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一、仿真實踐做中學,培養學生流程及控制的工程實踐能力
國內高校的認識實習普遍存在“只看不做”的弊端,導致實踐缺失。學生雖然可以參觀化工設備外形、認識化工生產流程,但缺少在實際運用中培養工程實踐能力的體驗,缺乏對單元過程操作參數間相互關系的理解,缺乏對自身在現代化工生產中所承擔的“控制生產角色”的認識。有些同學甚至片面地認為:化工生產自動化程度非常高,我們只需要監測中控室的儀表盤,書本上的專業知識用不上。為了培養學生流程及控制方面的工程實踐能力,我校認識實習建立了校內仿真實踐教學環節,讓學生在“做中學”。仿真實習技術用實時運行的動態數學模型代替工廠的實際操作,在計算機上進行實踐教學,使學生獲得了工程實踐認識。根據我校校內實習基地的合成氨生產流程,以及校外實習基地的煤制甲醇生產流程,我們選購了內容匹配的仿真軟件,按照學生的認知規律,在上機實踐過程中,從認識泵、換熱器、精餾塔等單元設備流程,到理解溫度、壓力、流量和液位等重要操作參數的控制知識和上機實訓,再到生產流程的開停車及事故處理實訓,使學生了解操作參數之間的相互關聯,獲得關于流程及控制的工程實踐經驗,激發其對后續相關理論課程的主動學習興趣,強化認識實習的工程教育實踐功能。我們以學生在線上機運行能力作為仿真環節考核的評價標準,督促學生主動學習。仿真實踐教學環節極大地激發了學生的學習興趣。
二、單元設備可視化模型,深層次展現單元操作的工程實現
下廠參觀實際生產流程,獲得設備外形的感性認識,對于培養學生的工程實踐能力,遠遠不夠。培養卓越化學工程師更要求其注重建立單元操作的設備結構與功能之間的關聯,以及對單元操作過程強化的理解。如何獲得單元設備內部結構及工藝內涵的感性認識,是目前認識實習普遍存在的問題。我校的校內認識實習基地,不僅建立了合成氨和催化裂化生產裝置模型,還把工廠中廢棄的泵、換熱器、精餾塔盤、塔內件等實物進行了“解剖”,讓學生直觀地看到設備的內部結構和功能,理解單元操作是如何在工程設計層面實現的。我們還將進一步設計制造單元設備的動態可視化模型,再現設備內的物料流動狀態及其與傳遞過程、反應過程的相互關聯,讓學生獲得強化單元操作的重要工程概念,建立對流動狀態影響傳遞過程等的感性認識,為培養學生的工程實踐能力提供深層次的感性認識基礎。
三、認識實習配套教材,加深學生對實踐知識的理解和理論升華
認識實習從單一的工廠參觀模式向多元化教學模式的轉變,成倍地增加了帶給學生的信息量。而在傳統的筆記式實習授課方式下,學生只能被動地在流動參觀的環境中獲取對工藝流程及單元設備的感性認識,很少有時間進行自主思考,提升對實踐知識的理解,這就容易造成學生不求甚解,使認識實習僅流于形式的情況長期存在。目前,國內高校普遍缺少針對認識實習的配套教材,如普通高等學校“十一五”規劃教材中,就很少見到化工實踐類教材。為了解決認識實習“參觀內容爆炸”造成學生不求甚解的問題,我校編寫了認識實習配套教材,介紹化工安全、單元操作,典型化工工藝過程,如合成氨、催化裂化、常減壓蒸餾、煤制甲醇、乙烯等的原理及流程,以及化工單元及流程的儀表控制原理和開停車、運行、事故處理方案的仿真實訓。學生可以邊讀書邊實踐,感性認識與理性認識相結合,有利于加深對工程實踐的認識和對理論的理解,訓練主動學習能力。在2014年認識實習中,認識實習配套教材以校內講義的形式試發行,學生幾乎人手一本,提升了工程實踐效果。講義在學生試用改進后已正式出版。
四、注重校外實踐教學基地的產學研示范作用
認識實習是大學生在校期間第一次走進化工廠,校外實習基地的示范作用,對學生提高專業認同感、求知欲和樹立正確的就業觀至關重要。如果缺乏正確引導,學生容易對化工企業的工作環境、經濟效益、人身安全等產生擔憂。目前,各高校把重點放在開發更多的校外實習基地上,而如何更好地發揮校外實習基地的工程人才培養作用,成為亟待解決的問題。我校的做法是加強校企間的產學研合作,發揮校外實習基地對學生的示范作用。產學結合,聘請工廠技術人員擔任認識實習指導教師,來校講授安全知識和生產流程,拓寬學生的工程視野;產研結合,加速了我??蒲谐晒趯嵺`基地生產裝置上的應用,如校外實習基地的低溫甲醇洗氣體凈化四塔流程,就是我校的科研成果轉化。通過現場參觀,學生看到了科研創造的生產力,提高了專業認同感和求知欲。我們還充分發揮校友的模范帶頭作用,發動企業中的優秀畢業生,請他們帶在校學生下現場、介紹企業文化,提高學生的學習熱情、社會責任感和職業規劃能力。
五、強化外部監管,提高學生的工程創新能力
認識實習的學生數量多,實踐教學任務緊湊。如我校的認識實習,約700名學生/年,1周教學計劃內通常是以班為單位集體參觀實踐。如果缺乏有效的外部監管,實踐就會淪為走馬觀花,起不到培養學生工程實踐能力的作用。工程創新教育的本質是學生思維的自組織過程。多數學生對所需掌握的實踐知識具有不明確的學習興趣和目標。學校必須通過實習過程中的及時引導及多種外部監管措施,如課堂監管、教學過程監管等,提高學生自主學習的興趣和自我價值認同感,不斷提升其工程實踐能力和創新能力。首先,實習動員時即下發認識實習要求,明確各環節的具體要求,讓學生帶著任務參與認識實習,并通過實習教材預習基礎知識;其次,不斷改進認識實習的各環節,吸引學生主動參與,手、眼、腦并用;最后,實施多元化考核制度,如仿真采取上機實踐在線考核、校內實習采取閉卷考試、下廠參觀采取提交實習報告等,有效地督促學生在認識實習中緊跟每個實習環節的步伐,強化自主學習,提高認識實習的工程創新能力培養作用。
六、結束語
我國高等工程教育的目標是培養適應社會需要的、受過工程師基本素質訓練的高級工程技術人才。學生作為工程實踐的主體,在認識實習過程中,不僅應獲得對設備外觀的感性認識,更重要的是感知工藝過程的內涵,建立工程觀念和對流程及設備控制的感性認識,建立專業認同感和自主學習能力。這些都要求高校按照工程教育理念,構建認識實習的實踐教學模式,并通過多元化考核等外部監管措施加以實現,從而有效地培養學生的工程實踐能力。
作者:吳雪梅 張述偉 潘艷秋 賀高紅 畢麗鴻 韓志忠 張健 何德民 單位:大連理工大學化工與環境生命學部