化工单元仿真技术在化工原理实验教学中应用
“金课”背景下基于BOPPPS模式在化工原理课程设计教学探索
“金课”背景下基于BOPPPS模式在化工原理课程设计教学探索发布时间：2022-11-04T09:02:12.124Z 来源：《教学与研究》2022年第13期第7月作者：江春立黄国焕姚兴东苏俏俏薛兴勇[导读] 化工原理课程设计是化工类专业一个具有总结性和实践性的教学环节，对化工类应用型本科人才培养具有重要的意义。
江春立1*，黄国焕1，姚兴东1，苏俏俏1，薛兴勇11广西民族大学，广西南宁530000摘要：化工原理课程设计是化工类专业一个具有总结性和实践性的教学环节，对化工类应用型本科人才培养具有重要的意义。
本文以“金课”为背景，针对化工原理课程设计存在的教学问题，基于BOPPPS混合教学模式，结合以学生为中心的理念，提出了化工原理课程设计教改的几点设想和做法，以期为地方高校化工原理课程设计教学改革策略制定发展提供了值得借鉴的可行途径。
关键词：化工原理；课程设计；教学改革中图分类号：G642.0 文献标识码：B“金课”概念是教育部长陈宝生在2018年6月召开的第一次新时代全国高等学校本科教育工作会议中提出的。
他指出，对大学生要合理“增负”，提升大学生的学业挑战度，激发学生的学习动力和专业志趣，改变轻轻松松就能毕业的情况，真正把内涵建设、质量提升体现在每一个学生的学习成果上，真正把“水课”变成有深度、有难度、有挑战性的“金课”。
同年8月教育部下发了《关于狠抓新时代全国高等本科教育工作会议精神落实的通知》(教高函〔2018〕8号)，这是教育部文件中首次正式使用“金课”这个概念 [1]。
随即在11月24日，在第十一届“中国大学教学论坛”上，教育部高等教育司司长对建设中国“金课”进行了解读，一是指出“金课”是高阶性、创新性和挑战度的有机融合。
二是建设五大“金课”，即线下、线上、线上线下混合式、虚拟仿真和社会实践等“金课”；三是指明了建设“金课”的五大保障，即政策保障、组织保障、机制保障、评价保障和经费保障。
《化工原理》课程教学大纲
化工原理课程教学大纲课程名称：化工原理英文名称：Principles of Chemical engineering/ Unit operations of Chemical engineering 课程编码：x2030212学时数：96其中实践学时数：16课外学时数：0学分数：6.0适用专业：生物工程一、课程简介《化工原理》将课堂教学、化工单元实验操作与设计型教学内容相结合，使学生掌握化工单元操作各部分的基本原理，掌握流体输送过程的基本理论；掌握气体和液体混合物分离操作的基本理论和实际操作要求，掌握不同单元操作条件对化工单元过程生产效果的影响；掌握传热过程的基本定律和实际生产设备应用；掌握传热，精馏和吸收单元操作所应用典型装置的设计方法；了解本学科领域热点问题；熟悉新型化工单元操作中生物化工生产的典型应用。
最终掌握生物化工生产单元操作有机结合的典型案例及设计方法，了解生产安全相关法律法规，能够针对具体化工单元操作过程，编制完整的具有典型生物工程单元操作的设计方案，培养掌握具有化工基本知识的生物和化工领域的技术人才。
二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点绪论1、教学内容化工过程与单元操作；《化工原理》课程的性质与任务；2、基本要求了解部分：《化工原理》课程的性质、研究对象、任务与基本内容理解部分：因次、单位制和单位换算掌握部分：物料衡算与能量衡算熟练掌握：无3、重点和难点（1）重点：单元操作及基本特点（2）难点：无第一章流体流动1、教学内容流体概述；流体静力学方程及其应用；流体流动中的守恒原理；流体的流动状态分析；流体的阻力损失原因及阻力计算；简单管路的计算；流速和流量的测定方法。
2、基本要求了解部分：流体概述；流速和流量的测定方法理解部分：流体静力学方程及其应用；流体流动中的守恒原理；流体的流动状态分析；流体的阻力损失原因及阻力计算；简单管路的计算；掌握部分：流体静力学方程及其应用；流体的流动状态分析；简单管路的计算；熟练掌握：流体流动中的守恒原理；3、重点和难点（1）重点：流体静力学方程；连续性方程；柏努利方程；雷诺实验及应用；阻力计算（2）难点：柏努利方程；雷诺实验及应用；阻力计算第2章流体输送机械1、教学内容常用液体输送机械；离心泵的理论压头和实际压头(扬程)，功率和效率；离心泵的气缚与气蚀现象；泵的安装高度、流量调节、泵的选择；离心风机的性能与选择。
