龍厚昂，劉 惠，洪學(xué)壯，李 偉，邰月華，張 淼

(煙臺大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 煙臺 264005)

進入新世紀(jì)以來，隨著和石化產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展中國經(jīng)濟水平快速的發(fā)展與不斷提高，石化產(chǎn)業(yè)已成為國家經(jīng)濟實力快速提升與發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，同過去相比，化工行業(yè)正在發(fā)生一系列的改變[1]。隨著計算機軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機技術(shù)逐漸向各學(xué)科滲透，化工行業(yè)的飛速發(fā)展，已經(jīng)越來越不開計算機技術(shù)。因此，大學(xué)教育需要將計算機技術(shù)引入到日常教學(xué)中。為全面貫徹黨的十九大精神，作為服務(wù)地方經(jīng)濟發(fā)展的煙臺大學(xué)，應(yīng)密切聯(lián)系本地區(qū)的行業(yè)人才需求，做好服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)優(yōu)秀人才的工作[1]。化學(xué)工作者除了具有化學(xué)、化工專業(yè)知識外，還應(yīng)該掌握與本專業(yè)相關(guān)的計算機應(yīng)用技術(shù)[2]。因此我院開設(shè)了《化工軟件及應(yīng)用》專業(yè)課，意在培養(yǎng)化工專業(yè)學(xué)生利用化工軟件解決實際問題。

1 課程現(xiàn)狀

化工軟件及應(yīng)用旨在培養(yǎng)學(xué)生將計算機知識應(yīng)用于分析/解決復(fù)雜化學(xué)工程問題的能力，借助專業(yè)模擬軟件從分子層次、設(shè)備層次以及工藝流程層次深入認(rèn)識和理解化工反應(yīng)過程。通過掌握這些化工模擬與仿真技術(shù)，為將來的新型反應(yīng)過程開發(fā)、化工設(shè)備設(shè)計以及工藝流程優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。本課程主要介紹化工過程模包括單元設(shè)備級別和全工藝流程級別。主要以講授Aspen Plus軟件為例，全面介紹如何利用軟件，在計算機上重現(xiàn)化工現(xiàn)場，從而實現(xiàn)化工生產(chǎn)中涉及到的分子性能預(yù)測、設(shè)備流場的模擬、工藝設(shè)計優(yōu)化等過程的模擬與仿真。

化工軟件及應(yīng)用課程針對化學(xué)工程與工藝專業(yè)開設(shè)專業(yè)課，課時為64學(xué)時，其中32學(xué)時為講述理論學(xué)時，主要講授軟件的具體應(yīng)用和操作方法，32學(xué)時為學(xué)生上機學(xué)時，主要為學(xué)生自己上機學(xué)習(xí)使用軟件及用軟件解決復(fù)雜的化工問題。

OBE理念(Outcome-based Education)又稱“成果導(dǎo)向教育”理念，是以“學(xué)生為中心”的教育理念，高等工程類專業(yè)要求學(xué)生具備良好的創(chuàng)新實踐能力[3]。以O(shè)BE理念為導(dǎo)向，學(xué)生不僅要掌握必要的專業(yè)理論知識，同時培養(yǎng)學(xué)生們的創(chuàng)新能力和解決實際問題的綜合素質(zhì)。我院將工程教育專業(yè)認(rèn)證與OBE教育理念相結(jié)合，將OBE理念轉(zhuǎn)化為課程教學(xué)內(nèi)容和、學(xué)生通過學(xué)習(xí)后所能達到的畢業(yè)要求，如表1所示。

