武寶萍，許前會(huì)，朱 婧，安 紅

(江蘇海洋大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005)

《化工過(guò)程模擬與優(yōu)化》是以化工工藝過(guò)程的機(jī)理模型為基礎(chǔ)，通過(guò)進(jìn)行化工過(guò)程或單元設(shè)備的物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型和能量分析，對(duì)工藝流程進(jìn)行方案的選擇和優(yōu)化，使工藝流程過(guò)程的投資和費(fèi)用最低，為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益作分析指導(dǎo)?；み^(guò)程模擬與優(yōu)化需要物理化學(xué)、化工原理、反應(yīng)工程、分離工程、化工熱力學(xué)、計(jì)算在化工中的應(yīng)用等多門(mén)課程內(nèi)容，而且通過(guò)它把各門(mén)課程之間有機(jī)地聯(lián)系一起，突出理論和實(shí)踐相結(jié)合。目前應(yīng)用最為廣泛的化工流程模擬軟件有Aspen Plus,Aspen Hysys,Pro/II,ChemCAD等。

2019年《化工過(guò)程模擬與優(yōu)化》被建設(shè)成校級(jí)在線(xiàn)課程，通過(guò)2019學(xué)年在線(xiàn)課程建設(shè)以及針對(duì)2016級(jí)化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)施線(xiàn)上和線(xiàn)下混合式教學(xué)，取得一定的教學(xué)效果。2020年1月份新冠疫情爆發(fā)，疫情導(dǎo)致不能正常開(kāi)學(xué)，為了應(yīng)對(duì)特殊情況我們采取線(xiàn)上教學(xué)模式，通過(guò)完全的線(xiàn)上教學(xué)，我們?nèi)〉靡欢ń虒W(xué)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)教學(xué)過(guò)程中也存在一些問(wèn)題。下面我們從化工過(guò)程模擬與優(yōu)化教學(xué)面臨問(wèn)題、教學(xué)改革措施、改革成果等方面進(jìn)行了分析探討。

1 化工模擬與優(yōu)化面臨的問(wèn)題

1.1 專(zhuān)業(yè)性太強(qiáng)，難度大

學(xué)生在學(xué)習(xí)了高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、化工原理、反應(yīng)工程、分離工程、化工熱力學(xué)等多門(mén)課程以后，基本學(xué)會(huì)了化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、化工過(guò)程以及系統(tǒng)工程的方法論來(lái)處理化工過(guò)程模擬與優(yōu)化問(wèn)題。化工過(guò)程模擬與優(yōu)化主要培養(yǎng)化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力?；み^(guò)程模擬與優(yōu)化主要內(nèi)容是采用三種方法解決三大類(lèi)問(wèn)題。那么化工過(guò)程模擬與優(yōu)化的三種基本方法是：序貫?zāi)K法、面向方程法、聯(lián)立模塊法。三大類(lèi)問(wèn)題是：過(guò)程系統(tǒng)的模擬分析、過(guò)程系統(tǒng)設(shè)計(jì)、過(guò)程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化[1]。本門(mén)課程專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程枯燥無(wú)味，如何提高學(xué)生對(duì)本課程的興趣是我們教學(xué)改革的難題。

1.2 課程學(xué)時(shí)較少

學(xué)校每四年制定一次培養(yǎng)方案，總學(xué)分逐漸減少，基礎(chǔ)課學(xué)分不變，只能減少專(zhuān)業(yè)課學(xué)分?；つM與優(yōu)化總課時(shí)48學(xué)時(shí)，包括24學(xué)時(shí)理論教學(xué)，24學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，每周3學(xué)時(shí)。根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃教師要想詳細(xì)的講授完化工過(guò)程模擬與優(yōu)化課程內(nèi)容是有難度的。除了理論課學(xué)習(xí)外，我們還要學(xué)習(xí)實(shí)踐課內(nèi)容，實(shí)踐課內(nèi)容主要是采用Aspen plus軟件進(jìn)行理論知識(shí)的驗(yàn)證，主要包括物性分析、單元模塊模擬、工程模擬工具、工藝流程模擬等。動(dòng)態(tài)模擬和熱量分析，安全分析只能自學(xué)。

