基于复杂工程问题解决能力培养的化工原理实验教学改革_贾冬梅.pdf

2023 年 第 5 期 化学工程与装备 2023 年 5 月 Chemical Engineering&Equipment 279 基于复杂工程问题解决能力培养 的化工原理实验教学改革基于复杂工程问题解决能力培养 的化工原理实验教学改革1010 贾冬梅，张丽娟，刘元伟，张大鹏，张 云（滨州学院 化工与安全学院，山东 滨州 256603）摘 要：摘 要：基于新工科建设和工程教育发展的需要，在课程教学目标确定、教学内容设计、教学组织实施、教学团队建设和课程教学评价改革等方面，对化工原理实验教学进行了一系列改革，有利于培养学生在复杂工程问题解决中的工程能力、创新能力和综合能力。关键词：关键词：化工原理；工程能力；实验教学改革；工程教育 基金项目：基金项目：山东省本科教学改革研究项目(M2021283)新工科建设，是应对新经济的挑战，从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，在“卓越工程师教育培养计划”的基础上，提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划1。工程教育专业认证作为国际通行的工程教育质量保障制度，是高等学校工程教育的质量保障和检验标尺2。工程专业教育认证对工程类学生的“工程知识”提出了“学以致用”的要求，这不但要求学生须具备解决复杂工程问题所需数学、自然科学、工程基础和专业知识，更重要的是要求学生能够将这些知识用于解决复杂工程问题3。解决复杂工程问题的能力培养将重视学生工程能力的培养提高到了一个新的高度4,5，它是我国高校工程专业毕业生所必须具备的一项核心能力。因此，在构建学生知识结构完整性的前提下，为满足培养学生在知识运用方面的要求，如何培养学生解决复杂工程问题的能力，是高校工程教育人才培养体系中的一个重要研究课题。化工原理实验是化工类、制药类、环境类、能源类等专业的专业基础必修课程，作为一门技术基础课程，它在培养化工技术人才中担负着由理及工、由基础到专业的过渡，在培养学生运用工程观点分析、解决实际化工生产问题方面起着十分重要的作用，在化工类专业教学体系中处于承上启下、不可或缺的地位6-8。1 课程教学目标 1 课程教学目标 化工原理实验课程是复杂工程问题解决能力培养的重要平台，合理选择实验项目、设计复杂工程问题解决方案有利于课程目标的实现。通过对化工及相关工科专业毕业要求分析发现，化工原理实验课程的教学目标既要注重学生在识别、表达和分析复杂化学工程问题能力的培养，又要强化学生在解决实际化工生产问题中分析、设计和研究能力的培养。结合化工类专业人才培养目标和毕业要求，确定的化工原理实验课程教学目标为：(1)掌握处理工程问题的基本实验研究方法，并灵活地应用这些方法研究处理实际工程问题的能力；(2)培养学生面对复杂工程问题进行实验设计、实验装置操作、数据处理、结果分析讨论、结论归纳以及科学撰写实验研究报告的能力；(3)培养学生就复杂工程问题与团队成员的交流沟通能力、实事求是工作态度，使其具有良好的工程素养、安全理念和环保意识。2 围绕工程能力培养设计教学内容 2 围绕工程能力培养设计教学内容 结合课程教学目标，确定了本课程的教学内容和教学重点、难点。本课程教学重点是让学生掌握典型单元操作设备的运行、操作管理、性能特点，提高学生运用科学思维和研究方法分析工程问题和解决工程问题的能力，加深对专业特点的认识，为以后从事科研、化工设计及化工产品生产、开发奠定初步基础。目前，我校可开设的化工原理实验项目数15 项（表 1），实验装置有 52 套，每一套化工原理实验装置中的主要设备都与生产实际紧密联系。