化學(xué)工程與工藝的概念范文

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篇1

關(guān)鍵詞：工學(xué)結(jié)合一體化課程；五年制高職；學(xué)習(xí)方式；策略

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）48-0130-03

當(dāng)前，我國正處于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的關(guān)鍵階段，工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場化、國際化的進(jìn)程不斷加快，對高素質(zhì)勞動者和技能型人才提出了新的要求。五年制高職作為培養(yǎng)新型技能人才的重要渠道，必須堅持“以服務(wù)為宗旨、以就業(yè)為導(dǎo)向”的目標(biāo)，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，注重內(nèi)涵發(fā)展，以為社會培養(yǎng)生產(chǎn)、管理、服務(wù)第一線的用得上、留得住的應(yīng)用型人才為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，不斷適應(yīng)用人單位對技能人才的要求。探索“工學(xué)結(jié)合一體化”的技能人才培養(yǎng)模式，建立以職業(yè)活動為導(dǎo)向、以校企合作為基礎(chǔ)、以綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為核心，理論教學(xué)與技能操作融會貫通的工學(xué)結(jié)合一體化課程體系，是提高技能人才培養(yǎng)質(zhì)量，加快技能人才規(guī)模化培養(yǎng)，探索中國特色職業(yè)教育改革與發(fā)展的必由之路。

一、工學(xué)結(jié)合一體化課程及其內(nèi)涵

工學(xué)結(jié)合一體化課程，是指按照經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要和技能人才培養(yǎng)規(guī)律，根據(jù)國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以綜合職業(yè)能力為培養(yǎng)目標(biāo)，通過典型工作任務(wù)分析、構(gòu)建課程體系，并以具體工作任務(wù)為學(xué)習(xí)載體，按照工作過程和學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)要求設(shè)計和安排教學(xué)活動的課程。它明確了技能人才的培養(yǎng)目標(biāo)，即培養(yǎng)其綜合職業(yè)能力，即在真實工作情境中整體化地解決綜合性專業(yè)問題的能力和相應(yīng)的技術(shù)思維方式，包括專業(yè)能力、方法能力和社會能力。其課程體系源于從企業(yè)真實工作過程的代表性工作任務(wù)中提煉出的典型工作任務(wù)，教學(xué)的內(nèi)容則是典型工作任務(wù)轉(zhuǎn)化過來的學(xué)習(xí)任務(wù)，實施教學(xué)以學(xué)生為中心。工學(xué)結(jié)合一體化課程體現(xiàn)理論教學(xué)和實踐教學(xué)的融通合一，專業(yè)學(xué)習(xí)和工作實踐學(xué)做合一，能力培養(yǎng)和工作崗位對接合一的特征。其直接來源是企業(yè)的典型工作任務(wù)，這就決定了它必須以校企合作為基礎(chǔ)，按照企業(yè)實際工作過程實施教學(xué)。也就是說，學(xué)習(xí)就是工作，通過工作實現(xiàn)學(xué)習(xí)。

二、五年制高職學(xué)生學(xué)習(xí)方式現(xiàn)狀分析

學(xué)習(xí)方式，也稱學(xué)習(xí)風(fēng)格，是學(xué)習(xí)者持續(xù)一貫的帶有個性特征的方式，是學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)傾向的總和。它指的是學(xué)生在完成學(xué)習(xí)任務(wù)過程中的基本的行為和認(rèn)知的取向，反映了學(xué)生傾向于以什么樣的行為和認(rèn)知方式去完成學(xué)習(xí)任務(wù)，它直接影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果。

1.傳統(tǒng)的“三中心”教學(xué)模式使學(xué)生形成了單一、被動的學(xué)習(xí)方式。受我國“重學(xué)歷、輕能力”、“重知識、輕技能”的社會文化價值取向的影響，長期以來，五年制高職教育的人才培養(yǎng)模式往往體現(xiàn)“類基礎(chǔ)教育”、“類高等教育”的特征。在體現(xiàn)以“課堂、教師、課本”三中心為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教學(xué)是教師對學(xué)生的“單向”培養(yǎng)，教師負(fù)責(zé)教，學(xué)生負(fù)責(zé)學(xué)。很少有學(xué)生自主學(xué)習(xí)的空間和時間，學(xué)生很少有根據(jù)自己的理解發(fā)表看法與意見的機(jī)會，即便是有師生互動，那也都是由教師精心策劃和安排的，學(xué)生也只能按部就班，學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力無形中受到了教師的控制。教學(xué)關(guān)系成為：我講你聽、我問你答、我寫你抄、我給你收。教支配、控制學(xué)，學(xué)無條件地服從教，這形成了教師對學(xué)生的權(quán)威性和學(xué)生對教師的依賴性，學(xué)生的獨(dú)立性和個性得不到尊重和發(fā)展，致使學(xué)生形成了單一、被動的學(xué)習(xí)方式。

2.傳統(tǒng)的學(xué)科本位觀念遏制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。受傳統(tǒng)學(xué)科教育的影響，五年制高職教育過分注重知識體系的完整性，課程體系和教學(xué)內(nèi)容過分強(qiáng)調(diào)理論的系統(tǒng)性，缺少與社會實際、生產(chǎn)實際、學(xué)生生活相聯(lián)系的生動活潑的內(nèi)容。教師習(xí)慣于“粉筆+黑板”的授課方式，學(xué)生習(xí)慣于聽理論、背理論、考理論的學(xué)習(xí)方式。這種學(xué)科本位觀念導(dǎo)致教學(xué)過程重灌輸輕引導(dǎo)、重接受輕探索、重理論輕實踐，使學(xué)生的創(chuàng)造思維和實踐能力不能得到有效的鍛煉。長此以往，這必然養(yǎng)成學(xué)生依賴?yán)蠋熤v解的心理，學(xué)生惰性加大，不善于思考，不愛動腦筋。在這種只注重“教”，不考慮“學(xué)”的情況下，學(xué)生難于自主學(xué)習(xí)，也無力自主學(xué)習(xí)。

3.傳統(tǒng)的“師道尊嚴(yán)”使學(xué)生失去了合作、探究學(xué)習(xí)的機(jī)會。一句“一日為師終身為父”的古訓(xùn)，巧妙地將師生關(guān)系血緣化、政治化、等級化。在“師道尊嚴(yán)”的幌子下，教師可以隨意對學(xué)生（甚至包括家長）發(fā)號施令、指手畫腳，學(xué)生卻不能有一點(diǎn)與老師要求不相符的言行，他們的聰明才智得不到展現(xiàn)，個性得不到張揚(yáng)。課堂教學(xué)以教師為中心，學(xué)生以老師講授的內(nèi)容為示范，不斷在課中、課后重復(fù)演練、模仿，他們對知識、技能的理解完全按照課本和教師的思路進(jìn)行，不會也不敢對相關(guān)知識產(chǎn)生不同看法，提出不同意見，完全變成了接受知識的容器、唯命是從的學(xué)習(xí)“仆人”，沒有自主、合作、探究學(xué)習(xí)的機(jī)會和權(quán)利。工學(xué)結(jié)合一體化課程開發(fā)的核心，是從工作世界中尋找一系列具有職業(yè)的典型意義的綜合性工作任務(wù)，打破傳統(tǒng)的學(xué)科體系和教學(xué)模式，根據(jù)職業(yè)教育培養(yǎng)目標(biāo)的要求來重新整合教學(xué)資源，體現(xiàn)能力本位的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)。使學(xué)生的主體意識、能動性和創(chuàng)造性不斷得到發(fā)展，是當(dāng)前深入推進(jìn)教學(xué)改革的核心任務(wù)。

三、五年制高職學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的策略

轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，就是要改變不利于學(xué)生發(fā)展的學(xué)習(xí)行為，以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力為主要目的，協(xié)調(diào)教學(xué)活動的整體結(jié)構(gòu)，把學(xué)習(xí)變成人的主體性、能動性、獨(dú)立性不斷生成、張揚(yáng)、發(fā)展、提升的過程，使學(xué)生的學(xué)習(xí)活動能夠更有效促進(jìn)其發(fā)展。

1.加強(qiáng)專業(yè)入學(xué)教育，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性。五年制高職生源中，很多都是在初中階段成績相對較差、考不上高中的學(xué)生，多數(shù)人入學(xué)動機(jī)不明確，專業(yè)選擇比較盲目。有的是服從家長意愿上學(xué)的，有的是因為同學(xué)在同一所學(xué)校上學(xué)而報考的，也有一些是因為聽說某個專業(yè)畢業(yè)后能找到好工作而就讀的，更有一部分學(xué)生是因為年齡太小只好上學(xué)混時間。他們對自己專業(yè)的學(xué)習(xí)情況不了解，對專業(yè)課程的目標(biāo)與作用不清楚，因此學(xué)習(xí)積極性不高，主動性不強(qiáng)。專業(yè)入學(xué)教育是使學(xué)生明確專業(yè)與課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高學(xué)習(xí)積極性和主動性的有效途徑。首先，我們要充分發(fā)揮專業(yè)教師的作用，以專業(yè)人才培養(yǎng)方案為藍(lán)本，加強(qiáng)對新生的專業(yè)教育。我們要鞏固學(xué)生的專業(yè)思想，幫助他們了解自己的專業(yè)背景、專業(yè)特色、課程設(shè)置、就業(yè)方向等，讓他們充分認(rèn)識所學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)和前景，穩(wěn)定其專業(yè)思想，使其樹立學(xué)習(xí)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。其次，我們要著重介紹高職階段工學(xué)結(jié)合一體化課程的學(xué)習(xí)方式和方法，教育新生明確學(xué)習(xí)主體的角色轉(zhuǎn)變，學(xué)會利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)等各種資源自我解惑，把握學(xué)習(xí)的主動權(quán)，提醒學(xué)生合理有效地安排學(xué)習(xí)時間，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2.更新教學(xué)理念，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變。工學(xué)結(jié)合一體化課程改革的核心是培養(yǎng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力，強(qiáng)調(diào)以訓(xùn)練和提高學(xué)生的技能為基點(diǎn)，以實現(xiàn)主要能力目標(biāo)為主線，以市場對人才的需求為導(dǎo)向。這一新的教學(xué)理念促使教師必須更新教學(xué)觀念，轉(zhuǎn)變自身角色，由知識的傳授者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、引導(dǎo)者和促進(jìn)者，樹立起新的課程觀、教學(xué)觀和教學(xué)目標(biāo)觀。課程不再只是特定知識的載體，而是教師與學(xué)生共同完成項目任務(wù)的過程；教學(xué)也不再是教學(xué)生學(xué)，而是師生交往、積極互動、共同發(fā)展的過程，是教師教與學(xué)生學(xué)的統(tǒng)一，其中教師只起教學(xué)的主導(dǎo)作用，學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體。新的教學(xué)目標(biāo)觀也不再是單一的知識與技能，更要使學(xué)生在通過咨詢、計劃、決策、實施、控制、評估等步驟完成學(xué)習(xí)領(lǐng)域的同時，獲得相應(yīng)的專業(yè)能力、方法能力和社會能力，促進(jìn)其綜合職業(yè)能力的提升。在這樣的教學(xué)理念下，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式勢必發(fā)生轉(zhuǎn)變，使學(xué)生懂得學(xué)習(xí)的過程不是被動地接受課本上的現(xiàn)成結(jié)論，而是一個學(xué)生親自參與、師生互動、生生互動的實踐與創(chuàng)新的過程。