进一步强化应用化学专业《化工原理》课程教学体系的改革与探索
的一门重要的专业基础课，是学生学习化学基础课程到专业课 程的过渡性的入门课程，着重强调理论联系实际，对学生工程 意识、分析和解决问题等方面的培养起到重要作用。因此，结 合应用化学专业的专业特点和盐城师范学院教育教学改革精 神，对化工原理的课程教学和教学方法的改革进行一定的探索 和建议，注重课堂教学与实践教学相结合，转变教师讲授为主 到学生为课堂主导，增强学生的创新和实践能力，为高素质的 应用型人才培养打好基础（1 2）。
参考文献
［1)李文旭&强亮生&唐冬雁.应用化学专业课程建设的实践 与效果大学化学，2012, 27(5)： 17 — 20. 吕海霞&杨志杰&张艳辉&等.基于应用型人才培养的化工 原理实验教改探索与实践［J).化工高等教育& 2016, 33 1)"26—30
1.3学生的实际应用能力不足
化工原理是一门实践性很强的课程，与化工生产过程息息
收稿日期：2021 —03 —12 作者简介：张雪华（1984—）,江苏人，博士研究生，主要研究方向为二氧化碳化学转化。
第12期
张雪华：进一步强化应用化学专业《化工原理》课程教学体系的改革与探索
・211・
相关,要求授课教师具有很深厚的化学理论基础，同时具备一 定的工厂生产实践的能力。这样才能理论联系实践，举出实际 生产中的例子结合原理讲解，才能把化工原理讲解的更加透 彻。但是现在大部分的高校老师都是从高校毕业直接到高校 工作，绝大多数的经历只停留在基础科研上，比如我自己，对实 际生产过程中知识涉猎较少。虽然理论知识比较丰富，但是实 践经验相对缺乏。缺少对化工设备的实际操作流程及关键部 件的讲授，学生在学习的过程中也缺少兴趣和主动思考的能 力，造成学生实际应用能力的欠缺。
模拟仿真操作系统在化工厂实训中的应用
习 ， 学 生认 识 各种 化 工单 元设 备 ， 使 了解 其结 构 特 点
和空 间几何 形状 ，掌握 工艺 过程 和控制 系统 的组 成 。 明确 管道 走 向 、 门大 小 和位 置 等 ， 受 实 际 的化 工 阀 感
生产 环境 ， 才能 帮助 学 生建 立 完 整 、 实 的化 工生 产 真
在实践 生产 中是永 远不 会一 帆风顺 的 ， 学生 在实
方 面 ．指 导 教师 应 掌握 各 种设 的运 行 情况 及 特
习时必须 熟悉操 作规 程 ，掌握事 故应 急处理 的方法 ． 加强 防患 意识 ， 防止重 大事 故发生 。只有做 到 防患 于
未然 ． 能有效 防止各 种事 故 的发生 。 才
不 会造 成各种 操作 事故 的发生 ，可 以保证 人 身安全 ；
同时 ， 会造 成设备 损坏 、 不 环境 污染 ， 节省 了大量 的开
支。
２ 模 拟 仿 真 操 作 与 实 习相 结 合
对 于实 习 的学 生来 说 ， 须进 行一 定 时间 的 Ｏ Ｓ 必 Ｔ
模 拟仿 真操作 系统 的培训 ， 与现场 操作 相结合 。一 并
件 的不足 。例 如 ： 在生 产前 期 ， 吹扫 、 换 、 联运 、 置 水 开
５ 下 厂 实 践 检 验 操 作 技 能
“ 真刀 真枪 ” 的实 践 锻炼 是 检验 学 习成 绩 最 客 观
工 等方 案 的制 定 和开 工步 骤 等事 项 必 须在 上机 之 前 由指 导人员 对学 生讲 清楚 、 明 白， 讲 否则 只能 是 “ 盲人
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｏ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ Ｏｐ ｒ ｔ ｎ Ｓ ｓｅ ｉ ａ ｔｃ ｌ ａ ｎ ｎ ｐ ｉ ｔ ｆＳ ｍ ｌ ｔｏ ｅ ａ ｉ ｙ ｔ ｍ ｎ Ｐｒ ｃ ｉａ ｃ ｏ ｏ Ｔｒ ｉ ｉ ｇ
化工原理课程设计心得体会
化工原理课程设计心得体会(实用版)编制人：______审核人：______审批人：______编制单位：______编制时间：__年__月__日序言下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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化工原理实验传热单元启发式教学实践