表 1 化工原理实验项目表 表 1 化工原理实验项目表 序号 实验项目名称 项目 类型 开设 类别 1 流体流型与临界雷诺准数测定 验证 必做 2 流体能量转换实验 验证 必做 3 流体流动阻力的测定 综合 必做 4 离心泵性能测定（含串并联）设计 必做 5 板框过滤机过滤常数的测定 综合 必做 6 非均相物系分离综合实验 设计 必做 7 套管换热器中传热膜系数测定 综合 必做 8 总传热系数的测定 综合 必做 9 筛板精馏塔操作实验 综合 10 填料连续精馏实验 综合 二选一 11 塔板性能测定实验 设计 必做 12 转盘萃取实验 综合 13 填料塔 CO2吸收实验 综合 二选一 14 洞道式干燥实验 综合 15 流化床干燥实验 综合 二选一 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.05.075280 贾冬梅：基于复杂工程问题解决能力培养的化工原理实验教学改革 从表 1 可以看出，化工原理实验项目类型多样、内容丰富，实验项目具有一定的选择性，利于实施开放式教学和开展多层次教学设计。在化工原理实验开放教学过程中，学生根据自己的学习兴趣，进行开放实验项目选择和预约，实验指导老师随时与学生交流互动，有效地提高了学生的动手操作能力、分析和解决工程问题能力。近 5 年来，化工原理开放实验教学效果显著，学生在全国化工原理实验大赛、省化工原理实验大赛中获得各类奖项 24 项，有效地提高了学生的工程能力和创新能力。3 课程教学组织实施 3 课程教学组织实施 化工原理实验基于 OBE 和德育为先的理念，围绕课程教学目标、学情分析和课程性质确定实验教学内容，并将课程思政、学科前沿有机融入实验教学，本课程组织实施过程如图 1 所示。图 1 化工原理实验教学组织实施 图 1 化工原理实验教学组织实施 化工原理实验教学组织实施过程力争将立德树人、单元操作知识运用、复杂工程问题的解决能力、综合素质提升进行深度融合。化工原理实验教学以学生为中心，实施面向学习过程的教学方法改革，以问题为导向，采用启发式、探究式等教学方法培养学生解决复杂工程问题的能力。在教学方式上，利用课程网络教学平台加强与学生的交流，推进信息技术与工程教育深度融合。采用灵活、多样和个性化的学习方式如自主学习、合作学习、生师互动及课外活动等方式进行复杂工程问题解决能力的培养。回流比对精馏塔分离效果的影响是化工生产中的一个常见复杂实际工程问题，可通过筛板精馏塔操作实验教学来培养学生解决该问题的能力。实验前将国家节能减排政策和精馏节能措施等信息融入课程教学目标，将实验预习要求提前发给学生。学生实验前完成预习任务，以小组为单位提交初步实验方案和成员分工；课上教师采用提问、讨论等方法让学生明确实验重点和操作注意事项，对不同小组实验方案进行简要评价，强调塔顶和塔底温度与其组成的关系；各小组讨论确定实验的具体的回流比，小组长强调实验的安全性评价，组织开展实验操作，数据测量和记录；进行数据汇总，讨论结果分析，完成实验报告。实验报告的结果讨论中包括不同回流比对塔顶和塔底组成的影响分析、不同回流比下产品产量分析以及不同回流比时能耗的分析讨论，并根据结果讨论，从最佳操作条件，回流比对产品组成、产量、能耗影响趋势分析，精馏节能措施等三个方面给出合理严谨的实验结论。4 教学团队建设 4 教学团队建设 解决复杂工程问题能力的培养，离不开高水平、实践经验丰富的教学团队。针对原有师资学历和职称结构不合理、实践经验不足等问题，化工原理实验教学团队通过加大人才引进力度、推行青年教师导师制、顶岗锻炼、鼓励在职攻读学位、考取技能证书、聘请兼职教师等措施加强师资队伍建设，提高教学业务能力。近 5 年引进博士 4 人，其中副教授2 人；目前团队共有有专任教师 12 人，其中高级职称 8 人，博士占比 100%；校级教学名师 1 人，9 人次在教学比赛中获奖；6 人具有企业工作经验或企业定岗锻炼经历，双师型教师占比 50%。化工原理实验教学团队的学历、职称、年龄、专业、知识等结构合理，实验教学经验丰富，科学研究能力强，具有良好的分析和解决工程问题能力。5 课程教学评价 5 课程教学评价 化工原理实验课程的评价包括学生的学习目标达成评价、教师业务水平提高的评价和课程发展的评价三个方面。基于复杂工程问题解决能力的培养要求，化工原理实验的考核成绩由过程考核成绩和期末操作成绩构成，分别占 60%和40%。