3.創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。工學(xué)結(jié)合一體化課程，以培養(yǎng)學(xué)生綜合職業(yè)能力為目標(biāo)，需要學(xué)生通過小組學(xué)習(xí)或自我學(xué)習(xí)的形式，運(yùn)用各種設(shè)備和材料，在教師幫助下完成實際的具有完整工作過程的學(xué)習(xí)任務(wù)，從而通過顯性學(xué)習(xí)任務(wù)的實施實現(xiàn)隱性關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。因此，我們?yōu)閷W(xué)生創(chuàng)建類似于企業(yè)工作環(huán)境的學(xué)習(xí)情境，以典型工作任務(wù)為載體，讓學(xué)生在做中學(xué)，掌握工作崗位需要的各項技能和相關(guān)專業(yè)知識，對轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式、培養(yǎng)其自主學(xué)習(xí)能力至關(guān)重要。學(xué)生在盡量真實的職業(yè)情境中學(xué)習(xí)“如何工作”，在以項目為載體的綜合化情境中完成完整的工作過程，勢必能提高其應(yīng)用知識的意識，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和創(chuàng)新思維，更有利于其自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

4.轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，強(qiáng)化學(xué)生合作、探究學(xué)習(xí)意識。工學(xué)結(jié)合一體化課程的實施強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的學(xué)習(xí)與工作過程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生不斷輸出學(xué)業(yè)以驗證學(xué)習(xí)效果。傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方式顯然不能適應(yīng)新課程實施的要求，也不利于學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。因此，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，推行行動導(dǎo)向教學(xué)，應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，多渠道系統(tǒng)優(yōu)化教學(xué)過程，增強(qiáng)教學(xué)的實踐性、針對性和實效性。教師通過向?qū)W生傳授行動領(lǐng)域的知識，指導(dǎo)、引領(lǐng)學(xué)生按照工作過程系統(tǒng)化原則完成學(xué)習(xí)任務(wù)。教師要把學(xué)生置于開放的、動態(tài)的、多元化的環(huán)境中，從重教師“教”向重學(xué)生“學(xué)”轉(zhuǎn)變，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性。在教學(xué)流程設(shè)計上，教師由重結(jié)果向重過程轉(zhuǎn)變，將關(guān)注的重點(diǎn)放在提供給學(xué)生更多地獲取知識的方法和渠道上，讓學(xué)生明白怎樣學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我評估，激發(fā)學(xué)生積極參與討論，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，強(qiáng)調(diào)學(xué)生之間的合作和交流，使他們在合作學(xué)習(xí)、自主探究中獲得一種新的學(xué)習(xí)體驗，從而進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的合作、探究意識。

當(dāng)今，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式已成為職業(yè)院校教育教學(xué)改革的必然要求，也是一種學(xué)習(xí)理念的根本性轉(zhuǎn)變。工學(xué)結(jié)合一體化課程，以學(xué)生為主體的行動導(dǎo)向教學(xué)過程，正是師生解放思想、更新觀念、轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式的過程。這種教學(xué)模式不僅大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)過程的參與度，更使其從以往的被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)；不僅強(qiáng)化了師生間的交流，活躍了課堂氣氛，更使學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)造思維模式得到了提高；不僅重視知識本身的獲取，更注重獲取知識的方法和學(xué)生自身綜合職業(yè)能力的提升。這一以校企合作為基礎(chǔ)、以綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為核心，理論教學(xué)與技能操作融會貫通的課程體系必將對學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生積極影響。

參考文獻(xiàn)：

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篇2

【關(guān)鍵詞】:化學(xué)工程;系統(tǒng);和諧;辯證法

自然界中的和諧系統(tǒng)比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生態(tài)系統(tǒng)是和諧的,動植物群落是和諧的,人類社會體系是和諧的,健康的人體更是一個絕妙的和諧體。所有這些和諧系統(tǒng)遵循著同樣的辯證綜合的規(guī)律,具體可以歸納出三條:1.統(tǒng)一律;2.層次律;3.進(jìn)化律;所有和諧系統(tǒng)具有同樣的性質(zhì):1.開放性;2.自組織性;3.非線性;4.無限發(fā)展性[1]。當(dāng)愛因斯坦把大半生致力于統(tǒng)一場論時,其哲學(xué)上的需要相對物理學(xué)上而言或許要來得大,面對物理學(xué)的系統(tǒng)和諧,理論規(guī)則的分立是不能令他覺得滿意的。而化學(xué)工程的發(fā)展是不是因循同樣的哲學(xué)歷程呢?

在化學(xué)工程作為學(xué)科開始被重視之前,化學(xué)工業(yè)已具有了相當(dāng)?shù)囊?guī)模,各種具體的工程與工藝都被獨(dú)立開來,在認(rèn)識上是被分為各門特殊的知識,因此,當(dāng)國外高等院校在十九世紀(jì)末開始設(shè)置"化學(xué)工程學(xué)"時,開設(shè)的課程大多是學(xué)習(xí)當(dāng)時化學(xué)工業(yè)的各種工藝學(xué),"化學(xué)工程"的概念在當(dāng)時還是相當(dāng)模糊的,在理論上充其量是化學(xué)與機(jī)械的一種混合(amalgam)。然而這種理論混合的模式在德國人看來卻是很正統(tǒng)的,即使在今天,他們也避免專論"化學(xué)工程",而是稱之為"過程工程"(ProcessEngineering),這一名稱實際上要比"化學(xué)工程"的范疇更廣,甚至更為準(zhǔn)確,凡是涉及一定流程與工藝的領(lǐng)域都是適用的。但我們習(xí)慣上還是沿用"化學(xué)工程"的名稱。

二十世紀(jì)開始,化學(xué)工業(yè)迅猛發(fā)展,在社會經(jīng)濟(jì)中占的比重越來越大,客觀上需要化學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展和支持。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,人們對事物運(yùn)動規(guī)律性的認(rèn)識也愈來愈深化,愈來愈有概括性。伴隨著其他領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步,人們逐漸認(rèn)識到化學(xué)工業(yè)中各門看似不相干的工程和工藝中存在著共同的物理特性。1901年,美G.E.的Davis《化學(xué)工程手冊》的發(fā)表,初步提出了"化工物理過程"的原理。1900年始,以合成氨、純堿、燃料等為代表的近代化工廠出現(xiàn),如1913年,德哈勃-博施法高壓合成氨技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化,星火燎原的,化學(xué)工業(yè)呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。到了二十年代,美MIT的一些學(xué)者提出:不管化工生產(chǎn)的工藝如何千差萬別,它們在眾多的典型設(shè)備中進(jìn)行著原理相同的物理過程。1920年,美MIT成立了第一個嚴(yán)格意義上的化工系,時W.K.Lewis任系主任。1922年美國化工學(xué)會認(rèn)同了新的見解,引出了"單元操作"(UnitOperation)的概念,這一概念在蘇聯(lián)時期和我國則廣泛稱為"化工原理"。

1900年始的"分離工程"研究使"單元操作"的概念日趨成熟。被稱為單元操作的過程主要有流體流動、傳熱、干燥、吸收、蒸發(fā)、萃取、結(jié)晶和過濾等,以這些單元操作作為研究和學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容,是化學(xué)工程學(xué)科在二十世紀(jì)前半期發(fā)展的核心,其理論迅速成為發(fā)展化學(xué)工業(yè)的重要基石。這種把千變?nèi)f化、千差萬別的過程和工藝概括成"單元操作"是生產(chǎn)力發(fā)展到一定水平的反映,是化學(xué)工程學(xué)從"個性"到"共性"的第一個哲學(xué)性概括,是在一個系統(tǒng)整體性把握的高度上建立了一門技術(shù)科學(xué),體現(xiàn)了系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的和諧統(tǒng)一規(guī)律。

隨著"單元操作"概念的確定,另一方面,化學(xué)工程學(xué)科中重要支柱之一的"反應(yīng)工程"亦逐漸浮出水面。從最初的德Winkler流化床煤氣化爐的應(yīng)用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工藝的開發(fā),又到1931年丁納橡膠和氯丁橡膠的投產(chǎn),化學(xué)工業(yè)上發(fā)展的高峰持續(xù)不絕,1940年美國FCC煉油開發(fā)成功,成為石油化工的起點(diǎn)。直到1957年,歐洲第一屆反應(yīng)工程會議,明確提出"反應(yīng)工程"的概念,成為化學(xué)工程學(xué)科的重要組成部分,是化學(xué)工程學(xué)的進(jìn)一步和諧統(tǒng)一。"反應(yīng)工程"的建立,乃至今日仍備受困擾的"過程放大效應(yīng)"問題,及從"逐級放大"到"數(shù)模放大"的研究都帶動了"化工過程系統(tǒng)工程"的發(fā)展,并共同體現(xiàn)了系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的和諧層次律。

就在"反應(yīng)工程"發(fā)展的同時,"單元操作"得到了更加深刻的認(rèn)識,人們發(fā)現(xiàn)各單元操作之間存在著更為普遍的原理,"過濾只是流體傳動的一個特例;蒸發(fā)不過是傳熱的一種形式;吸收和萃取都包含著質(zhì)量的傳遞;干燥與蒸餾則是傳熱加傳質(zhì)的操作……"[2]于是單元操作可以看成是傳熱、傳質(zhì)及流體動量傳遞的特殊情況或特定的組合。這種認(rèn)識的深化過程并沒有停止,人們進(jìn)一步又發(fā)現(xiàn)了動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞之間的類似性。于是從二十世紀(jì)50年代開始,人們綜合了以往的成果,開始用統(tǒng)一的觀點(diǎn)來研究三種傳遞過程。1960年,美威斯康辛大學(xué)(Univ.Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《TransportPhenomena》一書,系統(tǒng)地采用統(tǒng)一的方法來處理三種傳遞現(xiàn)象,從此化學(xué)工程學(xué)科的核心過渡到了"三傳一反"的系統(tǒng)性概念。"三傳"的研究是系統(tǒng)科學(xué)和諧進(jìn)化律的又一體現(xiàn),使化學(xué)工程學(xué)達(dá)到了一個新的整體性高度,這種高度的和諧統(tǒng)一是對客觀世界本質(zhì)性的認(rèn)識,并在學(xué)科上反映出了系統(tǒng)科學(xué)的基本原理和性質(zhì),其影響力是普遍性的,是跨學(xué)科的,不僅使"傳遞原理"成為化學(xué)工程學(xué)的重要基礎(chǔ),同時在生物工程、機(jī)械、航天和土木建筑等工程學(xué)科上也具有重要意義,并日益成為工程專業(yè)共有的一門技術(shù)基礎(chǔ)課,只是側(cè)重點(diǎn)有所差異而已。

