劉夢溪 盧春喜 郭緒強 劉艷升 陳光進 魏耀東

摘要：針對石化行業(yè)和國家能源戰(zhàn)略的發(fā)展需求，必須加強專業(yè)基礎課程的建設，培養(yǎng)出“專業(yè)理論基礎扎實、工程實踐能力、工程設計能力和創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高”的高水平工程技術人才。化學工程與工藝專業(yè)基礎課程教師通過大量分析與總結(jié)，找到了原有教學模式的弊端，通過教學模式的頂層設計，提出了以工程和創(chuàng)新能力為導向的新的培養(yǎng)模式，在建立具有鮮明行業(yè)特色的教師和教材建設、建立多樣化的提高工程實踐和工程設計能力的培養(yǎng)體系、建立本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新模式三個方面展開了大量的教學工作，并取得了顯著的成績。

關鍵詞：工程能力；創(chuàng)新能力；培養(yǎng)模式；基礎課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）37-0035-02

化工專業(yè)基礎課程主要包括《化工原理》、《化工熱力學》、《化學反應工程》以及相關的認識實習和化工原理課程設計等課程。根據(jù)石化行業(yè)以及國家能源戰(zhàn)略的發(fā)展需求，原有的培養(yǎng)模式已無法滿足這一要求，必須通過加強專業(yè)基礎課程的建設，建立以工程能力和創(chuàng)新能力為導向的新型培養(yǎng)模式，才能夠培養(yǎng)出高水平的工程技術人才。本文在對日常教學、學生尤其是已畢業(yè)學生反饋、用人單位反饋進行大量分析與總結(jié)的基礎上，提出了以工程和創(chuàng)新能力為導向的新的培養(yǎng)模式，并進行了多方面的建設工作。

一、面向石油化工行業(yè)特色，強化教師隊伍與課程建設

1.建立具有較強工程能力的教師隊伍。在以工程能力和創(chuàng)新能力為導向的新型培養(yǎng)模式中，教師不但要具有較高的科研水平，還應該具有極為深厚的工程背景。課程教師隊伍共由20名教師組成。為了提高教師的工程能力，聘請資深煉油化工設計人員定期進行講座。在科研成果的工業(yè)化轉(zhuǎn)化過程中，鼓勵年輕老師共同參與，提高其工程能力。通過幾年的建設，形成了一只高水平的教師隊伍：1名教授被評為北京市高等學校教學名師、2名教授被評為校教學名師、1名副教授被評為校品牌課教師、《化工原理》教學團隊被評為北京市優(yōu)秀教學團隊、建設了《化工原理》與《化工熱力學》2門北京市精品課程。

2.形成了具有鮮明行業(yè)特色的教材體系。原有教學模式中采用的都是化工通用的教材，根據(jù)畢業(yè)生和用人單位的反饋，教材內(nèi)容不能滿足石化行業(yè)的發(fā)展需求，一些內(nèi)容和方法在工廠也不再使用。為此，任課教師主編了《化工熱力學》、《化學工程與工藝專業(yè)實驗》和《流態(tài)化工程》講義（雙語）、參編了《石油化學工程原理》、翻譯出版了《化學反應工程》共4門課程的教材，針對石油加工過程進行了大量的補充和刪減。如在《石油化學工程原理》教材中補充了石化行業(yè)常用的高溫油泵的特殊輸送要求，在分餾過程中補充了油品分餾塔的操作和核算；結(jié)合石油工程中流體相態(tài)對油田開發(fā)的重要性，對熱力學教材中過時的圖表法計算流體熱力學性質(zhì)等內(nèi)容作相應的刪減。主講教師還主編了《催化裂化流態(tài)化技術》、《水合物科學及技術》、《二氧化碳捕集、封存與利用技術》，參編了《原油蒸餾工藝與工程》共4本著作，這些著作是化工專業(yè)其他課程的重要補充內(nèi)容，并極大地開拓了學生的視野。

