化工设计竞赛对化工类大学生综合素质培养的作用
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作者:赵亚梅 王倩 常薇 李庆
[摘 要]本文基于西安工程大学近五年的实践活动，探讨了化工设计竞赛对大学生的工程技能、创新思维能力、自主学习能力及团队协作精神等综合素质培养的促进与推动作用，并结合化工设计实践特点和新兴技术创新理念，对强化实践教学和探索新型教学模式进行了研究。
[关键词]化工设计竞赛 工程技能 创新思维 教学改革
中图分类号：G642：TQ0-4 文献标识码：A
引 言
工程教育是以技术科学为基础，以培养能够将科学技术转化为生产力的工程师为目标的专门教育[1]。随着科技的不断创新及全球化发展，建设与发展新工科已成为社会发展的迫切需要。2017年2月20日，教育部发布了《关于开展新工科的研究与实践通知》，为我国化工类专业人才培养和教学改革指明了新方向。
全国大学生化工设计竞赛是当前国内化工领域规模最大、水平最高的本科生年度赛事，比赛围绕当年国内热点化工类项目，要求学生从现代技术应用、工程图纸绘制及设计说明书等方面制作作品，涉及化工、自动化、机械、经济及计算机技术等多门学科知识[2-5]，西安工程大学自2014年参加第八届全国化工设计竞赛以来，随着参赛次数的增加和参赛经验的积累，学生和指导教师的综合素质都得到了锻炼和提升，“以赛促教”对该专业教学改革提供了新的思路。
化工设计竞赛对提高大学生综合素质培养的作用
1.培养了学生的工程技能
目前，高校全日制化工专业教学内容相对滞后，传统的以教师、教材、课堂为中心的教学模式让学生的工程技术能力和工程意识较弱。因此，学校在设计任务时应让学生了解生产实际、清楚设计标准和行业规范，必要时还应让学生去相关化工厂进行实践，了解和学习工厂的车间布置、操作流程、安全环保等设计思路和方法。在设计任务时，还可以让学生结合行业设计规范的要求，对总厂布置、车间布置、工艺流程及模拟计算、设备计算和选型、自动控制、节能降耗、项目评估等方面进行思考和学习，这在很大程度上能够强化学生的工程意识，锻炼学生的工程应用能力。通过化工设计竞赛，能够推动大学生工程观念的建立，促进大学生工程技能的提升，还能够为社会培养工程技能较强的专业技术人员。
2.提高了学生的创新思维能力
在化工设计竞赛中，技术创新是参赛作品十分重要的考查点。在参赛过程中，学生根据大赛考查要求，主要从清洁生产工艺创新、反应技术及分离技术创新、过程节能技术创新、新型设备应用技术创新四个方面出发，充分应用所学知识，结合实践教学和工程具体事例进行设计、创造，体现作品的创新点，这在很大程度上要求学生不仅要具备扎实的专业基础知识，还要注重创新思维的锻炼和创新能力的提升。以2017年西安工程大学学生参赛作品为例，学生要针对某一含硫工业废气源设计一套深度脱硫并资源化利用的装置，最终确定的参赛作品主题为“河北邯峰电厂深度脱硫并资源化利用项目”。学生在烟气预处理工段使用了新型电袋复合除尘器，使除尘效率达到了99.5%;在吸收塔内采用LIQDIST-Ⅰ型液体分布器，提高了塔内分离效率，实现了设备技术的创新;在氧化及脱氮工段采用SiO2-TiO2共同催化，使烟气氧化效率达到了98%，以硫酸钴为催化剂氧化亚硫酸铵，使其氧化效率接近100%，实现了新型绿色催化剂应用的创新;采用双效蒸发技术，降低了能耗，采用强酸性阳离子交换树脂进行三废处理，实现了过程及节能的创新。由此可见，通过化工设计竞赛，学生的创新思维能力得到了有效提高和锻炼，使其在今后工作中面对具体问题有能力提出创造性的建议和方法。
3.提升了学生的自主学习能力
参赛人员大部分为大二或大三的学生，他们大多专业知识不全面，知识构架不完善，在作品完成过程中遇到相关专业问题时会主动学习和查阅资料。在设计过程中，使用的化工软件如Aspen plus、AutoCAD、KG Tower、SW6-2011、3DMAX、PDMS等都需要学生在自主学习和练习后将其应用于设计任务中，而且大部分软件是英文版，如Aspen plus、3DMAX、PDMS等，这就要求学生必须自主学习和掌握相关英文和专业基础知识。另外，竞赛作品除包含化工工艺核心内容外，还涉及国家行业规范和相关规定、自动化、机械化、计算软件、安全要求、环境要求、厂址选择等方面的内容，其中大部分内容学生并不了解，需要在教师的指导下查阅资料或自主学习才能完成。因此，通过化工设计竞赛，学生自主学习能力得到了很大提升。
