化工工程實踐教改綜述

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我國現在高等職業教育雛形始于上世紀80年代,辦學宗旨是“依靠地方,服務地方”,在培養目標、教育模式、專業設置和管理就業等方面都區別于普通高等院校。1994年,全國教育工作會議明確提出了大力發展高等職業教育,目標是培養一批具有必要的理論和較強的實踐能力,服務于生產、建設和管理第一線的急需人才。高職高專在經過了20多年的發展后,教育教學理論已經相當成熟,全國高職院校的總數和在校生人數都得到了跨越式發展。但我們必須承認,現階段高職教育在工程實踐教學方面,無論是辦學條件還是教學經驗都比較薄弱。本文僅就化工專業教學方面的探索與同行商榷?；ば袠I屬于知識密集、技術密集和資金密集的行業,同時也是一個與現代科學技術相互結合、交叉和滲透最多的一個行業。我們國家近年來經濟高度發展,迫切需要一批素質高、知識面寬、適應能力強和具有開拓創新思維的工程技術人才,特別是現代大化工生產的知識含量高,生產設備自動化程度也越來越高,對從事生產第一線的操作人員提出了更高的要求。所以高職院校應該當仁不讓地承擔起歷史賦予的職責,在教學工作中,注重對學生全面能力的培養,即不僅要具有扎實的基礎理論知識和專業素質,還應具備一定的工程實踐知識和技能?；すこ虒嵺`教學專業性較強,它具有“樹立工程觀念、培養安全意識、啟迪創新思維和提高綜合素質”的鮮明特點。對高職院校的學生來說,它更是一個必不可少的教學環節。

1.國內高職院校在化工工程實踐教學方案的一些探索近年來,我國的一些高職院校在化工工程實踐教學方面進行了有益的探索和嘗試,下面介紹兩種代表性的實踐教學方案:

1.1.南方某高職院校

(1)方案的總體原則建設校內實踐基地,滿足化工技術類專業高職學生實際操作能力培養的需要;滿足化工操作中級工、化工操作高級工、技師考工的培訓與鑒定及盡可能滿足中試放大實驗的需要;作為精細化學新產品的孵化器。

(2)具體做法建設兩個仿真車間,包括實踐教學用生產設備、與化工生產配套的控制系統、真實的儀表系統,學生可以在設備上進行真實的操作。與實際生產不同的是工藝物料采用水、壓縮空氣(仿真物料)。普通化工工藝車間包含精餾、非均相物系分離、吸附單元。多功能車間由高位槽、反應釜、冷凝器等組成,并配套公用系統(熱源、冷凍、真空、空壓)。選擇典型精細化工單元(如硝化、酯化等),用“仿真物料”進行實際操作。

1.2.北方某高職院校

(1)方案的總體原則校外實習主要承擔“生產過程實踐”的現場教學任務;校內實習以提高工程綜合素質為主線,將工程知識以直觀的,易于接受的形式反映出來。

(2)具體做法選擇化工生產中具有代表性的大型合成氨裝置作為基地建設題材,以立體模型、專題錄像片、多媒體教學軟件、展板、圖片和實物等多種手段,創建化工企業的生產氛圍及全方位視角,取材“年產30萬噸合成氨裝置”,按1:30比例建成立體模型,展示合成氨裝置的整體外觀,重點反映工藝流程、管線布置和設備外部結構等;利用計算機軟件,制作系列多媒體軟件,以動畫形式表現工藝流程和設備的內外部詳細結構,彌補模型教學上的不足。在調查中發現:“在校內進行實際的化工生產有多種不利因素制約,我國高職教育只有少數幾所院校在校內實現了真正意義上的化工生產”。還有一些院校開發了小型的反應設備,通過提前安排、輔導學生查資料等手段增加學生的參與意識和創新意識,在實驗室完成合成“洗滌劑”配方的基礎上進行了小試生產;但對進一步擴大規模存在很多顧慮,主要原因就是化工產品的選擇以及車間的運行模式。

總之,現階段大部分高職院校工程實踐教學模式單一的現狀制約了學生主觀能動性的發揮,完全按照原有的老套路進行,不利于培養學生的開拓創新意識,而且不進行真正意義上化工產品的生產,學生處理問題、解決實際問題的能力也很難得到提高。上面介紹的兩種做法都還是規劃探索階段,目前教育權威部門就化工工程實踐教學也沒有一個成熟的方案在全國推廣。因此,摸索出一套既適合教學同時又能體現真實化工工業生產特點的教學方案勢在必行。

