESARⅡ完成应力校核；使用Aspen Energy Analyzer对换热网络进行夹点分析并优化等。将课程设计结果与现场实际生产比对修改，实现化工生产实习和课程设计有机结合，减少实习费用的同时，极大地增强了学生们的求知欲望。另一方面，在进行模拟仿真环节时，也可以利用Aspen Plus Dynamics软件实现与化工课程设计环节的有机串联，通过建立常减压装置的动态模拟流程，完成对实际流程的仿真模拟，并利用干扰变量的输入，检验控制结构的有效性和鲁棒性。模拟仿真环节与化工课程设计的结合，可克服多套装置仿真平台的采购费用昂贵性与实习管理的复杂性，并提高了同学们的参与感，使得整个实践环节变得更系统，体现专业课程知识体系中原有内在联系。

2.3 贯穿式教学模式有助于年轻教师快速成长

由于改进的实践教学方案具有连贯性，可为年轻教师提供整块时间进行充电学习。同时，由于选取的实践案例具有单一性，也减轻了指导教师对庞杂知识体系的备课压力。贯穿式教学模式是将化工生产实习、模拟仿真与课程设计相结合，我们可以聘请企业专家和经验丰富的教师同时进行实践教学，而年轻教师在集中的时间段内，可快速积累现场实习经验、工艺设计步骤和实际操作流程，有助于在短时间内容完善教学任务，调整实习方案，提高实践教学质量。

3 结束语

伴随化学工业技术水平的不断提高，对化工工程师的培养策略也逐步升级，在新形势下，针对化工专业的新工科建设势在必行。贯穿式化工教学模式的探索将有助于促进化工实践课程的教学思路、手段和资源调整与改进，建立多元化实践教学机制，以满足对国家对新工科高级技术人才的需求。