4.增强了学生的团队协作意识
化工设计竞赛主要以学生兴趣和特长为导向，采用自愿报名的方式，学生在教师的指导下可以组建一支结构合理、团结协作的队伍，通过合作完成参赛任务。参赛队伍一般由5人组成，其中队长1名，队员4名，参赛队员必须在规定时间内完成工艺方案选择和确定、工艺流程模拟、设备计算与选型、设计说明书撰写、图纸绘制、环评安评经济评价报告、3D厂区和配管布置及视频动画等内容。为了在规定的时间内顺利完成作品，每名队员除了保质保量地完成自己负责的工作外，还需与其他成员相互协作、相互配合才能最终完成作品。比如模拟计算完成后，其他队员才能根据计算结果进行设备计算、选型、换热网络优化等任务。从表面上来看，一个完整的作品是由现代技术源文件、工程图纸和设计文档三部分组成，但实际上则需要队员之间相互协作、相互配合才能完成，这也是对参赛人员协作能力的考查和锻炼。因此，通過化工设计竞赛，参赛学生的团队协作精神得到了很好的锻炼和增强。
化工设计竞赛对教学改革的促进作用
1.基于双中心教学模式强化实践教学环节
化工类专业具有很强的实践性特点，在教学过程中应注重教师专业知识传授和学生工程应用能力培养的双重作用。通过化工设计竞赛我们不难发现，学生具有很强的自主学习和解决问题的能力，他们能够应用现代技术方法和专业知识，围绕某一化工基础原料的生产进行厂址选择、工艺流程、设备选型和经济核算，并能够在专业教师的指导下独立完成整个作品。这就为化工专业教学提出了一个新思路，我们可以在教学过程中充分利用学生的主导作用，调动学生灵活应用所学专业知识解决有关工程应用问题的能力。因此，西安工程大学将设计竞赛作为第二课堂强化本科生实践教学，并根据化工类专业实践教学特点，重视教师在知识传授过程中的主导作用，同时突出学生在自主学习过程的主体作用，借鉴化工设计竞赛的理念和方法，围绕设计任务进行化工厂设计，对工程实践教学进行拓展和强化。
2.基于现代设计应用探索新的教学模式
随着化学工业的日益发展，新兴现代设计方法在化工设计应用中具有非常重要的作用。化工设计竞赛十分注重现代设计方法在作品中的应用，现代设计应用在作品评分中占总分的15%。例如，在计算机设计过程中，可以应用过程仿真模型进行工艺流程设计与优化，应用夹点技术分析进行热集成设计，应用三维仿真模型进行设备布置、管道布置及工厂外观设计等。现代技术方法的使用能够快速提高指导教师的专业设计水平，使其在教学过程中能够利用模拟仿真技术、移动互联网技术等进行教学模式创新，将教学活动不同程度地转变为第二课堂，还可以将教学效果由结果性评价向发展性评价转变，充分利用学生的求知欲和主观能动性提高教学效果。
结 语
随着国家“2025”战略计划的出台，从工程教育大国转变为工程教育强国已经成为我国高等教育今后奋斗的重要目标。因此，借鉴化工设计竞赛实践经验和新兴技术创新理念，利用新兴科技推动教学模式的改革，不仅有助于大学生综合素质的提高，而且有助于推动化工类专业的教学创新。
参考文献：
[1]孙健、黄嘉晋、张启扬 等：《工程教育视域下全国大学生化工设计竞赛校园创新关注度分析》，《化工高等教育》2016年第33卷第5期，第23-26页。
[2]郑辉东、赵素英、吴丹 等：《浅析化工设计竞赛对化工专业学生培养的促进作用》，《广州化工》2016年第44卷第8期，第194-195页。
[3]范明霞、袁颂东、胡兵 等：《“721”模式下化工设计竞赛对学生能力的提高》，《化工设计通讯》2017年第43卷第9期，第147-148页。
[4]薛丽君：《全国大学生化工设计竞赛中创新能力的培养与实践》，《化工设计通讯》2016年第42卷第8期，第73页。
[5]姚运金、陈浩、魏凤玉 等：《依托化工设计竞赛平台促进创新型人才培养》，《化工高等教育》2017年第6期，第10-13页。
作者单位：西安工程大学环化学院化工系 陕西西安
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