其中，过程考核成绩包括实验预习、课堂互动、小组交流及协作能力、实验操作和实验报告组成，期末操作考核包括学生对实验装置的操作、实验装置故障的排查和数据处理三个部分。采用尺规评价法对学生学习成绩分析，进行学习目标达成评价；通过学生评教、同行评教、督导组评价和教师自我反思进行教师业务水平提高的评价（图 2）；通过校内和校外同行评价进行课程建设水平评价。根据以上三个方面评价结果，进行反馈，讨论并确定课程整改方案，在下一轮课程教学中持续改进，不断提高教学质量。图 2 教师业务水平提高的评价 图 2 教师业务水平提高的评价 6 结 语 6 结 语 随着新工科建设和工程教育改革的不断深入，化工原理实验在培养学生解决复杂工程问题 （下转第 246 页）（下转第 246 页）246 李 君：化工园区环保管理提升的有效措施分析以鲁西南某市一省级化工园区为例 限公司通过监测车在线和仪器离线等方式，监测环境空气、企业厂界挥发性有机物种类和浓度，建立特征污染物图谱，实现污染物追踪溯源，倒逼企业整改。（4）推动重点企业涉 VOC 排气筒安装在线监测系统，在线数据接入县智慧监管平台及园区智慧监管平台，以便及时掌握企业挥发性有机物排放情况。1.4.5 强化整改，提高治理能力（1）积极整改查出问题。环保专家帮扶、上级部门查出的问题，园区均督促企业制定整改方案，明确整改措施、整改责任人、整改时限，并派出核查小组现场核查整改情况，确保每个环保问题整改到位，2021 年 7 月-2022 年 7 月，企业共整改问题 400 余项。（2）持续加大整改投入。某焦化企业 2018 年投资近2.5 亿建设干熄焦余热综合利用项目用于替代传统熄焦，2019年投资7800万建成投产了脱硫脱硝进行了升级改造项目，并同步安装了在线监测设备与省、市、县三级联网，2021年投资 2800 万开展 VOCs 升级治理项目，投资 400 万元完成煤场封闭；某新材料企业 2021 年投资 200 万元扩容一套1000m3油气冷凝回收设施低，某新材料公司 2021 投资 455万元新上 RTO 焚烧炉效治理设施，某生物新材料公司 2021年投资 700 万元进行污水站加盖密闭,大气污染防治成效显著。（3）规范管理非道路移动机械 根据 打赢蓝天保卫战三年行动计划、柴油货车污染治理攻坚行动计划、山东省打赢蓝天保卫战作战方案暨2013-2020 年大气污染防治规划三期行动计划（2018-2020）山东省打好柴油火车污染防治攻坚作战方案要求，园区从 2019 年 7 月起开展全园区范围内使用的各类非道路移动机械申报喷码工作，截至 2022 年 9 月底，共完成各类非道路移动机械喷码 200 余辆，已全部完成尾气检测，达标使用，淘汰国二及以下非道路移动机械 58 辆，国三及以上排放标准非道路移动机械使用率达到百分之百，进一步提升园区大气环境质量。1.5 推广清洁生产，源头预防 园区积极贯彻执行清洁生产促进法，严格按照区域环境影响评价的结论，限制能耗大、物耗高、污染重的项目入区建设，鼓励技术先进、节约能源、无污染或少污染、科技含量高的产业和产品的发展。以节能、降耗、减污为目标，实施生产全过程的污染控制，帮助和支持区内企业开展清洁生产审核和改造，目前园区已做清洁生产审核的企业共计11 家，已全部实施清洁生产审核，取得了较好的经济效益和环境效益，正在做的 9 家。2 小 结 2 小 结 综上所述，我国化工园区生态园区的理念已经逐步得到化工园区的重视，本文笔者所在园区以“三线一单”环境分区管控为指引，完善项目准入制度，环境管理模式从末端治理转向源头管控，从原有“先发展后治理”的被动管理模式，逐步转为“以环境管理升级引领产业经济升级，以产业经济升级促进环境质量改善，以环境质量改善助推园区绿色发展升级”的主动环境管理新模式。（上接第 280 页）_（上接第 280 页）_ 的能力方面将会发挥着越来越重要的作用。将“目标导向、学生中心、持续改进”的教育理念真正融入教学过程，梳理实验项目中的复杂工程问