比格斯 （ Ｊ ． Ｂ ． Ｂ ｉ ｇ ｇ ｓ ） 的一项研究表 明 ，学生 的动机决定 他们 选 择什么策略 ，决定他们 使用这些 策略 的效 果 Ｊ 。动机强 的学 生倾 向于经常使用他们 习得的策 略 ，动机弱 的学生对 策 略的使 用 不 敏 感 。所 以 ，老 师 在 认 知 策 略 的 教 学 中 ，根 据 学 习 动 机 的 原 理 ，注意培养学生树立 正确的学习动机 。 学习的 目的全在 于应 用 ，懂的东 西再 多 ，不会应 用也举 步 维艰 。理论要联 系实 际 ，理论 要 结合 技术 ，理论 要 运用 方法 。 现在社会发 展 的重 要特 征 之一 是 理论 向技术 转 化 的速 度在 加 快 ，在新兴科技领域 ，理 论和技术 的转化几乎 是 同步 的 。学 技 术的人不掌握理论 ，学理论 的人不 掌握技术 的人 才分化 观 已 经 不适应现代社会 的需要 。我们 以书本教学 为 主 ，然而 如何寻 找所需要 的知识 ，下 载所 需要资料 ，分 析判断 使用 知识 的迫切 性 直接影响着学生走 人社 会的提升高度 。
Ｐｒ ｉ ｎｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ Ｔｒ ａ ｎｓ ｆ ｅ ｒ Ｕｎ ｉ ｔ ｓ
Ｂ Ａ Ｉ Ｗ ｅ ｉ — ｙ ａ ｎ ｇ， Ｚ Ｈ Ａ Ｏ Ｑ ｉ ｎ ｇ— ｈ ｕ ａ ，Ｔ Ａ Ｎ Ｈ ｕ ａ ｉ —ｑ ｉ ｎ ， Ｌ Ｉ Ｊ ｕ ｎ （ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ ０ ５ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
化工仿真试验教学大纲
《化工仿真实验》教学大纲课程编码：0412101801课程名称：化工仿真实验实验总学时数/学分：20/1适用专业：化学工程与工艺开课教研室：化工教研室一、实验教学的目的和要求本课程是化学工程与工艺专业的一门专业实验课程，是在学生完成了化工原理的基本理论及实验，具有一定的理论和实践技能的基础上，以场境模拟、计算机仿真的形式，完成化工单元实训项目，培养一定的实践操作能力的课程。
课程教学目的：通过实验使学生了解化工生产单元操作一般特点、规律和工艺参数的控制，获得化工生产实践知识，培养运用化工专业理论知识，分析和解决实际问题的能力，为综合实验1及毕业论文（设计）和所从事的化工实际工作打下良好的实践基础。
课程教学要求：学生进行仿真实验操作前，必须预习化工仿真实验讲义，了解化工单元操作的操作内容和生产背景；进入仿真实习室，在指定机位实名登录进行仿真实验操作；有问题时，可电子举手单独与指导老师交流；禁止改变该软件的固定参数及仿真机原有设置；每次操作完成后，需电子举手示意指导老师，经检查同意记录操作成绩后方可退出程序、进行正常关机操作。
二、实验项目名称和学时分配三、单项实验的内容和要求实验（一）离心泵单元操作1.实验内容（1）离心泵的冷态开车、正常停车；（2）离心泵气蚀、气缚、阀卡事故处理。
2.实验要求（1）了解离心泵单元工艺流程（流程中设备、主副管线，过程操作和控制）；（2）掌握离心泵管线上的控制仪表及调节方法，主要理解和掌握储料罐压力的分程控制；（3）掌握离心泵的冷态开车、正常停车，离心泵气蚀、气缚、阀卡事故处理；（4）每小组24人。
实验（二）压缩机单元操作1.实验内容（1）压缩机的正常开、停车；（2）压缩机出口压力过高、入口压力过高、出口管道破裂、入口温度过高的事故处理。
2.实验要求（1）了解压缩机单元工艺流程（流程中设备、主副管线，过程操作和控制）；（2）掌握压缩机管线上的控制仪表及调节方法，主要理解联锁自保的作用和意义；（3）掌握压缩机的开、停车及事故处理；（4）每小组24人。
化工原理课程“教学做”一体化的研究与实践
化工原理课程“教学做”一体化的研究与实践[摘要]“化工原理”课程“教学做”一体化的研究与实践，主要是通过基于工作过程导向，重构课程内容体系，全面实施“项目化教学”，建立基于行动导向的“教学做”一体化职教模式、大力推进工学结合，校企合作，建设实训实习基地，实现“化工原理”课程的职业性、开放性和实践性，培养高素质技能型人才。