2.我院在化工工程實踐教學方面的改革探索

2.1.準確定位,建設適應現代化工現狀的工程實踐

教學基地群,提高學生職業崗位群能力實踐教學的形式多樣,“與企業合作,建立校外實踐教學基地”是一種很有效的手段,但受實習時間限制,實習效果不是很理想。同時,現代化工生產自動化、連續化和集成化,加之化工生產的易燃易爆性,學生到現場后,只能學習熟悉流程、認知設備,對一些基本的安全生產控制方法,開停車和簡單的事故處理是得不到鍛煉的。特別是近年來,我國企業大多進行了改制,技術保密工作要求越來越高,好多企業已經出現了拒絕和學校合作的趨勢。在這種發展背景下,石家莊職業技術學院適應社會發展要求,發展建設了新的工程實踐教學基地群,包括化工中試車間、化工工程仿真基地、化工原理實驗基地等教學設施。在常規的實踐教學計劃中,加大工程實踐教學比重,使得學生具備從事化工生產最基本的職業崗位群能力:化學化工實驗能力、化學化工計算能力、化工崗位操作能力、化工生產控制和管理能力。

(1)建設校內工程實踐教學基地———化工中試車間,提高學生的實踐動手能力在實踐教學平臺的建設中,濃縮了化工企業中大部分的生產單元,包括公用工程區和生產操作區,公用工程系統可以提供高壓蒸氣(3~4kg/cm2)、壓縮空氣(7kg/cm2)、冷凍鹽水(-10~-30℃)、真空負壓(-1kg/cm2)、循環水系統(5~20℃)等。生產區可以進行一些化工中間體和醫藥中間體的生產,包括常壓設備生產區和高壓設備生產區、演示教學區和生產操作區、一般化工原料生產區和耐強酸堿生產區、一般蒸餾區和高效規整填料精餾區、一般精餾區和共沸精餾區,齊全的硬件設施為學生的工程實踐提供了很好動手實踐平臺。車間內所有的設備布置均按照國家標準進行。在生產控制方面從最簡單的反應釜間歇手動操作到當代主流的化工生產控制方法DCS集散控制系統,從普通的化工參數測量手段到自動化程度很高的儀表等等。院內中試車間的建立有效彌補了校外生產實習的不足,是高職化工工程實踐教學改革的方向。

(2)建設校內化工仿真教學平臺,全方位提高學生的綜合素質仿真教學是運用實物、半實物或全數字化動態模型,深層次地揭示教學內容的新方法,是計算機輔助教學的高級階段。按照學院的總體規劃,我們引進北京東方仿真公司化工仿真系統,改革實習教學模式,建設適應現代化工的發展趨勢的校內教學平臺。仿真系統強調工業背景,涉及的仿真軟件都具有真實的工業環境,工藝流程、設備結構和自控方案都來源于實際。學生以前的實習不可能親自動手操作,也就達不到預定教學效果。而仿真可以使學生不進工廠就能得到開車、停車和事故處理操作機會。學生置身于仿真環境之中,可以充分調動感覺通道、運動通道和思維通道的學習機能,接受知識的效率大大提高。

2.2.具體教學實施方案

以提高學生的工程素質為主線,沖破傳統的工程實踐產品生產束縛,開發新的化工產品用于中試車間的生產實踐操作;開拓創新,注重發揮學生的主觀能動性,探索一種經濟、高效的生產教學模式。傳統的工程實踐操作是“酒精”的生產精餾,流程簡單,知識覆蓋面較窄,對學生處理實際問題的能力提高程度有限。遼寧某高職利用國家老化工工業基地優勢,和當地科研機構、企業合作,連續生產技術含量較高的化工中間體,取得了一定的經濟效益。缺點是生產模式固定,生產不允許大的失誤,教學和經營要同時兼顧,學生的主觀能動性得不到發揮。在傳統工程實踐教學的基礎上,勇于創新,開發出一套“高效、科學、經濟、可行”教學方案是當務之急。