至此化學(xué)工程學(xué)科自身經(jīng)歷了一系列的演化和發(fā)展,并在短短的一個世紀(jì)中達(dá)到了一個前所未有的高度,涵括了眾多的生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域,如醫(yī)藥、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化學(xué)品等,每年為社會提供數(shù)以億噸計的千百萬種產(chǎn)品,是人們衣、食、住、行須臾不可離開的物質(zhì)基礎(chǔ),為社會繁榮作出了巨大貢獻(xiàn)。然而事物總是一分為二的,從人類發(fā)展最為激動人心的口號"征服自然"到今天龐大的工業(yè)化進(jìn)程,地球自然生態(tài)系統(tǒng)遭遇了前所未有的嚴(yán)峻局面,這之中,化學(xué)工業(yè)是造成大規(guī)模環(huán)境污染及惡性重復(fù)污染的主要過程之一,化學(xué)工程學(xué)科需要肩負(fù)起新的使命。1990年,"生態(tài)化工"(Eco-ChemicalEngineering)的概念提出來了,相應(yīng)在化工生產(chǎn)和過程工藝中提出了"清潔化工"和"綠色化工"的概念,因時應(yīng)勢,化學(xué)工程學(xué)開始了系統(tǒng)科學(xué)的自組織過程,這也是和諧系統(tǒng)對立統(tǒng)一發(fā)展的需要。在系統(tǒng)科學(xué)看來,自組織是和諧系統(tǒng)的基本性質(zhì)之一,只有自組織系統(tǒng)能通過外部和自身內(nèi)部的不斷協(xié)調(diào)、整合,在適應(yīng)環(huán)境的同時保持自己的特性并產(chǎn)生新的功能。從自發(fā)到自覺地,化學(xué)工程學(xué)吸收了自組織的理論,不斷在廣度和深度上充實、完善和發(fā)展。隨著新世紀(jì)的到來,世界正發(fā)生著全球性的變化,經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境和技術(shù)等領(lǐng)域都面臨著新范疇新理念的變更和沖擊[3]。化學(xué)工程學(xué)科需要因應(yīng)時展而改變傳統(tǒng)的限制,不斷有新的概念提出來,如化學(xué)工程應(yīng)是伺機(jī)而待的專業(yè)(aprofessioninwaiting);化學(xué)工程師必須"besteepedintechnology",能夠創(chuàng)新、開發(fā)、變換、調(diào)控和適應(yīng)取代;化學(xué)工程學(xué)科要從"ProcessEngineering"達(dá)到"ProductEngineering"再到"FormulationEngineering"。進(jìn)一步的綜合認(rèn)為,化學(xué)工程學(xué)關(guān)注著同時發(fā)生在非常廣泛的時空跨度內(nèi)的現(xiàn)象,必須具備多尺度、多目標(biāo)的方法來達(dá)到過程的總體優(yōu)化。涵括了五個方面[4,5]:

①Nanoscale(納觀尺度):研究量子化學(xué)、分子過程與分子模擬等。

②Microscale(微觀尺度):研究微粒、氣泡、液滴、控制界面膠束和微流力學(xué)規(guī)律等。

③Mesoscale(介觀尺度):研究換熱設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備、塔器以及傳統(tǒng)的"單元操作"和"三傳一反"等。

④Macroscale(宏觀尺度):研究生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)過程等。

⑤Megascale(兆觀尺度):研究環(huán)境過程和大氣生態(tài)過程等。

于是化學(xué)工程學(xué)的核心轉(zhuǎn)變到了"多尺度、多目標(biāo)擇優(yōu)"的概念,化學(xué)工程學(xué)科又到達(dá)一個新的和諧統(tǒng)一的高度,進(jìn)入了更高層次的系統(tǒng)工程領(lǐng)域。

新的發(fā)展的深度促使化學(xué)工程學(xué)科作出了一定尺度的"分化",然而這還遠(yuǎn)未結(jié)束,人們對世界的認(rèn)識還在不斷探索不斷深入,一個更深刻更普遍也更一般的問題已經(jīng)觸到了化學(xué)工程學(xué)科的神經(jīng),觸到了化學(xué)工程學(xué)的認(rèn)識本質(zhì),并促使化學(xué)工程學(xué)需要有新的"融合"。這一問題就是"非線性及其包涵的混沌原理",相對于"線性"是人類認(rèn)識客觀世界的基本工具,"非線性"則是客觀世界的本質(zhì)特征,是"線性"反映的目的,是從科學(xué)角度看待世界的一種和諧統(tǒng)一;而在對"混沌發(fā)展"的研究表明,"混沌運(yùn)動的普遍存在,揭示了自然界中實際系統(tǒng)發(fā)展演化的新行為,混沌態(tài)的自相似性使這種時間演化表現(xiàn)為一種空間結(jié)構(gòu),而且以其不同空間尺度上的相似性,揭示了系統(tǒng)復(fù)雜運(yùn)動的統(tǒng)一性。這種統(tǒng)一性是一個觀察"整體"的問題,只有在長時間范圍(因為混沌運(yùn)動是一種長時間行為)和更高層次復(fù)雜性中才能顯現(xiàn)出來。"[6,7]這一問題涵蓋了自然科學(xué)和人文社會科學(xué)的眾多領(lǐng)域,具有重大的科學(xué)價值和深刻的哲學(xué)方法論意義。馬克思曾經(jīng)預(yù)言:"自然科學(xué)往后將會把關(guān)于人類的科學(xué)總括在自己下面,正如關(guān)于人類的科學(xué)把自然科學(xué)總括在自己下面一樣:它們將成為一個科學(xué)。"從這一角度上,"非線性"問題是這種過程一體化的契合點(diǎn)以及整體認(rèn)識論上的共性[8]。當(dāng)站在這種整體性的高度上,化學(xué)工程學(xué)科獲得了全新的視野和更強(qiáng)大的分析解決問題的能力,并最終具有了學(xué)科融合的基礎(chǔ)。

在整個化學(xué)工程學(xué)科的孕育、誕生和發(fā)展過程中,始終交織著學(xué)科的"分化"與"融合",除了上述尺度(scale)上的分化以外還有著所謂的石油化工、精細(xì)化工、高分子化工等專業(yè)上的分化;另一方面,作為近代工程技術(shù),它又是自然科學(xué)(化學(xué)、物理等)和技術(shù)科學(xué)(機(jī)械、材料等)的融合。正如物理學(xué)家普朗克(Planck)所指出的:"科學(xué)是內(nèi)在的整體,它被分解為單獨(dú)的部分不是取決于事物的本身,而是取決于人類認(rèn)識能力的局限性,實際上存在著從物理到化學(xué),通過生物學(xué)和人類學(xué)到社會學(xué)的連續(xù)的鏈條,這是任何一處都不能被打斷的鏈條。"事實上,當(dāng)化學(xué)工程學(xué)科的核心發(fā)展到"非線性混沌系統(tǒng)"時,實現(xiàn)科學(xué)的融合已是其客觀系統(tǒng)性的需要,它需要強(qiáng)有力的非線性解算能力和綜合分析能力。基于人工智能和神經(jīng)生物學(xué)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ArtificialNeuralNetworks)技術(shù)為這種系統(tǒng)性的融合提供了新的思路和途徑。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特有的信息處理能力在愈來愈多的領(lǐng)域中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景,它具有如下特點(diǎn)[9,10]:

①學(xué)習(xí):神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)外界環(huán)境修改自身行為,這使它比其他任何方法接受自身感興趣的外界信息更敏感。

②概括:經(jīng)過學(xué)習(xí)訓(xùn)練后,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)在某種程度上能夠?qū)ν饨缧畔⒌纳倭縼G失或自身組織的局部缺損不再很敏感,反映了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性(魯棒性),即工程上說的"容錯"能力。

③抽取:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有抽取外界輸入信息特征的特殊功能,在某種意義上可以說它能"創(chuàng)造"出未見的事物。

④模擬:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由眾多的神經(jīng)元組成,以并行的方式處理信息,大大加快了運(yùn)行速度,可以逼近任意復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。

當(dāng)然,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并非十全十美,其自身的發(fā)展就曾經(jīng)歷過相當(dāng)曲折的過程,但是,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANNs)特性的融合將是化學(xué)工程學(xué)科發(fā)展到非線性核心系統(tǒng)的自組織適應(yīng)和需要。例如采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的控制系統(tǒng),適應(yīng)性、穩(wěn)定性和智能性均較好,能處理復(fù)雜工藝過程的控制問題,也使得化學(xué)工程師不但也是機(jī)械工程師,還首先是系統(tǒng)工程師,并能從最一般的非線性原理出發(fā),解決實際過程的創(chuàng)新、應(yīng)用、開發(fā)、生產(chǎn)等問題。

生產(chǎn)力的不斷發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步,人類認(rèn)識自然和改造自然的不斷深化,化學(xué)工程學(xué)科必將不斷"分化"和"融合",體現(xiàn)出和諧系統(tǒng)的無限發(fā)展性質(zhì)。

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篇3

【關(guān)鍵詞】華峰班CDIO工程教育

20世紀(jì)的工程教育課程主要是提高學(xué)生的動手實踐，使學(xué)生掌握相關(guān)的專業(yè)知識和解決工程實際問題的能力。然而，隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化以及科學(xué)知識的發(fā)展，工程教育課程的教育偏向了“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)”的工程科學(xué)的培養(yǎng)模式，從而削弱了對學(xué)生解決工程實際問題的能力培養(yǎng)。這種培養(yǎng)方式導(dǎo)致了學(xué)生缺乏對現(xiàn)實工程情況應(yīng)有的認(rèn)知程度。為了解決這個難題，2000年由麻省理工學(xué)院Crawley等人通過4年的探索創(chuàng)立了CDIO工程教育理念。CDIO作為一種新的工程教育理念，主張以產(chǎn)品研發(fā)的CDIO全過程，即構(gòu)思（ConcEive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運(yùn)作（Operate）為載體，以工程項目生命周期全過程為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力、學(xué)生的職業(yè)道德、學(xué)術(shù)知識和運(yùn)用知識解決實際問題的能力，以及具備終生學(xué)習(xí)和團(tuán)隊交流能力。

化學(xué)工程與技術(shù)作為化學(xué)工業(yè)的主要學(xué)科領(lǐng)域，擔(dān)負(fù)著促進(jìn)化學(xué)工業(yè)及相關(guān)行業(yè)發(fā)展與進(jìn)步的重要使命，因此培養(yǎng)出具有解決實際化工過程問題能力和創(chuàng)新能力的人才是非常重要的。本文以溫州大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生作為教學(xué)改革培養(yǎng)對象，將CDIO工程教育理念與化學(xué)工程與工藝的專業(yè)教育有機(jī)地結(jié)合，探索適合于以服務(wù)浙江及周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向的化學(xué)工程與工藝專業(yè)教學(xué)模式的改革與實踐。