3.積極進行教學方法改革，增強學生的學習興趣，提高教學效果。強調(diào)通過教學改革增強學生學習的興趣。例如在《化工原理》教學中首先以多相傳質(zhì)設備的相控制基本理論作為基本路線；其次，建立了多相傳質(zhì)工藝和設備過渡教學體系；再次，建立了多相傳質(zhì)及其附屬設備的全塔負荷性能圖分析理論，規(guī)范了塔設備操作限的概念。多年來學生普遍對《化工熱力學》有畏難情緒，認為理論性過強、難以應用。任課教師分析發(fā)現(xiàn)過去課程中大量使用的圖表在生產(chǎn)實際中很少使用，基本都已通過計算模型實現(xiàn)。因此在授課時只對少數(shù)必要的圖表進行講解，以幫助說明問題或者現(xiàn)象。而對于實際工作中經(jīng)常用到的狀態(tài)方程和活度系數(shù)模型等，文獻報道的狀態(tài)方程有幾百個，現(xiàn)場使用時往往無從取舍，因此在課堂上進行了仔細的講解，對于過去大量存在的過程推導適當簡化，要求學生學會使用商業(yè)化模擬軟件進行計算，以滿足未來工作中的需要，這樣既突出了本科生學習過程的重點，又保證了教學的效果。

二、建立多樣化的提高工程實踐和工程設計能力的培養(yǎng)體系

化工專業(yè)基礎課與實際化工生產(chǎn)聯(lián)系非常密切，但學生在學習中卻往往感到抽象、缺乏興趣，其原因在于在以課堂教學為主的方式中很少涉及體驗、實踐的學習環(huán)節(jié)。如圖1所示，在多樣化的提高工程實踐和工程設計能力的培養(yǎng)體系中，學生在學習專業(yè)基礎課之前應先經(jīng)歷認識實習、參觀化工設備模型、拆裝實驗等環(huán)節(jié)，激發(fā)起學生的興趣，在專業(yè)基礎課學習過程中，應通過設備仿真和拆裝實驗等體驗實踐環(huán)節(jié)，通過親身感受進一步固化所學知識，最后通過課程設計等環(huán)節(jié)，促使學生對所學理論知識進行復習、應用，并進一步升華。在此過程中，學生學習專業(yè)知識的渴望是自發(fā)形成的，而不是傳統(tǒng)的教師督促學習，因而學習效果很好，學生的動手能力、工程能力也得到了極大的提高。

為配合這一培養(yǎng)模式，授課教師建立了拆裝實驗室，包括各種形式的泵、壓縮機、閥門、換熱器、塔構(gòu)件，向所有學生全天開放，部分涉及設備的課程甚至可以到實驗室內(nèi)講授。另外，還建立了設備仿真系統(tǒng)，學生可模擬工廠內(nèi)設備的啟動與關閉。在課程設計教學中，強調(diào)一人一題、分組協(xié)作，既提倡相互協(xié)作，又保持設計過程的獨立性，結(jié)課時引入答辯程序，要求同學對設計過程和設計思路進行講解。此外，聘請校外資深設計人員給學生講課，傳授設計和工程經(jīng)驗。課題組教師還將多年科研成果：單指標全塔性能負荷圖用于《化工原理課程設計》，引導學生通過Aspen軟件編程計算，并與手工計算結(jié)果相對比、找不足。這些措施極大地提高了學生學習的主動性、積極性，使學生的工程能力通過多種方式得到鍛煉。