[关键词]化工原理“教学做”一体化项目化教学实训基地建设“化工原理”课程是研究化工单元操作过程规律，进行设计优化和操作优化的一门重要的实践性、工程性、应用性的化工专业主干核心课程。
通过该课程的学习，对于高职化工专业学生的综合职业技能培养和职业素质培养起着主要支撑功能。
高职“化工原理”课程的设计理念与思路：以职业能力培养为重点，与行业企业合作进行基于工作过程的课程开发与设计，充分体现职业性、实践性和开放性的要求；课程设计基于多元智能的人才观，能力本位的教育观，工作过程导向的课程观，行动导向的教学观，学习情境的建设观，工学结合、校企合作的课程开发观等现代职业教育理念；借助建构主义学习理论，突出化工行业特色，建立“以化工项目任务为载体，以行动为导向，以完成综合性工作任务为目标，教学做一体化的职教模式”。
一、基于工作过程导向，重构课程内容体系，全面实施“项目化教学”“化工原理”课程遵循学生职业能力培养的基本规律，打破学科体系，重新构建教学内容。
以真实工作任务及其工作过程为依据，整合序化教学内容，与行业企业合作进行基于工作过程的项目化课程开发与设计，全面实施“项目化教学”，把整个学习内容归纳分解为“流体输送系统的认识”“液体的压力测量”“管子的连接和阀门的安装及使用”“列管换热器的选型”等16个项目，科学引导学生对知识的掌握和强化应用能力的训练，突出本课程的应用性、工程性特点，激发学生学习本课程的积极性。
“项目化教学”是以项目为载体，工作任务为驱动，工作过程为行动导向，以能力为目标，以学生为主体，将理论与实践有机结合，“教、学、做”一体化，使学生在完成任务的过程中掌握知识和技能。
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化工单元仿真技术在化工原理实验教学中的应用研究摘要：化工单元仿真是针对化学工程与工艺专业开展的教学活动。
它既属于实践环节又与理论知识紧密相连。
本文笔者主要介绍了化工单元仿真实验在化工原理实验教学中的优势，探讨了其应用于实验教学时应该注意的问题。
关键词：化工原理实验化工单元仿真实验教学
化工原理是我院化学工程与工艺本科专业的一门主干课。
它是综合运用数学、物理、化学，生物技术等基础知识，分析和解决化工生产中各种物理操作问题的技术基础课。
在我院化学工程与工艺本科专业创新人才培养中，它承担着工程科学与工程技术的双重教育任务。
而在化工原理实验教学中，学生首次接触到和实际化工生产设备较接近的工程装置（例如：离心泵、换热器、精馏塔、吸收塔，等）。
因此，化工原理实验课在加深学生对于化工原理知识的理解，提高学生的工程实践能力，都起着十分重要的作用。
化工原理实验课理论教学活动通常是在教室中进行。
教师在黑板上写出实验装置结构及相关原理，学生在下记笔记。
采用这种教学方式，教师讲得辛苦，学生听得乏味，教学效果很差，在做化工原理实验时，学生经常会出现各种各样的问题。
如何来提高化工原理实验教学效果，一直是我们探讨和的思索问题。
我院化工原理教研室也试图采用其他一些教学方法（例如：加强实验预习和开展多媒体实验教学），但教学效果不明显。
借助于我院化工单元仿真实验室的建立，我们大胆地将其引进到化工原理实验的教学中。
在做化工原理实验
之前，学生可以利用仿真软件对化工原理实验装置进行不同的仿真操作，产生与实际化工原理实验装置相同的结果。
通过该软件的练习，使学生产生了身临其境的现场体验，取得良好的教学效果。
一、化工单元仿真系统介绍
化工单元仿真系统是以计算机为手段，通过建立化工过程的动态数学模型，再现真实化工装置系统特性。
它是建立在化工工艺、自动化仪表、化工设备等学科基础上的综合性技术，可以模拟化工生产装置的运行中的开车、停车、故障处理等工段操作过程，可以提高操作人员的理论水平和实践能力。
二、化工单元仿真的课程设计
石家庄学院化工学院于 2010 年 9 月从北京东方仿真公司引进 45 套化工单元实习仿真软件（csts），建立化工仿真实验室，到 2010 年底已经完成化工仿真实验室的验收并投入使用。