一工科人才教育培養(yǎng)現(xiàn)狀

我國傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為中心、以課堂講授為主，以理論考試成績來評價學(xué)生的模式。當(dāng)前，我國工程教育是通識教育模式和蘇聯(lián)教育模式的結(jié)合體。解放前，我國的先進(jìn)高等工科教育主要是來自西方一些教會式的大學(xué)教育。建國后，由于化學(xué)工業(yè)發(fā)展的需要，我國效仿蘇聯(lián)搞起了專業(yè)教育。這種專業(yè)教育培養(yǎng)模式為我國的現(xiàn)代化建設(shè)作出了較大的貢獻(xiàn)。其缺點(diǎn)是過于強(qiáng)調(diào)教材和教學(xué)大綱的統(tǒng)一，影響了教育工作者的思維活躍性，也阻礙了對工科學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，教育家們對蘇聯(lián)教育模式進(jìn)行了回顧和反思，制定了通識教育和專業(yè)教育相結(jié)合的工科通識教育模式。然而，隨著我國產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步升級以及高校的持續(xù)擴(kuò)招，導(dǎo)致了大量的工科畢業(yè)生找不到適合自己的工作，這可能是因為通識教育過于強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)科學(xué)理論，而弱化了專業(yè)內(nèi)容和工程實踐，導(dǎo)致了工科畢業(yè)生只了解一些表面的理論，缺乏工程應(yīng)具備的實踐創(chuàng)新能力。

在辦學(xué)機(jī)制上，一方面，高校過于強(qiáng)調(diào)科研業(yè)績考核，許多具備豐富工程經(jīng)驗的老師很少參與到實際的教學(xué)過程中，而參與教學(xué)的教師又與企業(yè)的聯(lián)系不緊密。負(fù)責(zé)教學(xué)的教師缺乏產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗，工程教學(xué)過程又缺乏與企業(yè)的有效溝通，造成了工程教育和社會需求的嚴(yán)重脫節(jié)。另一方面，雖然在教學(xué)上安排了生產(chǎn)見習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等環(huán)節(jié)，但是不少學(xué)校在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)上是比較薄弱的，這是因為見習(xí)、實習(xí)的時間一般比較短，相應(yīng)的考核制度也不健全。

綜上所述，我國工科教育從教學(xué)模式、辦學(xué)機(jī)制等眾多方面都存在著與產(chǎn)業(yè)發(fā)展脫節(jié)的問題，嚴(yán)重影響了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。尤其是理論脫離實際、實踐環(huán)節(jié)薄弱、產(chǎn)學(xué)脫節(jié)的問題直接導(dǎo)致了學(xué)生找不到適合自己的工作崗位以及企業(yè)有崗位找不到合適的人才。由此可見，我國的工科人才培養(yǎng)模式已經(jīng)不能滿足產(chǎn)業(yè)升級的需求。為了更好地培養(yǎng)適合產(chǎn)業(yè)升級所需的人才，我們從培養(yǎng)模式上進(jìn)行了改革探索。

二化學(xué)工程與工藝專業(yè)CDIO工程教育改革探索

CDIO工程教育模式改革旨在培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)工程技術(shù)能力，尤其是項目的構(gòu)思、設(shè)整理計、開發(fā)和實施能力，以及較強(qiáng)的自學(xué)、組織溝通和協(xié)調(diào)能力。CDIO模式以工程項目全生命周期的要求來組織教、學(xué)、做，學(xué)生需要掌握各門課程知識之間的聯(lián)系，并用于解決綜合問題。因此，課程體系的建設(shè)要突出課程之間的關(guān)聯(lián)性，這就必須打破教師單打獨(dú)斗的傳統(tǒng)教學(xué)方法，而圍繞CDIO工程項目的實施進(jìn)行教學(xué)計劃和課程關(guān)聯(lián)工作。

1．化工核心課程群的組織與教師隊伍建設(shè)

核心課程群由化工熱力學(xué)、傳遞過程原理、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程、化學(xué)工藝學(xué)、化工設(shè)計6門課程組成，構(gòu)成了化學(xué)工程與工藝核心專業(yè)課的主體。化工設(shè)計以其他五門課程為基礎(chǔ)，對提高學(xué)生分析問題、解決問題的綜合工程能力起到非常重要的作用。化工原理是講述單元操作的基本原理，是學(xué)好其他專業(yè)課程的基礎(chǔ)；化工熱力學(xué)則建立在分離工程的基礎(chǔ)之上，闡述工業(yè)條件下各種流體熱力學(xué)性質(zhì)的計算；化學(xué)反應(yīng)工程以傳遞過程為基礎(chǔ)，傳遞現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)工程利用數(shù)學(xué)的方法，從微觀角度闡述化學(xué)反應(yīng)過程、設(shè)備設(shè)計的共性科學(xué)問題；化工工藝是關(guān)于化學(xué)品生產(chǎn)方法的技術(shù)科學(xué)，它以自然科學(xué)和工程科學(xué)規(guī)律為基礎(chǔ)，使化學(xué)反應(yīng)達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用水平。由此可見，核心課程群的各門專業(yè)課是相輔相成的。

在課程群建設(shè)中，涉及專業(yè)課教學(xué)的老師主要通過進(jìn)修、企業(yè)實踐、參加會議三種方式提高業(yè)務(wù)水平，對化工專業(yè)工程教育模式做到整體的認(rèn)識，同時要求參與指導(dǎo)學(xué)生的化工設(shè)計。利用校企合作的機(jī)會，與企業(yè)方面的人才進(jìn)行專業(yè)知識和其他方面的交流與溝通。其具體的組織與實施過程如下：

第一，教學(xué)方法改革的探索。首先，按照CDIO的教育理念，要逐步形成教師引導(dǎo)和以學(xué)生為主體的思想，使教師從教育者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者，教師不再是簡單地賣知識，而是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識，把主要任務(wù)放到教會學(xué)生學(xué)習(xí)方法上來。在教學(xué)方面的改革要得到全校上下的支持才可能順利進(jìn)行。溫州大學(xué)為課程體系建設(shè)和師資建設(shè)提供了很好的平臺，在化工核心課程群教改的過程中提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)基礎(chǔ)和政策鼓勵。在這種良好的環(huán)境下，教師也愿意投入更多的時間去聽課評課，吸納好的教學(xué)手段和方法。由于化工班都屬于小班上課（30人左右），對部分課程如化工專業(yè)英語、精細(xì)化工工藝學(xué)實施角色互換教學(xué)模式，讓學(xué)生參與到化工教學(xué)的過程中。這些課程的效果反映較好，對化工原理等課程中的部分章節(jié)，我們也將逐步展開開放式的教學(xué)方法。

為了達(dá)到各門課程的知識體系能夠很好地銜接，通過教研室教師集體備課，相互切磋，討論每門課程講授的重點(diǎn)，個別章節(jié)內(nèi)容的舍棄和補(bǔ)充，做到教學(xué)的知識體系完整、重點(diǎn)難點(diǎn)突出、學(xué)時合理分配，真正做到精選、精講教學(xué)內(nèi)容。摒棄了過去教學(xué)活動中的單打獨(dú)斗，改為教學(xué)團(tuán)隊授課，使各門課程有機(jī)地銜接起來。通過相互聽課并課后集體討論，指出教師課堂教學(xué)中存在的問題與不足，相互交流教學(xué)經(jīng)驗，討論改進(jìn)的方法與策略，使教師的整體教學(xué)水平迅速得到提升。

第二，教師工程素質(zhì)的培養(yǎng)。不少高校在引進(jìn)人才方面主要考慮的是教師科研水平，其次關(guān)注人才的企業(yè)實踐經(jīng)驗。鑒于科研壓力，假期教師也不能到企業(yè)去參與實踐或者工作。此外，許多教師只對與自己科研相關(guān)的專業(yè)課非常熟悉，對其他的專業(yè)課則非常生疏。因此，利用現(xiàn)有的教學(xué)資源，培養(yǎng)教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)是很重要的一環(huán)。溫州大學(xué)化學(xué)工程與工藝教研所以化工設(shè)計為主線，基于地方化工企事業(yè)單位為依托，派遣年輕教師每年到相關(guān)的化工企業(yè)實踐兩個月，逐步培養(yǎng)教師的專業(yè)水平。近幾年，利用學(xué)習(xí)、調(diào)研以及下派科技特派員的方式，到杭州化工研究院、衢州巨化、瑞安華峰等不同類型的企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，不斷地提高老師的業(yè)務(wù)水平。同時，為了讓教師能夠很好地參與到企業(yè)生產(chǎn)實踐中，溫州大學(xué)對擔(dān)任科技特派員的教師提出教學(xué)科研任務(wù)減半、考核優(yōu)先等政策鼓勵。僅2010年，我們派年輕老師帶隊到衢州巨化學(xué)習(xí)15天，杭州化工研究院學(xué)習(xí)3天，華峰學(xué)習(xí)7天，溫州本地化工企業(yè)實踐1個月左右，有效地提高了教師的工程素質(zhì)。教師工程素質(zhì)的增強(qiáng)也使學(xué)生收益頗豐，在2010年省化工設(shè)計大賽和全國“三井杯”化工設(shè)計大賽中多次獲獎。

2．學(xué)生工程能力和團(tuán)隊合作的培養(yǎng)

作為地方院校，溫州大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的辦學(xué)宗旨是以培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才為主，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。經(jīng)過對近兩年該專業(yè)的畢業(yè)生調(diào)查的情況來看，目前該專業(yè)存在以下問題：（1）畢業(yè)生雖然掌握較多的書本知識，但實踐能力不強(qiáng)，導(dǎo)致他們從學(xué)校到公司需要較長的“崗位過渡時間”；（2）畢業(yè)生普遍缺乏對現(xiàn)代企業(yè)工作流程和文化的了解，缺乏團(tuán)隊工作經(jīng)驗、溝通能力和創(chuàng)新能力；（3）工程職業(yè)道德、敬業(yè)精神等人文素質(zhì)薄弱，責(zé)任感不強(qiáng)。具體體現(xiàn)在：工作不踏實、心浮氣躁、做工程不細(xì)心、不愿承擔(dān)責(zé)任，客觀上他們的實踐能力與企業(yè)要求存在較大差距，而主觀上又不能沉下心來虛心向前輩學(xué)習(xí)。