三、創(chuàng)建創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新模式

課程教師在《流態(tài)化工程》課程中，廣泛搜集了國內(nèi)外流態(tài)化領域的新理論、新知識，并將其簡化為通俗易懂的知識，補充到教學內(nèi)容里。內(nèi)容涵蓋了新的測量方法（如氣泡直徑的測量方法、顆粒混合的測量方法等）、經(jīng)典理論的新發(fā)展（如經(jīng)典兩相理論的不足及其補充，以及基于其建立的新模型）、計算機CFD數(shù)值模擬等。在補充新的研究結(jié)果時，進行的大量的取舍，考慮到授課對象為本科生，理解能力和學習基礎無法和研究生或?qū)Ｂ氀芯咳藛T相比，授課時只著重于新模型、新理論的描述，具體的推導過程和計算過程并不涉及。這樣，既方便了學生的理解和學習，又能夠為今后從事流態(tài)化研究的同學打下一定的基礎。此外，將已工業(yè)化的優(yōu)勢科研成果轉(zhuǎn)化為多功能教學實驗裝置，指導學生對感興趣的知識點自主設計、完成實驗，使學生的創(chuàng)新能力得到極大提高。例如，氣固流化床反應器是石化行業(yè)廣泛采用的反應器，由于知識比較抽象，學生無法獲得深刻的理解。課程教師根據(jù)科研成果開發(fā)了《流化床自動控制綜合實驗系統(tǒng)》，可以直接觀察實驗現(xiàn)象，完成各種形式的流態(tài)化實驗。學生還可以自己設計實驗條件進行研究，該裝置已經(jīng)投入使用5年，受到了學生的好評，也得到了教育部有關專家的肯定，目前，該項技術已經(jīng)推向市場?；ぴ韴F隊教師根據(jù)多年科研成果建立了多套大型冷模催化裂化實驗教學裝置，高達20m，一次可接納學生10人/套，不但可以觀察流化現(xiàn)象，而且可以展開密度、壓力等多個物理參數(shù)的測量，進行壓力平衡等裝置運行狀況的衡算。小型《催化裂化熱態(tài)實驗裝置》不但可以測量產(chǎn)品收率、燒焦效果等工藝參數(shù)，而且可用于熱量衡算、質(zhì)量衡算、能耗分布等裝置運行的評估計算，石油大學在旋風分離器領域的研究已達到國際先進水平，課程教師自行設計、加工了一套《旋風分離器冷態(tài)實驗裝置》，可進行氣相流場、分離效率的測量等。石油大學化工熱力學教學團隊多年來形成了具有特色的研究方向，并曾獲得國家和教育部的自然科學獎?；崃W教學團隊開發(fā)了《流體相平衡實驗裝置》，可以直接觀察到流體的相態(tài)變化并完成氣體在液體中溶解度的測定。根據(jù)多年從事油氣藏流體相態(tài)研究，對化工熱力學實驗進行了大量的補充和改進，并編入了《化學工程與工藝實驗》教材中，提高了實驗設備和技術水平，提高了教學質(zhì)量。

四、應用效果

本文中的課程建設內(nèi)容已獲得北京市2012年高等教育教學成果二等獎。建立的培養(yǎng)模式已經(jīng)在化學工程與工藝等4個本科專業(yè)中應用4年，拆裝實驗室自2007年建成以來，已先后接待了石油大學6屆學生，獲得了學生的廣泛好評。由科研成果轉(zhuǎn)化的教學綜合實驗裝置已經(jīng)接納了5屆本科生的實驗和大學生科技創(chuàng)新實驗。中國石化也多次派公司技術骨干來催化裂化實驗教學裝置參觀學習，這間接驗證了所開發(fā)的教學實驗裝置的價值。

針對石化行業(yè)和國家能源戰(zhàn)略的發(fā)展需求，培養(yǎng)出“專業(yè)理論基礎扎實、工程實踐能力、工程設計能力和創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高”的高水平工程技術人才，化工學院課程授課教師在大量分析與總結(jié)的基礎上，找到了原有教學模式的弊端，通過教學模式的頂層設計，提出了以工程和創(chuàng)新能力為導向的新的培養(yǎng)模式（如圖1），在建立具有鮮明行業(yè)特色的教師和教材建設、建立多樣化的提高工程實踐和工程設計能力的培養(yǎng)體系、建立本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新模式三個方面展開了大量的教學工作，并取得了顯著的成績。