表1 基于OBE理念的“化工軟件及應(yīng)用”課程內(nèi)容和要求

對照工程教育專業(yè)認(rèn)證和OBE教學(xué)理念，傳統(tǒng)的授課方式已經(jīng)很難滿足學(xué)生的畢業(yè)要求。傳統(tǒng)的授課方式主要是老師在課堂上講授ASPEN軟件的理論知識和操作步驟，學(xué)生在課堂上記筆記，大部分的課堂時間，學(xué)生都在記筆記，學(xué)生很難參與到教學(xué)中來，老師也很難和學(xué)生進行互動。老師講的抽象，學(xué)生們聽的模糊。在這種教學(xué)方式下，原本抽象且理論性較強的化工課程就更加讓學(xué)生難以接受，更不要提及取得良好的教學(xué)效果了[4]。理論課時和上機課時各為32學(xué)時，學(xué)生先上理論課學(xué)習(xí)ASPEN軟件的操作步驟，然后在上實踐課學(xué)習(xí)操作ASPEN軟件。理論課與上機課分別獨立進行，這樣這就會造成課程的分割，理論課和上機課很難很好的銜接。學(xué)生們在理論課學(xué)習(xí)之后，本身對于有些課上老師講解的重難點理解較差，在經(jīng)過幾天上實踐課，對于老師講解的重難點，學(xué)生們很多時候都已經(jīng)淡忘，或者對于老師講解的內(nèi)容已經(jīng)模糊或者記不清楚想不起來了。上機操作之前就忘記了理論課學(xué)習(xí)的知識點，理論課與上機課嚴(yán)重的脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生們無法深刻理解所學(xué)的知識，理論和實踐不能有效的銜接，無法為學(xué)生建立立體感的思維，學(xué)生難以理解課堂教學(xué)中的重難點，很難提升是學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和熱情[4]。基于OBE理念，化工軟件及應(yīng)用課程勢必要進行一次改革。

2 課程改革探索

2.1 案例教學(xué)

選取能完美體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的案例，體現(xiàn)ASPEN軟件的強大優(yōu)勢和靈活性。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)化工軟件及應(yīng)用這門課之前，都要做化工原理課程設(shè)計，在進行化工原理課程設(shè)計中學(xué)生們要通過計算安托因方程 lgP0= A-B/(t + C)得出分離物質(zhì)的飽和蒸汽壓，再由泡點方程和露點方程可得出 X 和 Y，最后通過平衡方程的計算可得出相對揮發(fā)度 a。在通過逐板計算法計算精餾塔的理論塔板數(shù)以及精餾段和提餾段[5]。逐板計算法計算量大，而且數(shù)據(jù)處理復(fù)雜。而在ASPEN軟件中只需要選中DSTWU模塊，建立相應(yīng)的流程，輸入分離物質(zhì)的輕重關(guān)鍵組分即可。模擬運行就可以計算出最小理論板數(shù)及進料位置，如圖1所示。同學(xué)在利用ASPEN軟件計算時，可以大大簡化同學(xué)們的工作量，體現(xiàn)出ASPEN軟件的強大與方便。

圖1 ASPEN軟件DSTWU模塊計算出最小理論板

ASPEN軟件盡管功能強大，方便靈活。但是再利用ASPEN軟件進行計算時，同學(xué)們并不知道計算過程，只是簡單的進行參數(shù)的輸入，這也讓同學(xué)的直觀感受度大大降低。在以化工原理課程設(shè)計為例講解ASPEN軟件時，應(yīng)該結(jié)合逐板計算法和軟件操作一起給同學(xué)講解精餾的簡捷計算，使同學(xué)們一目了然，印象更加深刻。將計算理論計算過程與計算軟件操作一起運用，加深同學(xué)們的直觀理解。同時也可以對比兩種計算方法的誤差，找出誤差原因。

2.2 改進教學(xué)方法

傳統(tǒng)的授課方式主要是老師在課堂上講授ASPEN軟件的理論知識和操作步驟，在上機課具體操作ASPEN軟件。這種教學(xué)方法導(dǎo)致理論和上機課嚴(yán)重脫節(jié)，學(xué)生們無法深刻理解所學(xué)的知識。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)無法滿足OBE教育理念下學(xué)生發(fā)展的需求，更不利于學(xué)生獨立思考問題和獨立動手解決問題能力的培養(yǎng)與提高。因此，老師要充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。為了能讓學(xué)生參與到課堂上來，同時與老師形成良好的互動關(guān)系。老師提前把下一節(jié)課知識的重點和難點告訴同學(xué)，同學(xué)可以自己分組，課下同學(xué)自己查閱相關(guān)資料和預(yù)習(xí)重難點，讓學(xué)生們帶著問題來聽課。在課堂上，首先讓學(xué)生們先講解自己課下所查閱的資料，講解預(yù)習(xí)的重點難點。學(xué)生是主講，教師是旁聽。在學(xué)生講課老師聽課的過程中，老師通過學(xué)生對重難點的講解情況，就能了解學(xué)生們對于知識重難點的掌握情況，老師再根據(jù)學(xué)生講課的內(nèi)容，適時調(diào)整講課的內(nèi)容與重難點，這樣就能對于學(xué)生講不清楚或者講不懂的知識點，更加有針對性的講解，更加有利于學(xué)生們對于知識重難點的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。這樣師生互動，老師尊重學(xué)生的主體地位，不僅能夠建立良好的師生關(guān)系，還能夠促進教師和學(xué)生互幫互助、相互學(xué)習(xí)和共同進步。