從以上的調(diào)查結(jié)果來看，以目前的培養(yǎng)方案和評價標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)學(xué)生的專業(yè)教育經(jīng)不起企業(yè)用人單位的考驗。為了更好地培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的人才，實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，我們與溫州地區(qū)最大的化工企業(yè)華峰集團(tuán)實行校企聯(lián)合培養(yǎng)本科生，實施“華峰特色班”戰(zhàn)略。目前，“華峰班”的學(xué)生采用“3＋1”模式培養(yǎng)方案（即學(xué)生前三年在學(xué)校集中學(xué)習(xí)理論知識并完成實踐教學(xué)，最后一年到企業(yè)，接受企業(yè)的培訓(xùn)，并在企業(yè)盯班盯崗接受生產(chǎn)實踐活動）。同時在工程專家的指導(dǎo)下，根據(jù)企業(yè)的需要對培養(yǎng)方案進(jìn)行部分修改，增設(shè)華峰提出的部分課程，使得學(xué)生在校期間所學(xué)的基本知識和專業(yè)理論更貼近于華峰實際的應(yīng)用。在這種戰(zhàn)略方針下，學(xué)生在企業(yè)的環(huán)境中真正做到知識和能力之間的無縫連接，縮短了“崗位過渡時間”，增加了學(xué)生的工程實踐能力，有效地推進(jìn)了CDIO教學(xué)改革。在2010屆的化工專業(yè)畢業(yè)生中，華峰集團(tuán)招聘了7名華峰班學(xué)生。提升了學(xué)生的工程能力、團(tuán)隊合作精神以及專業(yè)素養(yǎng)。

3．逐步建立適合CDIO工程理念的考核制度

正確、公平、合理且科學(xué)有效的考核制度對本專業(yè)的健康發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，它應(yīng)當(dāng)是對教學(xué)效果做出真實和客觀的評價，同時有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。現(xiàn)行的課程考核方法主要是通過期中和期末考試成績來評定，它能在一定程度上反映學(xué)生掌握知識的程度以及教師上課的教學(xué)效果，但不能很好地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。部分學(xué)生比較反感現(xiàn)行的考核制度，這是因為現(xiàn)行的考核方法存在比較單一、部分學(xué)生在學(xué)習(xí)上投機(jī)取巧也能獲得高分而影響其他學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、不能全面反應(yīng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力等問題。

CDIO教學(xué)模式以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，其主要培養(yǎng)的是學(xué)生的理論知識、職業(yè)技能、人際交流以及產(chǎn)品研發(fā)的CDIO全過程。采用CDIO教學(xué)模式，評價方法則應(yīng)側(cè)重能力的考核，能力本位的教學(xué)觀貫穿課程設(shè)置和教學(xué)實踐的全過程。我們進(jìn)行教改，其目的是提高學(xué)生的工程實際能力，因此我們的考核將使用過程能力評測替代以往單一的成績評定。

我們現(xiàn)階段的具體做法是：（1）選題：在學(xué)生進(jìn)入大三學(xué)習(xí)開始，從企業(yè)選出一些與本專業(yè)相關(guān)的課題以及近兩年化工設(shè)計大賽的課題，讓學(xué)生自動組成4～5人的小團(tuán)隊；（2）專業(yè)學(xué)習(xí)：上專業(yè)課的老師或工程師把握好主要的授課內(nèi)容，然后將大部分時間留給學(xué)生，讓他們針對自己的課題與本課程相關(guān)的知識點(diǎn)進(jìn)行思考、提整理問、討論；（3）階段性測試：上完某些知識點(diǎn)后，老師或者企業(yè)工程師根據(jù)學(xué)生所做的課題和所學(xué)的專業(yè)知識進(jìn)行評價，其中主要包括面試、答辯、自我評價、團(tuán)隊合作能力等方面；（4）中期成績總結(jié)：這次總結(jié)是比較重要的，一般在大三上學(xué)期結(jié)束后，包括階段性測試的成績、平時的表現(xiàn)、專家化工設(shè)計大賽作品的評價、企業(yè)對學(xué)生課題的反饋等進(jìn)行中期總結(jié)，由學(xué)校老師和企業(yè)專家對學(xué)生現(xiàn)階段的學(xué)習(xí)進(jìn)行方法論指導(dǎo)，提出下學(xué)期的目標(biāo)；（5）最后專業(yè)課成績評定：最后專業(yè)課成績進(jìn)行A、B、C、D四個等級進(jìn)行劃分，其中階段性測試占40%、中期成績總結(jié)10%、企業(yè)專家評價10%、課題完成情況10%、專業(yè)綜合能力20%、化工設(shè)計大賽10%。目前，整個評價體系尚在完善中。

篇4

關(guān)鍵詞：石油化工工藝；教學(xué)改革；實踐教學(xué)

中圖分類號：G642.0？搖 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）37-0040-02

一、引言

《石油化工工藝學(xué)》是繼基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課之后，化學(xué)工程與工藝專業(yè)主干專業(yè)課程之一。其主要任務(wù)是從石油化工生產(chǎn)工藝角度出發(fā)，運(yùn)用化工過程的基本原理，闡明石油化工工藝的基本概念和基本理論，介紹典型工藝的生產(chǎn)方法與工藝原理、典型流程與關(guān)鍵設(shè)備、工藝條件與節(jié)能降耗分析。與化工專業(yè)其他課程相比，該課程具有明顯的特殊性：綜合性強(qiáng)，知識點(diǎn)多；課程內(nèi)容廣泛，新工藝多；應(yīng)用性強(qiáng)，理論與實際緊密結(jié)合。所以剛剛完成基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)、缺乏工程概念和實踐經(jīng)驗的大學(xué)生，要面對以原油蒸餾、催化裂解、催化重整等工業(yè)化裝置為研究對象的非理想的、動態(tài)的、復(fù)雜多樣的生產(chǎn)實際問題，以及大量的新概念、新工藝等，會感到無所適從，甚至厭煩、畏懼。目前，《石油化工工藝學(xué)》仍以課堂教學(xué)為主。雖有少學(xué)時的實踐教學(xué)，但企業(yè)從確保生產(chǎn)穩(wěn)定、安全等方面考慮，不允許實習(xí)學(xué)生動手操作。另外，傳統(tǒng)的“一塊黑板，一支粉筆”的教學(xué)方法根本不能讓學(xué)生對復(fù)雜的實際工藝過程真正理解、掌握，更不要說現(xiàn)場實際控制操作了。所以該課程教學(xué)效果較差，急需改革。針對該課程的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀，為了確保教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)效果，我們進(jìn)行了教學(xué)改革探索。

二、強(qiáng)化課堂教學(xué)

《石油化工工藝學(xué)》以課堂教學(xué)為主。為了提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)的積極性、主動性，更好地實現(xiàn)理論與實踐的有機(jī)結(jié)合，首先應(yīng)以教學(xué)手段的改革強(qiáng)化課堂教學(xué)。一方面引入了多媒體教學(xué)手段，借助多媒體的聲光交互、動靜結(jié)合的特點(diǎn)給學(xué)生全新的視覺感受，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；以圖片、聲像資料和動畫方式展示一些設(shè)備和生產(chǎn)工藝流程，解釋一些抽象的原理，展現(xiàn)一些復(fù)雜工藝流程中單元操作的實現(xiàn)過程等，直觀、形象，能幫助學(xué)生深入理解、開闊視野、增加興趣，使其在有限的時間內(nèi)容易接受，實現(xiàn)了高效且良好的教學(xué)效果[1]。另一方面應(yīng)借助學(xué)校開通的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)過程中根據(jù)需要及時地向?qū)W生介紹最新工藝、與課程相關(guān)的國內(nèi)外研究動態(tài)、企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀等，并對社會行業(yè)發(fā)展和人材結(jié)構(gòu)需求等信息進(jìn)行傳遞。除此之外，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺還可以實現(xiàn)師生的互動，使老師及時了解學(xué)生的困惑和對課程的掌握情況，以便課堂教學(xué)中有的放矢。這些教學(xué)手段的實施都大大地提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。其次以教學(xué)方法的改革強(qiáng)化課堂教學(xué)。傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學(xué)方法，已無法滿足要求，需要采用多種教學(xué)方法并用。譬如啟發(fā)引導(dǎo)式[2]、討論式、情境教學(xué)式[3]、工程案例式[4，5]等。該方法既能增加師生之間的教學(xué)互動，又能激發(fā)學(xué)生的好奇心、學(xué)習(xí)興趣和求知、探索精神；既培養(yǎng)學(xué)生將基礎(chǔ)理論應(yīng)用到專業(yè)課中的學(xué)習(xí)方法，又提高學(xué)生對實際問題的綜合分析能力和解決能力。這些教學(xué)方法的改革活躍了課堂氛圍，實現(xiàn)了師生的共同參與，改善了教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量。

三、加強(qiáng)實踐教學(xué)

石油加工過程錯綜復(fù)雜。雖然課堂教學(xué)中運(yùn)用多種教學(xué)方法，既注重了知識的交叉和融合，又注重了知識領(lǐng)域的拓寬和工程案例的結(jié)合，但是學(xué)生沒有實踐經(jīng)驗，缺乏綜合分析的能力和將理論知識應(yīng)用到實際工程問題的意識，所以必須加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。認(rèn)識實習(xí)、專業(yè)綜合實驗、頂崗實習(xí)等多種實踐類教學(xué)手段，不僅僅是理論教學(xué)的補(bǔ)充和完善，更是學(xué)生實踐能力培養(yǎng)與訓(xùn)練的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。首先使學(xué)生通過認(rèn)識實習(xí)對石油化工工藝主要工藝的生產(chǎn)有一定的概念和認(rèn)識，然后通過課堂教學(xué)，在具備“必須、夠用”理論知識的基礎(chǔ)上，通過專業(yè)綜合實驗、頂崗實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)，循序漸進(jìn)的分層實訓(xùn)，使學(xué)生逐步將石油化工工藝關(guān)鍵理論與生產(chǎn)實際融為一體，這不僅為操作技能的訓(xùn)練和形成提供了強(qiáng)有力的支撐，而且建立了工程意識、理論與實踐相結(jié)合的意識，具備了在實踐中學(xué)習(xí)的能力、綜合應(yīng)用知識分析和解決實際問題的能力以及人際交往與團(tuán)隊協(xié)作精神[6]。

四、培養(yǎng)工程思維能力

盡管先修課程如《化工原理》等已引入“工程”概念，且在教學(xué)中從教學(xué)方法、手段、實踐等多個環(huán)節(jié)也引導(dǎo)學(xué)生建立工程意識，但還需要學(xué)生進(jìn)一步在實踐中自己主動的、習(xí)慣性的去強(qiáng)化工程意識，培養(yǎng)工程思維能力。譬如，學(xué)生自編工藝[7]，讓學(xué)生自選課題，用分析與綜合的方法根據(jù)工程實際生產(chǎn)編制工藝并組織討論；請實習(xí)基地的外聘企業(yè)專家定期進(jìn)入學(xué)校，走上講臺，開設(shè)應(yīng)用技術(shù)講座、工程案例分析；學(xué)生自制剪輯并配有錄音的工廠裝置圖片、工藝圖片，以及一些現(xiàn)場教學(xué)錄像；老師和學(xué)生走進(jìn)企業(yè)，現(xiàn)場教學(xué)；深入車間，頂崗實習(xí)等，這些都可以在實踐中培養(yǎng)并強(qiáng)化工程意識，使學(xué)生逐漸地學(xué)會從工程觀念的角度考慮每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，配置合理的流程，實現(xiàn)生產(chǎn)的最優(yōu)化。