2 化工模擬與優(yōu)化教學(xué)改革措施

2.1 建立超星平臺(tái)在線(xiàn)開(kāi)放課程

通過(guò)和課題組老師研討，構(gòu)建化工過(guò)程模擬與優(yōu)化超星平臺(tái)在線(xiàn)開(kāi)放課程。對(duì)化工模擬與優(yōu)化知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了精選，選出45個(gè)知識(shí)點(diǎn)，制作成超星在線(xiàn)課程，課程視頻總時(shí)長(zhǎng)約360 min，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)5～15 min，已經(jīng)在超星平臺(tái)上線(xiàn)運(yùn)行。根據(jù)課程教學(xué)大綱要求把相應(yīng)的授課內(nèi)容和相關(guān)的教學(xué)資料都發(fā)布到超星網(wǎng)站上，學(xué)生根據(jù)教師的安排學(xué)習(xí)或者自主學(xué)習(xí)，最后可以通過(guò)線(xiàn)下和線(xiàn)上作業(yè)或者測(cè)驗(yàn)等了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。采用線(xiàn)下課堂教學(xué)和線(xiàn)上網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式，在教學(xué)過(guò)程中引入在線(xiàn)教學(xué)解決授課形式單一、課時(shí)數(shù)少和教學(xué)互動(dòng)少的問(wèn)題?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生主動(dòng)接受學(xué)習(xí)、提高自主學(xué)習(xí)的能力，使學(xué)習(xí)的知識(shí)得到鞏固和提高，從而提高學(xué)習(xí)效果。

2.2 理論和實(shí)踐相結(jié)合教學(xué)模式

在講授理論知識(shí)的同時(shí)和上機(jī)實(shí)踐相結(jié)合。例如講到精餾塔參數(shù)優(yōu)化和塔底再沸器時(shí)，讓學(xué)生們打開(kāi)Aspen plus塔模塊(如圖1)和塔底再沸器類(lèi)型(圖2)[2]，認(rèn)識(shí)塔模塊以及怎么設(shè)定參數(shù)和優(yōu)化工藝參數(shù)。讓學(xué)生感覺(jué)到把學(xué)到的理論知識(shí)立馬能實(shí)踐了，把抽象的知識(shí)實(shí)踐化了，讓學(xué)生真正體會(huì)到應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)和生活的不同方面，提高學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性。使學(xué)生有主動(dòng)學(xué)習(xí)的沖動(dòng)，起到了將理論到實(shí)際應(yīng)用的引導(dǎo)作用。

圖1 塔設(shè)備單元模塊

圖2 塔底再沸器類(lèi)型

2.3 實(shí)踐教學(xué)，分組討論

實(shí)踐教學(xué)24學(xué)時(shí)，分12學(xué)時(shí)課內(nèi)實(shí)踐，12課時(shí)課外實(shí)踐。課外實(shí)踐教學(xué)時(shí)，5個(gè)學(xué)生為一組，每組學(xué)生設(shè)計(jì)某化工產(chǎn)品的工藝流程過(guò)程，包括產(chǎn)品工藝流程方案的確定、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型、經(jīng)濟(jì)核算等，完成形式是撰寫(xiě)一份設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。五人相互討論、分工協(xié)作，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與感，營(yíng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。通過(guò)分組設(shè)計(jì)鍛煉，為以后學(xué)生參加設(shè)計(jì)大賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

3 化工過(guò)程模擬與優(yōu)化在線(xiàn)課程教學(xué)改革的成果

化工過(guò)程模擬與優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)是是線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)，通過(guò)線(xiàn)上課程運(yùn)行，學(xué)生可以做到課前預(yù)習(xí)，課后復(fù)習(xí)，不懂地方可以觀看在線(xiàn)課程視頻、在線(xiàn)資料。通過(guò)觀看視頻資料、課堂上老師的講解、隨堂測(cè)驗(yàn)的練習(xí)、課堂上及討論區(qū)老師、同學(xué)的答疑、單元測(cè)驗(yàn)、課后作業(yè)、期末考試等環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)有較大的督促和幫助，使學(xué)習(xí)、互動(dòng)更靈活、便捷，幫助學(xué)生一步一步加深知識(shí)的理解，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教育模式下很難達(dá)到的教學(xué)效果；有力推進(jìn)了化工過(guò)程模擬與優(yōu)化教學(xué)從“灌輸式”向“自學(xué)式”的變革，從而構(gòu)建起以學(xué)生為中心的教學(xué)體系[3]。

考試成績(jī)分為線(xiàn)上成績(jī)?yōu)?0%和線(xiàn)下成績(jī)?yōu)?0%。線(xiàn)上成績(jī)(如圖3)分為課程視頻占15%、章節(jié)檢測(cè)占20%、討論占10%、課堂互動(dòng)占10%、作業(yè)占15%、考試占30%。線(xiàn)下成績(jī)?yōu)槠綍r(shí)表現(xiàn)30%、提交設(shè)計(jì)作業(yè)70%?？荚嚦煽?jī)的細(xì)化，督促學(xué)生從各個(gè)方面入手學(xué)習(xí)，養(yǎng)成良好的自學(xué)習(xí)慣，有利培養(yǎng)自學(xué)能力，為以后工作打下良好的基礎(chǔ)。

圖3 線(xiàn)上成績(jī)管理