除了對課堂主客體角色的轉(zhuǎn)變，老師還要充分利用現(xiàn)代多媒體以及互聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)在很多學(xué)校都進行了慕課以及公開課。老師們要利用互聯(lián)網(wǎng)的資源，與同學(xué)們分享慕課以及公開課。通過觀看慕課或者公開課，提高老師的教學(xué)水平，改進教師的教課方法。同時學(xué)生們在課下觀看慕課以及公開課，可以對于課堂上的疑惑點進行鞏固提高。

2.3 ASPEN在其他課程中的應(yīng)用

ASPEN軟件在化工生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，基于Aspen Plus 軟件的強大功能，ASPEN軟件可以應(yīng)用在化工的很多專業(yè)課程中。將ASPEN軟件與化工專業(yè)課相結(jié)合可以解決很多實際問題。例如，ASPEN軟件的上機課為32學(xué)時，由于上機課時短，學(xué)生們要想掌握好ASPEN軟件的操作，具有很高的挑戰(zhàn)。將ASPEN軟件與化工專業(yè)課相結(jié)合，可以解決ASPEN軟件上機課時短的問題。同時，同學(xué)們學(xué)習(xí)其他專業(yè)課時，也對ASPEN軟件的操作進行了鞏固，防止了學(xué)生們學(xué)完ASPEN軟件后長時間不操作，對于知識點的遺忘，加深了同學(xué)們對于ASPEN軟件的記憶。此外，將ASPEN軟件與化工專業(yè)課相結(jié)合，還可以使化工專業(yè)課更加立體，更加生動，避免化工專業(yè)課的枯燥乏味，簡化同學(xué)們的很多繁瑣的計算過程。

ASPEN軟件可以與化工熱力學(xué)課程相結(jié)合，講授熱力學(xué)中關(guān)于物性計算方法等知識。ASPEN軟件與分離工程相結(jié)合，解決化工分離工程的一些復(fù)雜問題。ASPEN軟件與化工原理課程設(shè)計相結(jié)合，可以比較逐板計算法和軟件計算的快慢與優(yōu)缺點。ASPEN軟件與化工設(shè)計大賽相結(jié)合，提高學(xué)生們學(xué)以致用的能力，獲得真正的感知感。

3 結(jié)論

隨著計算機軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，未來的化工專業(yè)人才一定要具備良好的計算機水平和扎實的專業(yè)基礎(chǔ)。隨著國際工程教育和OBE 教育理念不斷推進，課程教育質(zhì)量迫切需要提高?；ぼ浖皯?yīng)用課程的改革與探索對提高化工專業(yè)人才的計算機應(yīng)用能力、解決復(fù)雜工程問題的能力、培養(yǎng)復(fù)合型人才具有重要的意義。在教學(xué)改革過程中，將案例教學(xué)與軟件應(yīng)用相結(jié)合，即講授原理又講授軟件操作，實現(xiàn)多樣化教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過對課堂主客體角色的轉(zhuǎn)變，加深學(xué)生們對于知識重難點的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。同學(xué)們利用課下的慕課和公開課資源，可以對課堂上的疑惑點進行鞏固提高，解決課后知識盲點。通過將ASPEN軟件與化工專業(yè)課相結(jié)合，避免化工專業(yè)課的枯燥乏味，使化工專業(yè)課更加立體，更加生動。將ASPEN軟件延伸到其他課堂，提高了同學(xué)們對于ASPEN軟件的操作能力以及解決實際問題的能力，提高學(xué)生們學(xué)以致用的能力，獲得真正的感知感。