五、改革教學(xué)模塊

根據(jù)專業(yè)、課程特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，整個教學(xué)過程由原來的“滿堂灌”和專業(yè)實驗兩個模塊改為五個模塊：認(rèn)識實習(xí)模塊、理論教學(xué)模塊、專業(yè)綜合實驗?zāi)K、現(xiàn)場教學(xué)模塊和頂崗實習(xí)模塊。認(rèn)識實習(xí)模塊使學(xué)生近距離接觸生產(chǎn)流程、設(shè)備等，建立感官認(rèn)識和概念，并產(chǎn)生好奇、興趣和探索的欲望；理論教學(xué)模塊是指學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識，并在老師的引導(dǎo)下應(yīng)用理論知識去分析工程中的實際問題，結(jié)合企業(yè)的裝置圖片、講解和現(xiàn)場教學(xué)錄像等建立工程觀念、分析并解決實際問題；專業(yè)綜合實驗?zāi)K是指學(xué)生可以自由選題，根據(jù)認(rèn)識實習(xí)和理論教學(xué)所掌握的知識，通過分析和綜合考慮自編工藝，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成。這不僅使學(xué)生獲得了學(xué)有所用的成就感，而且培養(yǎng)了學(xué)生綜合思維能力、動手能力和分析解決實際問題的能力；現(xiàn)場教學(xué)模塊既使學(xué)生鞏固了理論知識，又系統(tǒng)化的深入認(rèn)識了工藝流程、設(shè)備等，還強(qiáng)化了學(xué)生的工程觀念及綜合分析能力；頂崗實習(xí)模塊則是針對生產(chǎn)實際中的某個工段或車間進(jìn)行更深入和細(xì)致的學(xué)習(xí)與研究，包括流程、設(shè)備、操作條件的調(diào)試、簡單故障的排除等，最終實現(xiàn)理論和實踐的統(tǒng)一，并使學(xué)生能應(yīng)用工程觀念、理論知識去綜合分析和解決實際生產(chǎn)問題，具備一定的動手操作技能和排除故障的能力。

通過這些模塊的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，畢業(yè)后的學(xué)生不僅具有扎實的專業(yè)理論知識，且具有一定的現(xiàn)場操作技能和水準(zhǔn)，縮短了工作后的“再教育”過程，基本可以實現(xiàn)“零距離”上崗。

六、結(jié)語

總之，改革后的《石油化工工藝學(xué)》課程，在五大教學(xué)模塊中通過分層教學(xué)、強(qiáng)化課堂教學(xué)、加強(qiáng)實踐教學(xué)訓(xùn)練、培養(yǎng)工程思維能力，不僅確保了教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的教學(xué)效果，而且還有效地提高了學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識分析、解決實際問題的能力，基本實現(xiàn)“零距離”上崗。

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篇5

關(guān)鍵詞:化學(xué)反應(yīng)工程;教學(xué)改革;教材;實施方案

《化學(xué)反應(yīng)工程》課程是化工類及相關(guān)專業(yè)的核心課程之一，屬于本專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，在化工類學(xué)生的培養(yǎng)過程中起著舉足輕重的作用。化學(xué)反應(yīng)工程是一門研究與化學(xué)反應(yīng)工程相關(guān)問題的一門科學(xué)技術(shù)，是從上世紀(jì)30年代初萌生到50年代末形成的一門由過程控制、傳遞工程、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、化工工藝學(xué)、催化劑等相關(guān)學(xué)科互相交叉互相滲透而演變成的一門邊緣學(xué)科［1］。通過近幾年的教學(xué)經(jīng)驗和調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)工程是大學(xué)課程中最難學(xué)的基礎(chǔ)課程之一，學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)理論計算公式復(fù)雜，反應(yīng)器種類繁多，課程學(xué)習(xí)結(jié)束后感到一頭霧水，抓不住重點(diǎn)。因此，面對這樣一門課程，如何進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生理解起來更加形象生動，從更本上改變化學(xué)反應(yīng)工程的教學(xué)現(xiàn)狀是我們目前的重要任務(wù)。本文結(jié)合不同種類高等學(xué)校選用教材的特點(diǎn)和差異，并根據(jù)我校化工專業(yè)的特色，提出了《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)，從多方面對本課程的教學(xué)提出了改革實施方案。

1《化學(xué)反應(yīng)工程》教學(xué)在化工專業(yè)中的作用

化學(xué)反應(yīng)工程的主要任務(wù)是研究化工生產(chǎn)過程中反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)規(guī)律和傳遞現(xiàn)象，使化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的一門技術(shù)科學(xué)，是提高化工生產(chǎn)技術(shù)所必需的科學(xué)技術(shù)理論。化學(xué)反應(yīng)工程在化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，目前各種化學(xué)品的生產(chǎn)和應(yīng)用無不借助于化學(xué)反應(yīng)工程相關(guān)的理論知識。在20世紀(jì)40年代，一個化學(xué)反應(yīng)過程的技術(shù)開發(fā)到真正的工業(yè)生產(chǎn)大概需要十年以上的時間，而現(xiàn)在只需要三到五年。此外，隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，中試試驗的規(guī)模不斷縮小，試驗的次數(shù)也不斷減少，大大加快了化工廠建設(shè)的步伐，降低了投資建設(shè)的成本［2］。因此，作為一門理論教學(xué)課程，將化學(xué)反應(yīng)工程這門課程作為化工專業(yè)方向的重點(diǎn)課程進(jìn)行建設(shè)，對于高等學(xué)校教學(xué)改革的促進(jìn)、本科教學(xué)質(zhì)量的提高、優(yōu)秀化工專業(yè)人才的培養(yǎng)具有十分重要的意義。濟(jì)南大學(xué)作為一所省部共建的大學(xué)，化學(xué)工程與工藝專業(yè)一直是本學(xué)校的特色學(xué)科，學(xué)校對化工類學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)一直是培養(yǎng)應(yīng)用型高技術(shù)的人才，每年為我國的精細(xì)化工和石油化工行業(yè)輸送大約240名高水平人才，對精細(xì)化工和石油化工行業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。為此在化學(xué)反應(yīng)工程教學(xué)過程中，我們緊密結(jié)合我校的特點(diǎn)和化工實際生產(chǎn)的需要，著重提升學(xué)生的反應(yīng)工程知識儲備，培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際工程問題的能力，并在教學(xué)過程中不斷地進(jìn)行教學(xué)改革和實踐，把課程、教材的理論研究和教學(xué)方法相結(jié)合，不斷提升《化學(xué)反應(yīng)工程》的教學(xué)效果。

2不同類型高校選用教材的特點(diǎn)和差異

直到20世紀(jì)70年代，化學(xué)反應(yīng)工程的相關(guān)研究成果才開始被大量地介紹到國內(nèi)，其中華東理工大學(xué)的陳敏恒教授，天津大學(xué)的李紹芬教授，浙江大學(xué)的陳甘棠教授，四川大學(xué)的王建華教授等是國內(nèi)最早從事反應(yīng)工程教學(xué)的學(xué)者。到了80年代以后，國內(nèi)從事化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科教學(xué)研究的隊伍迅速壯大，并且化學(xué)反應(yīng)工程的研究逐漸滲透到各種化工領(lǐng)域，與世界研究水平之間的差距也不斷縮小，不同版本的教科書和各種各樣的專著也相繼出版。反應(yīng)工程已經(jīng)成為我國化工類專業(yè)學(xué)生的一門非常重要的專業(yè)課程。目前國內(nèi)已有120所大學(xué)和科研單位培養(yǎng)化工類相關(guān)專業(yè)的人才，例如清華大學(xué)、天津大學(xué)、華東理工大學(xué)、北京化工大學(xué)、中國石油大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、大連理工大學(xué)、四川大學(xué)、華南理工大學(xué)和濟(jì)南大學(xué)等。目前化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科正在蓬勃發(fā)展，由于國內(nèi)高校地區(qū)和專業(yè)特色的不同，不同高校在化學(xué)反應(yīng)工程教材選擇上也存在差異，各有各的特點(diǎn)。作者就不同高校所使用的《化學(xué)反應(yīng)工程》教材進(jìn)行了匯總和分析。首先介紹一下陳甘棠教授主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》(第三版)，這本教材是國內(nèi)許多化工類高校選用的主要教材之一，隨著我國在化學(xué)反應(yīng)工程這一重要學(xué)科的教育方面日漸普及，該部教材自1981年第一版問世以來，已經(jīng)出版到了第三版，受到廣大化工類專業(yè)師生的好評［3］。該部教材的特點(diǎn)是著重基礎(chǔ)，本書共分為十章，分別介紹了均相反應(yīng)過程，包括均相反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)、均相反應(yīng)器、非理想流動:非均相反應(yīng)過程，包括氣—固相催化反應(yīng)過程、非催化兩流體相反應(yīng)過程、固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器;聚合反應(yīng)過程，包括聚合過程的化學(xué)與動力學(xué)基礎(chǔ);生化反應(yīng)過程，包括生化動力學(xué)基礎(chǔ)、生化反應(yīng)器。該部教材注重反應(yīng)工程研究方法的介紹，在不同的章節(jié)內(nèi)容中論述了反應(yīng)工程學(xué)的發(fā)展方向，有助于讀者進(jìn)一步深入研究。朱炳辰老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》也受到國內(nèi)很多工科類高校化工專業(yè)老師和學(xué)生的青睞。本部教材的第一版是由化學(xué)工業(yè)出版社于1993年出版，截至目前本部教材已經(jīng)出版到第四版，其中第三版累計發(fā)行量高達(dá)32000冊。《化學(xué)反應(yīng)工程》第四版主要吸收了一些關(guān)于現(xiàn)代化學(xué)反應(yīng)工程發(fā)展方向方面的知識，本部教材的主線是圍繞化學(xué)反應(yīng)與動量、質(zhì)量、熱量傳遞交互作用的共性歸納綜合的宏觀反應(yīng)過程，以及如何解決反應(yīng)裝置的工程分析和設(shè)計。該書對近年來出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)新概念、新理論和新方法做了大量闡述。另外，對于國內(nèi)一些偏工科的化工類高等院校，選用的教材大多數(shù)以郭鍇老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》為主，本部教材的主要內(nèi)容包括:均相單一反應(yīng)動力學(xué)和理想反應(yīng)器、復(fù)合反應(yīng)和反應(yīng)器選型、非理想流動反應(yīng)器、氣固相催化反應(yīng)本征動力學(xué)、氣固相催化反應(yīng)宏觀動力學(xué)、氣固相催化反應(yīng)固定床反應(yīng)器、氣固相催化反應(yīng)流化床反應(yīng)器、氣液相反應(yīng)過程與反應(yīng)器、反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性和參數(shù)靈敏性。本部教材的特點(diǎn)是主要突出了該門課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)，刪除了一些與教學(xué)大綱聯(lián)系不是十分密切相關(guān)的內(nèi)容，并著重講解解決化學(xué)工程問題的基本方法。除此之外，羅康碧老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》教材結(jié)合了理科和工科的綜合優(yōu)勢，吸收了國內(nèi)外相關(guān)教材的許多內(nèi)容和好的經(jīng)驗，增添了一些反應(yīng)工程研究方面的最新成果。另外，本部教材在貫徹“少而精”的原則上更注意刪繁就簡，將重點(diǎn)放在化工專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)共性的基本問題上，并且同時體現(xiàn)了其教學(xué)性。本部教材先重點(diǎn)闡述基本概念和基本原理，然后結(jié)合實際生產(chǎn)，詳細(xì)論述各種常用反應(yīng)器的設(shè)計方法，并列出詳細(xì)的例題和課后習(xí)題，用于幫助學(xué)生利用所學(xué)到的反應(yīng)工程原理去分析和解決實際應(yīng)用問題。近年來，梁斌等老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》第二版也受到國內(nèi)許多化工類高校老師和學(xué)生的歡迎。在本部教材中，主要內(nèi)容是以《化學(xué)反應(yīng)工程》、《反應(yīng)器理論分析》及國內(nèi)外相關(guān)優(yōu)秀教材為基礎(chǔ)，致力于培養(yǎng)學(xué)生的分析問題能力和提高學(xué)生的工程實際知識儲備，減少了教材內(nèi)容在模型分析上的過程描述，加強(qiáng)學(xué)生在建立模型方面的訓(xùn)練。另外，本部教材還增加了工業(yè)應(yīng)用背景的實例分析和課后習(xí)題，在分析解答這些習(xí)題的過程中讓學(xué)生充分掌握反應(yīng)工程的基本原理和相關(guān)知識，使教學(xué)內(nèi)容盡量與科學(xué)研究和工程實踐同步。

