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一、仿真实践做中学,培养学生流程及控制的工程实践能力
国内高校的认识实习普遍存在“只看不做”的弊端,导致实践缺失。学生虽然可以参观化工设备外形、认识化工生产流程,但缺少在实际运用中培养工程实践能力的体验,缺乏对单元过程操作参数间相互关系的理解,缺乏对自身在现代化工生产中所承担的“控制生产角色”的认识。有些同学甚至片面地认为:化工生产自动化程度非常高,我们只需要监测中控室的仪表盘,书本上的专业知识用不上。为了培养学生流程及控制方面的工程实践能力,我校认识实习建立了校内仿真实践教学环节,让学生在“做中学”。仿真实习技术用实时运行的动态数学模型代替工厂的实际操作,在计算机上进行实践教学,使学生获得了工程实践认识。根据我校校内实习基地的合成氨生产流程,以及校外实习基地的煤制甲醇生产流程,我们选购了内容匹配的仿真软件,按照学生的认知规律,在上机实践过程中,从认识泵、换热器、精馏塔等单元设备流程,到理解温度、压力、流量和液位等重要操作参数的控制知识和上机实训,再到生产流程的开停车及事故处理实训,使学生了解操作参数之间的相互关联,获得关于流程及控制的工程实践经验,激发其对后续相关理论课程的主动学习兴趣,强化认识实习的工程教育实践功能。我们以学生在线上机运行能力作为仿真环节考核的评价标准,督促学生主动学习。仿真实践教学环节极大地激发了学生的学习兴趣。
二、单元设备可视化模型,深层次展现单元操作的工程实现
下厂参观实际生产流程,获得设备外形的感性认识,对于培养学生的工程实践能力,远远不够。培养卓越化学工程师更要求其注重建立单元操作的设备结构与功能之间的关联,以及对单元操作过程强化的理解。如何获得单元设备内部结构及工艺内涵的感性认识,是目前认识实习普遍存在的问题。我校的校内认识实习基地,不仅建立了合成氨和催化裂化生产装置模型,还把工厂中废弃的泵、换热器、精馏塔盘、塔内件等实物进行了“解剖”,让学生直观地看到设备的内部结构和功能,理解单元操作是如何在工程设计层面实现的。我们还将进一步设计制造单元设备的动态可视化模型,再现设备内的物料流动状态及其与传递过程、反应过程的相互关联,让学生获得强化单元操作的重要工程概念,建立对流动状态影响传递过程等的感性认识,为培养学生的工程实践能力提供深层次的感性认识基础。
三、认识实习配套教材,加深学生对实践知识的理解和理论升华
认识实习从单一的工厂参观模式向多元化教学模式的转变,成倍地增加了带给学生的信息量。而在传统的笔记式实习授课方式下,学生只能被动地在流动参观的环境中获取对工艺流程及单元设备的感性认识,很少有时间进行自主思考,提升对实践知识的理解,这就容易造成学生不求甚解,使认识实习仅流于形式的情况长期存在。目前,国内高校普遍缺少针对认识实习的配套教材,如普通高等学校“十一五”规划教材中,就很少见到化工实践类教材。为了解决认识实习“参观内容爆炸”造成学生不求甚解的问题,我校编写了认识实习配套教材,介绍化工安全、单元操作,典型化工工艺过程,如合成氨、催化裂化、常减压蒸馏、煤制甲醇、乙烯等的原理及流程,以及化工单元及流程的仪表控制原理和开停车、运行、事故处理方案的仿真实训。学生可以边读书边实践,感性认识与理性认识相结合,有利于加深对工程实践的认识和对理论的理解,训练主动学习能力。在2014年认识实习中,认识实习配套教材以校内讲义的形式试发行,学生几乎人手一本,提升了工程实践效果。讲义在学生试用改进后已正式出版。
四、注重校外实践教学基地的产学研示范作用
认识实习是大学生在校期间第一次走进化工厂,校外实习基地的示范作用,对学生提高专业认同感、求知欲和树立正确的就业观至关重要。如果缺乏正确引导,学生容易对化工企业的工作环境、经济效益、人身安全等产生担忧。目前,各高校把重点放在开发更多的校外实习基地上,而如何更好地发挥校外实习基地的工程人才培养作用,成为亟待解决的问题。我校的做法是加强校企间的产学研合作,发挥校外实习基地对学生的示范作用。产学结合,聘请工厂技术人员担任认识实习指导教师,来校讲授安全知识和生产流程,拓宽学生的工程视野;产研结合,加速了我校科研成果在实践基地生产装置上的应用,如校外实习基地的低温甲醇洗气体净化四塔流程,就是我校的科研成果转化。通过现场参观,学生看到了科研创造的生产力,提高了专业认同感和求知欲。我们还充分发挥校友的模范带头作用,发动企业中的优秀毕业生,请他们带在校学生下现场、介绍企业文化,提高学生的学习热情、社会责任感和职业规划能力。
五、强化外部监管,提高学生的工程创新能力
认识实习的学生数量多,实践教学任务紧凑。如我校的认识实习,约700名学生/年,1周教学计划内通常是以班为单位集体参观实践。如果缺乏有效的外部监管,实践就会沦为走马观花,起不到培养学生工程实践能力的作用。工程创新教育的本质是学生思维的自组织过程。多数学生对所需掌握的实践知识具有不明确的学习兴趣和目标。学校必须通过实习过程中的及时引导及多种外部监管措施,如课堂监管、教学过程监管等,提高学生自主学习的兴趣和自我价值认同感,不断提升其工程实践能力和创新能力。首先,实习动员时即下发认识实习要求,明确各环节的具体要求,让学生带着任务参与认识实习,并通过实习教材预习基础知识;其次,不断改进认识实习的各环节,吸引学生主动参与,手、眼、脑并用;最后,实施多元化考核制度,如仿真采取上机实践在线考核、校内实习采取闭卷考试、下厂参观采取提交实习报告等,有效地督促学生在认识实习中紧跟每个实习环节的步伐,强化自主学习,提高认识实习的工程创新能力培养作用。
六、结束语
我国高等工程教育的目标是培养适应社会需要的、受过工程师基本素质训练的高级工程技术人才。学生作为工程实践的主体,在认识实习过程中,不仅应获得对设备外观的感性认识,更重要的是感知工艺过程的内涵,建立工程观念和对流程及设备控制的感性认识,建立专业认同感和自主学习能力。这些都要求高校按照工程教育理念,构建认识实习的实践教学模式,并通过多元化考核等外部监管措施加以实现,从而有效地培养学生的工程实践能力。
作者:吴雪梅 张述伟 潘艳秋 贺高红 毕丽鸿 韩志忠 张健 何德民 单位:大连理工大学化工与环境生命学部