(1)利用有機化學反應的特點,開發新的化工生產品種有機反應都是可逆反應,在改變反應條件后就會向預期的方向進行。從這個角度出發,開發設計適合于教學的化工產品,原料和產品反復使用,這樣做就可以節省大量的教學經費投入和回避因教學生產出的產品銷售所帶來的一系列問題,經濟實用。按照實際教學要求,可以開發若干種有機化合物用于教學生產,下面以乙酸乙酯的合成和水解為例作一介紹。乙酸和乙醇在硫酸催化下進行酯化反應,反應步驟包括加料、酯化、粗蒸、中和、洗滌、精餾和出產品,最后利用氣相色譜分析產品中的組分含量。乙酸乙酯的水解利用合成的產品進行,反應溫度控制65~75℃,催化劑采用無機酸(為防止堿和反應后的乙酸反應,催化劑最好不用堿),同一種催化劑反應速度和用量及濃度有關,反應時間5分鐘左右,反應步驟分為加料、水解、精餾、二次精餾、分析等,反應中可以將水過量以便提高乙酸乙酯的轉換率,二次精餾進行反應釜內乙酸水溶液的提純。以上實踐操作對提高學生的實際動手能力有很大的幫助,最關鍵的是,他們可以在操作中體會到成功的喜悅,發揮自己的主觀能動性積極查找文獻解決生產問題,而且通過對反應工藝不斷進行優化,增強他們的信心,實習效果大大提高。

(2)工程實踐教學安排(以中試車間為例)第一周教學:教師對學生進行安全教育,闡述實習目的、意義和要求,并做好實習的各項準備工作。進入車間實習后,主要進行以下教學內容:安全教育;中試車間安全管理規定的學習;消防救生知識;中試車間的消防措施;車間水、電、汽的具體位置和相關規定;主要生產設備的名稱、結構、性能及工藝原理;各相關崗位的操作和安全規定;主要生產控制點,分析取樣點位置;繪制帶控制點工藝流程圖;生產控制軟件“dcs”的認知學習;實踐操作酒精生產知識;公用工程(循環水、蒸氣、鹽水)操作規程;產品檢驗。第二周教學:這一周內容在前一周基礎上進行,學生對化工生產有了一定的認識后“乙酸乙酯”單元的教學就會事半功倍。內容包括:安全生產乙酸乙酯的重要性;生產步驟和注意事項;準備工作、加料開車、酯化反應;粗蒸、中和、洗滌、精餾、出產品、產品分析;總結生產操作經驗。幾點說明:①首先需要指出的是,以乙酸乙酯為例,不同班次的學生操作是不同的,前一批生產乙酸乙酯,后一批水解上一班生產的乙酸乙酯。循環操作可以有效解決困惑高職院校校內實踐教學資金投入較大的問題,當然生產消耗和一些輔料還是必須的。②關于車間的運營模式可以借鑒某些高職院校的經驗?！斑B續生產”作為生產實習的有益補充,可以保證中試車間的不間斷運行(開放型)。實踐證明:“開放型”教學實踐模式有利于學生綜合素質的提高,近年來已經逐漸在高職院校中推廣普及。另外,遼寧工學院職業技術學院關于石油化工類高職實踐教學體系的做法也很值得同行借鑒。

(3)充分利用現有資源,合理配制,提高使用效率對資源的有效利用是一個大問題,不僅在教育行業,其它行業同樣存在這個問題。這里旨在拋磚引玉,供參考。

①化工原理實踐教學設備的改造:化原實驗基地同樣屬于工程實踐教學范疇,實驗設備各個院校大同小異,包括:吸收、離心泵曲線、流體阻力、精餾、干燥、過濾等單元。這方面可以借鑒學習的經驗很多,我們在教學手段不斷完善的同時,重點在“一舉兩得”上作文章。例如為了配合“化工儀表及自動化”課程的實踐教學,將普通的數字顯示儀表改造為“無紙記錄儀”或“微機顯示”,通過觀察被控變量的變化過程,進行自控儀表的“PID”參數的工程整定。完成操作后,同學們可以對那些枯燥的理論加深理解,更關鍵的是這些操作是在“毫無顧慮”的情況下實現的,這在化工企業生產現場是不可能實施的。

②對中試車間生產設備再利用:和到化工企業生產現場一樣,到中試車間同樣可以進行設備的認知、組裝和維護,對化工機械專業的學生很有幫助;對化工工藝專業開發了化工設備工藝圖的實訓,要求學生對“連接管口方位、管口的定位尺寸,主、側向視圖的對應關系”都必須準確到位;化工工藝、化學制藥、化工機械和化工環保專業可以利用中試車間進行AutoCAD的實訓;帶控制點工藝流程圖作為各個專業的基礎課實訓內容同樣可以在中試車間進行;化工醫藥營銷專業的學生可以將其它專業生產的洗滌劑產品進行“包裝策劃”,完成社會實踐教學任務。最后,“化工工程仿真技術”在高職院校的教學中已經得到了大規模應用,本文沒有作大篇幅的介紹,但化工仿真技術作為一種新型的教學手段,不僅高職院校,其它教育教學領域也非常有必要加以重點應用、推廣。