3我校化工專業(yè)的特點(diǎn)和教學(xué)側(cè)重點(diǎn)

濟(jì)南大學(xué)的化學(xué)工程與工藝專業(yè)屬于理論性和應(yīng)用性兼顧的一門特色化工學(xué)科，本專業(yè)始建于1992年，前身為山東建材學(xué)院精細(xì)化工專業(yè)，1993年招生，是濟(jì)南大學(xué)重點(diǎn)學(xué)科的重要組成部分，2007年被學(xué)校授予校級特色專業(yè)，2012年成為山東省品牌(特色)專業(yè)，現(xiàn)為山東省氟化學(xué)化工材料重點(diǎn)實驗室依托專業(yè)之一。其中化學(xué)反應(yīng)工程這門課是本專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和必修課，另外，化學(xué)反應(yīng)工程課程的理論教學(xué)是本專業(yè)本科教學(xué)的重要組成部分，起著理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)知識培養(yǎng)的作用。另外，從學(xué)校每年安排的工程實習(xí)學(xué)時就可以看出，學(xué)校對學(xué)生的動手能力和實踐能力提出了更高的要求。例如學(xué)校每年組織化學(xué)工程與工藝專業(yè)大三學(xué)生去山東金城醫(yī)藥化工有限公司進(jìn)行生產(chǎn)實習(xí)，主要參觀和學(xué)習(xí)2－甲氧羰基甲氧亞胺基－4－氯－3－氧代丁酸生產(chǎn)車間的反應(yīng)器設(shè)計和工藝裝置流程圖。通過調(diào)研每年的學(xué)生生產(chǎn)實習(xí)效果發(fā)現(xiàn):學(xué)生在學(xué)習(xí)完實際工業(yè)生產(chǎn)裝置后，對課本上的基本概念和原理理解的更加透徹。根據(jù)我校化工專業(yè)的特點(diǎn)，在《化學(xué)反應(yīng)工程》的課程教學(xué)上，我們選擇的教材是郭鍇老師主編的《化學(xué)反應(yīng)工程》第二版。在課堂教學(xué)過程中我們的教學(xué)目標(biāo)為:通過對反應(yīng)工程理論的學(xué)習(xí)，能夠運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的理論方法建立數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化設(shè)計反應(yīng)器、或者改善化學(xué)反應(yīng)場所、改進(jìn)現(xiàn)有的化工生產(chǎn)工藝;進(jìn)一步提高學(xué)生的理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)學(xué)生判斷和解決問題的能力，使學(xué)生學(xué)會研究的方法，為進(jìn)入研究生學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ);掌握由化學(xué)動力學(xué)特性建立動力學(xué)方程、建立數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化和設(shè)計反應(yīng)器及改進(jìn)化工工藝的理論;運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的知識，能夠進(jìn)行基本化工反應(yīng)裝置反應(yīng)器的設(shè)計。

4擬采用或已經(jīng)實施的教學(xué)方法

化學(xué)反應(yīng)工程具有跨接多種學(xué)科的特點(diǎn)，結(jié)合本校化學(xué)工程與工藝專業(yè)的特色和優(yōu)勢，筆者從以下方面進(jìn)行了教學(xué)方法的改進(jìn)。(1)結(jié)合我校特點(diǎn)濟(jì)南大學(xué)在醫(yī)藥中間體工業(yè)化生產(chǎn)、氟化學(xué)材料合成、精細(xì)化學(xué)品制備和環(huán)境催化方向具有鮮明的特色和優(yōu)勢，已經(jīng)發(fā)展成為以新產(chǎn)品開發(fā)、新工藝設(shè)計、新技術(shù)應(yīng)用為特色的精細(xì)化工和化工領(lǐng)域高級人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和新技術(shù)開發(fā)的重要基地之一，并多次獲得國家科技進(jìn)步獎和發(fā)明獎。因此，在本科教學(xué)過程中，要結(jié)合我校化工專業(yè)的特色，著重講解氣固相催化反應(yīng)和氣液相反應(yīng)過程，并要求學(xué)生能夠運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)工程的知識進(jìn)行基本化工反應(yīng)裝置或反應(yīng)器的設(shè)計，進(jìn)一步提高學(xué)生的理論聯(lián)系實際的能力，培養(yǎng)學(xué)生判斷和解決問題的能力，為社會培養(yǎng)優(yōu)秀的化學(xué)化工(醫(yī)藥中間體、氟化學(xué)材料和精細(xì)化學(xué)品)相關(guān)人才。(2)闡述方法和教學(xué)方式的改進(jìn)目前全國高等學(xué)校的教學(xué)方式還是以灌輸式教學(xué)為主，老師主動講，學(xué)生盲目聽，導(dǎo)致課堂利用率低，學(xué)生學(xué)習(xí)效率不高。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體技術(shù)在高校已經(jīng)普遍使用，雖然這樣可以改善課堂教學(xué)方式，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是多媒體技術(shù)的使用導(dǎo)致每節(jié)課的授課內(nèi)容大大增加，學(xué)生并不能高效率的吸收每節(jié)課中所有的知識點(diǎn)，導(dǎo)致在學(xué)期末時學(xué)生對這門課的了解程度并不高［4］。例如，我在第一次講授《化學(xué)反應(yīng)工程》這門課程時，由于講課經(jīng)驗和技巧都很欠缺，所以在整個課堂教學(xué)過程中完全按照多媒體上的內(nèi)容進(jìn)行閱讀，這樣生硬的填鴨式的教學(xué)模式，導(dǎo)致整個課堂教學(xué)效果很差。因此這樣的灌輸式教學(xué)模式會導(dǎo)致學(xué)生盲目聽從，其自主性和能動性大大缺失，所以在以后的教學(xué)過程中，我們要“授之以漁”，而非“授之以魚”，這需要我們在教學(xué)方式上加以引導(dǎo)［5］。筆者認(rèn)為改變這種填鴨式的教學(xué)模式，主要的突破口就是讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)過程中，充分調(diào)動學(xué)生的積極性并培養(yǎng)學(xué)生對本門課的學(xué)習(xí)興趣。針對這一措施，筆者在教學(xué)過程中進(jìn)行了一些探索和改進(jìn)，取得了很好的效果。具體探索過程如下:在闡述一些基本概念和原理的時候，可以在課前讓學(xué)生充分的查閱資料，然后在課堂上讓學(xué)生進(jìn)行講解，在這過程中并進(jìn)行充分討論，最后老師做總結(jié)，并糾正學(xué)生的錯誤觀點(diǎn)。這種“查閱資料－主題討論－問題反饋”的教學(xué)模式，能夠讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)過程中，讓學(xué)生做課堂真正的主人，提高學(xué)生的主觀能動性，改變填鴨式教學(xué)的不足。(3)注重理論和實際的結(jié)合在高校的課堂教學(xué)過程中，教科書是一種不可或缺的教學(xué)工具，但也不能作為唯一的使用工具，教科書在本科教學(xué)過程中只能作為一種輔助的工具。這樣就要求老師在教學(xué)過程中要靈活應(yīng)用教材，既不能完全拘泥于教材，也不能完全脫離教材，在講清楚基本原理和基本概念的基礎(chǔ)上，注重理論和實際相結(jié)合。在每一章的講述過程中，把每一個知識點(diǎn)都與實際工業(yè)應(yīng)用相互關(guān)聯(lián)，并闡明其主要的熱量傳遞、動量傳遞、質(zhì)量傳遞及化學(xué)反應(yīng)在實際過程中是如何應(yīng)用的，以加深學(xué)生對每一個知識點(diǎn)的理解。另外，還要注意結(jié)合科研成果，對學(xué)科前沿知識進(jìn)行講解，讓學(xué)生了解目前化學(xué)反應(yīng)工程的研究動向，例如在講解氣固相催化反應(yīng)本征動力學(xué)時，可以引入最新發(fā)表的經(jīng)典文獻(xiàn)，通過對文獻(xiàn)的講解，加深學(xué)生對氣固相反應(yīng)本征動力學(xué)的理解，知道如何來研究一個催化劑的本征反應(yīng)活性。通過這種理論與實際相結(jié)合的方法，可以大大提高學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)效率。在對《化學(xué)反應(yīng)工程》課程教學(xué)方法不斷改進(jìn)后，獲得了良好的課堂效果，這不僅對教師的教學(xué)能力是一種轉(zhuǎn)變和提高，對化工類學(xué)生思維和能力的培養(yǎng)也具有重要的意義。

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篇6

[關(guān)鍵詞]化工工藝；安全設(shè)計；危險控制；

中圖分類號：TQ086 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）18-0035-01

化工行業(yè)是我國的基礎(chǔ)支撐產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，但是化工生產(chǎn)是危險性行業(yè)，在實際的生產(chǎn)過程中存在著較多的安全隱患因素，從而影響了化工生產(chǎn)的安全性，因此加強(qiáng)化工工藝安全設(shè)計中危險的識別和控制工作至關(guān)重要。