化工单元仿真软件系统一共有 15 个单元，包括：反应器（固定床反应器单元、流化床反应器单元、间歇反应釜单元）、动力设备（压缩机单元、co2 压缩机单元、离心泵单元、真空系统单元）、传热设备（锅炉单元、换热器单元、管式加热炉单元）、复杂控制（液位控制系统单元）、塔设备（精馏塔单元、吸收解吸单元、催化剂萃取控制单元）和罐区（罐区仿真单元）。
我们按照按照实验的难易，选择了和化工原理实验教学内容最接近的 4 个单元实验，分别是离心泵单元、换热器单元、精馏塔单元和吸收系统单元。
每个单元实验为 4 个课时，而仿真实验的时间则选择到理论课结束后，真
实实验之前。
三、化工单元仿真引入化工原理实验教学的优势
1.有利于提高学生的实际操作技能
由于学院教学经费有限，我院化工原理实验装置通常是 4 个人一组，不能保证每个学生都有动手操作的机会，实际的教学效果并不理想。
而化工单元仿真可以保证每个学生都有自己动手做实验的机会，不但可以更好的观察实验现象，而且对于实验原理也有更深入的理解。
此外，对于一些操作复杂且耗时的实验（例如，精馏实验和吸收实验），学生可以重复地进行实验，不受时间和场地的限制，直到学会为止。
2.化工单元仿真的容错性
对于传统的化工原理实验，学生由于之前预习不充分，经常出现由实验操作失误引起实验事故。
例如：离心泵的启动或关停的失误引起离心泵电机的烧毁。
吸收塔操作失误则会引起氨气泄露。
实验事故的出现，一方面，使实验仪器损坏，造成学校国有资产的损失，影响了整个实验教学进度；另一方面，还会造危害教师和学生的身体健康，造成严重教学事故。
而化工单元仿真软件可以从正面引导学生顺利完成化工原理实验，并允许失误和探索。
学生可以在仿真实验平台上设置任何故障而不必担心出现意外的危险，甚至可以制造事故运行状态，可以从屏幕上直接观察到错误的后果，在纠正错误中掌握正确的操作方法。
学生经过仿真实验的训练后，实验操作失误的现象大大减少。
3.化工单元仿真运行成本低
建设化工仿真实验室的总成本只有中试车间费用的五分之一。
将化工单元仿真软件引入到化工原理实验教学中，使用周期长，可大大减少学校在培训工作中的人力及物力消耗，且易于维护。
我院在化工仿真实验室的电脑上除了安装 csts 软件外，还安装了autocad、chemcad、chemoffice 等应用软件，可以满足化工学院其他专业学生的使用，充分利用了现有设备，进一步降低其整体运行成本。
四、化工单元仿真在化工原理实验教学中应该注意的问题
1. 化工单元仿真不能完全代替真实实验
化工单元仿真引入到化工原理实验课的教学中，对于提高其整体教学效果的作用明显。
但在使用上，化工单元仿真软件不能代替真实实验。
对于一些重要的化工单元操作经验（例如：离心泵的启动和关停，阀门的开启和关闭），学生必须通过真实实验来掌握。
因此在化工原理实验教学的课时分配上，一定也有所体现，主要课时应该集中在真实实验上。
2.教师要转换角色
传统的化工原理实验教学，教师受教学时间和场地的限制，通常一次只能指导 6-8 名学生，但化工单元仿真软件的教学不同于传统意义上的化工原理实验教学。
学生在各自的电脑上独立操作，教师则在机房的主机电脑上可以时时监控每台学生电脑上的实验情况，根据每个学生具体差异，可以一对一地进行指导，大大提高
了实验教学效果。
因此，主讲教师必须要经过严格的培训，系统掌握化工单元仿真软件的使用方法。
五、结论
化工单元仿真教学是以化工原理实验为基础，运用先进的教学思想和现代化的教学手段，培养学生的实际动手能力，为化工原理实验教学手段的改进和教学质量的提高提供了保障。
参考文献：
[1] 夏青. 化工原理（第一版）[m].天津：天津大学出版社，2005.
[2] 刘敏，罗婕，戴玉春. 仿真技术在《化工原理》教学中创新应用与实践[j]. 河北化工，2010.
[3] 张甲. 化工单元仿真在化工原理教学中的应用[j]. 广东化工，2011.
[4] 周爱东，王庆，杨红晓. 仿真技术应用于化工原理实验教学的创新实践[j]. 实验技术与管理，2007.
[5] 赵文辉，刘晓东，夏万东等.化工仿真训练系统在石油化工类专业实习中的应用[j].河北化工，2009.
[6] 吴赛苏. 化工仿真实训教学在应用技术人才培养中的开展与作用[j]. 广东化工，2008.
基金项目：石家庄学院教学改革研究项目（jgxm-201107b）。
作者简介：
于宏伟（1979- ），男，黑龙江省哈尔滨市人，工学博士，副教
授。
（责编高伟）。