1.化工工藝安全設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容闡述

化工工藝安全設(shè)計是指根據(jù)化學(xué)物質(zhì)的特性來設(shè)計工藝流程，同時優(yōu)化化工設(shè)備、管道工藝及儀表自動化等。通常而言，化工工藝設(shè)計要以產(chǎn)品的需求為原則，以滿足產(chǎn)品生產(chǎn)為出發(fā)點(diǎn)，這就需要設(shè)計人員在安全設(shè)計中要充分了解產(chǎn)品的特點(diǎn)和性能，尤其是加強(qiáng)對危險物品的管理和控制，對于容易引發(fā)安全事故的原材料和產(chǎn)品進(jìn)行安全檢驗，避免在產(chǎn)品工藝安全設(shè)計中存在安全隱患。通過調(diào)查顯示化工工藝安全設(shè)計危險控制中主要存在著以下的問題：①審核資料不過關(guān)，化工工藝安全設(shè)計需要充分的數(shù)據(jù)支撐，同時要保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這樣才能保證工藝安全設(shè)計的優(yōu)化，消除隱藏的安全隱患。②對于化工產(chǎn)品的了解不足，化工產(chǎn)品具有危險性，同時其種類較多，包含了有機(jī)物、無機(jī)物等物質(zhì)，因此要充分了解產(chǎn)品的物性，并根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)來設(shè)計生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計和工藝的優(yōu)化。

2.化工工藝安全設(shè)計中危險探究

由于化工生產(chǎn)屬于大工程的范疇，因此其工藝安全設(shè)計中需要考慮的危險因素較多，這也給工藝設(shè)計中危險因素的識別和評估造成困難，下面詳細(xì)闡述在安全設(shè)計中常出現(xiàn)的危險因素：

2.1 工藝安全設(shè)計的周期不足

化工工藝的設(shè)計是一項精密性的工作，要強(qiáng)化每一個細(xì)節(jié)的工藝設(shè)計和銜接工作，并針對工藝設(shè)計中可能存在的安全隱患進(jìn)行及時地跟蹤觀察。因此，化工工藝在設(shè)計前要進(jìn)行充分地實驗驗證，以獲取足夠的實驗數(shù)據(jù)。但是有些工藝設(shè)計人員為了盡快實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，盡早的獲取高額的利潤，在沒有充足實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，就開展工藝設(shè)計工作，工藝安全設(shè)計的周期嚴(yán)重不足，也導(dǎo)致了工藝設(shè)計數(shù)據(jù)包中存在著大量的安全漏洞。

2.2 化工行業(yè)的特殊性

化工行業(yè)的特殊性決定了其生產(chǎn)危險的存在，由于大化工產(chǎn)業(yè)都需要高溫高壓的反應(yīng)環(huán)境，同時其使用的原材料和產(chǎn)品中都含有易燃、易爆、腐蝕性、氧化性等物質(zhì)，這些物質(zhì)對于人體的健康造成了極大的威脅，因此化工工藝設(shè)計要把安全生產(chǎn)放在首要位置。但是由于化工生產(chǎn)牽涉的領(lǐng)域較廣，存在的安全因素較多，其整體性的安全指數(shù)較低。

2.3 設(shè)計規(guī)范的執(zhí)行情況

化工行業(yè)是基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)行業(yè)，同時也是對于技術(shù)性和科學(xué)性要求較高的行業(yè)，國家針對化工安全設(shè)計出臺了較為全面的政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等，其內(nèi)容涵蓋了防火、防爆等方面，有效提高了設(shè)計工作的安全性和科學(xué)性，但是在實際的化工設(shè)計中，由于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的執(zhí)行不當(dāng)，且化工工藝設(shè)計工作缺乏有效的監(jiān)管，造成部分安全指數(shù)較低的項目投入生產(chǎn)，埋下了安全隱患。

3 化工工藝安全設(shè)計中危險因素的控制防范對策

3.1 工藝物料方面

危險品的辨別能力是設(shè)計人員的常識性能力，因此工藝設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)對于生產(chǎn)項目中物料性質(zhì)有著充足的了解，掌握了解材料的危險屬性和危害程度，最重要設(shè)計好危險品泄漏的應(yīng)急方案，加強(qiáng)對于危險品的控制力度。例如在陽離子樹脂的工藝設(shè)計中，其生產(chǎn)材料要使用濃度較高的濃硫酸，濃硫酸是強(qiáng)氧化性物質(zhì)，一旦接觸到人體皮膚，就會造成大面積的皮膚傷害，因此，工藝設(shè)計人員在生產(chǎn)設(shè)計中，要掌握濃硫酸燙傷的預(yù)防，并優(yōu)化設(shè)計管路，避免出現(xiàn)危險物質(zhì)的泄漏。

3.2 工藝路線方面

不同工藝路線對化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的用量不同，同時也會對反應(yīng)的激烈程度、放熱程度影響較大，因此，要優(yōu)化化工工藝設(shè)計，通過優(yōu)化工藝流程來減少危險物質(zhì)的使用量，同時來控制反應(yīng)的反應(yīng)速率，維持可操作的反應(yīng)環(huán)境。此外要盡量減少中間儲罐的使用，減少危險源數(shù)量，同時也可以實現(xiàn)反應(yīng)環(huán)保性優(yōu)化，降低反應(yīng)對環(huán)境的破壞性。再者在某工廠車間的工藝管路的安裝中（如圖1），合理的安排了氨氣通氣管路、精餾塔、洗滌塔等設(shè)備，提高了化工線路的運(yùn)行合理性，減少了污染物的排放，同時避免氨氣泄漏造成環(huán)境污染和人員傷亡。

圖1 某工廠車間的管線安裝設(shè)計圖

3.3 化學(xué)反應(yīng)方面

化學(xué)反應(yīng)是發(fā)生危險的根源，由于化學(xué)反應(yīng)較為劇烈，會造成壓力和溫度在短時間內(nèi)急劇上升，一旦對反應(yīng)過程控制不當(dāng)，極易引發(fā)安全事故。因此，工藝設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)從化學(xué)反應(yīng)入手，選擇合適的反應(yīng)設(shè)備和承壓管路，重點(diǎn)研究化學(xué)反應(yīng)的速率影響，控制反應(yīng)速率，降低其安全隱患。在工藝設(shè)計時，可以先進(jìn)行前期的試驗工作，盡量的減少進(jìn)料量，觀察其反應(yīng)狀況以及對于設(shè)備的影響，然后再進(jìn)行后續(xù)的放大。同時可以采用相應(yīng)的保護(hù)措施來降低反應(yīng)的劇烈程度，通過熱量交換來降低反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力，也可以采用阻聚劑等物質(zhì)來抑制反應(yīng)速率。

3.4 管道方面

管道是化工工藝安全設(shè)計的危險環(huán)節(jié)之一，由于化工產(chǎn)品的特殊性，其對運(yùn)輸管路的要求較高，除了要求管路具備良好的強(qiáng)度，同時也要求管路具備很強(qiáng)的抗腐蝕性和防爆破性，減少有害物質(zhì)的滲漏。管路設(shè)計應(yīng)當(dāng)綜合考慮選材、布置、振動和應(yīng)力分析的影響，優(yōu)化管路操作條件。另外，要結(jié)合實際的化工工藝來選擇管路和閥門的材質(zhì)，并結(jié)合運(yùn)輸物料的特性選擇管路之間的銜接方式。例如對于氣體物料的運(yùn)輸，要選擇封閉性較好的管路型材，同時要具備較強(qiáng)的抗爆性能，防止在高壓下造成管路的破裂。

4.總結(jié)

總而言之，在化工工藝設(shè)計中，存在著較多的安全隱患，因此，化工單位在工藝設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)充分研究工藝流程，加強(qiáng)對于使用的危險物品控制和管理，提高工藝設(shè)計的安全性，保證化工生產(chǎn)的安全性。以上是本人的粗淺之見，由于本人的知識水平及文字組織能力有限，文中如有不當(dāng)之處還望相關(guān)專業(yè)人士批評指正。

參考文獻(xiàn)

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篇7

關(guān)鍵詞：化工工藝流程；萃取劑；原則；方法

化工工藝流程主要是通過化學(xué)反應(yīng)將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程，包括原料處理（凈化、乳化、混合）、化學(xué)反應(yīng)（氧化、還原、聚合）及產(chǎn)品精制（去除雜質(zhì)及廢棄混合物）三個步驟，且每一個步驟都有固定的流程和要求，涉及到催化劑、萃取劑、原料選擇等諸多內(nèi)容。萃取分離法在化工工藝流程中占重要地位，而萃取劑的正確選擇是保證萃取工藝安全運(yùn)行且經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵所在。本文共分為兩個部分，第一部分分析了化工工藝流程萃取劑選擇基本原則；第二部分重點(diǎn)探討了正確選擇萃取劑的有效方法，旨在給相關(guān)人員提供一定的借鑒作用。

1 化工工藝流程萃取劑選擇基本原則

萃取作為一種經(jīng)典的分離手段，利用萃取劑把化合物從一種溶液中有效轉(zhuǎn)移到另一種溶液中，在這個過程中要選擇合適的萃取劑。根據(jù)多年來的化工生產(chǎn)經(jīng)驗，總結(jié)出化工工藝流程萃取劑選擇要遵循物理性質(zhì)及化學(xué)性穩(wěn)定、毒性小、選擇性良好等原則，具體來說主要表現(xiàn)如下。

第一，物理性質(zhì)及化學(xué)性穩(wěn)定原則。化工工藝流程生產(chǎn)過程中涉及到很多化學(xué)反應(yīng)，如氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)等。為此需選擇物理及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的萃取劑，減少對化工工程生產(chǎn)流程的影響，保證萃取質(zhì)量。

第二，毒性小原則。隨著化學(xué)化工工藝的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對化工生產(chǎn)質(zhì)量提出更高的要求：優(yōu)質(zhì)、高效、經(jīng)濟(jì)安全、毒性小。為此一方面要完善各項生產(chǎn)工藝，減少毒性。另一方面選擇毒性小的萃取劑，減少化工生產(chǎn)整體毒性，實行安全操作。

第三，選擇性良好原則。化工工藝流程萃取劑選擇性要良好，這樣可以有效擴(kuò)大分離系數(shù)，且分離系數(shù)越大，萃取劑越合理。

第四，經(jīng)濟(jì)實惠原則。現(xiàn)代社會提倡節(jié)能環(huán)保，化工工藝流程生產(chǎn)也不例外。在保證萃取劑質(zhì)量的基礎(chǔ)上盡量選擇經(jīng)濟(jì)實惠的萃取劑，節(jié)約成本，盡可能地以最少的成本投入獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 正確選擇萃取劑的有效方法

2.1 正規(guī)溶液理論選擇萃取劑

正規(guī)溶液理論作為萃取劑選擇的一種常見手段，具有形式簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但其不足之處在于使用范圍有限。具體來說，正規(guī)溶液理論可以根據(jù)純物質(zhì)的性質(zhì)直接判斷混合物的性質(zhì)，在中低極性混合溶液中應(yīng)用較多，可作為非極性分子（分子力為色散例）判斷的重要手段。但不適用于極性分子，主要是因為極性分子間力相對較復(fù)雜，可見該理論對萃取劑的選擇有一定的局限。為此很多學(xué)者建議在極性溶劑中采取內(nèi)聚能形式，利用無限稀釋活度系數(shù)計算極性分析相關(guān)數(shù)值，在某些極性分子檢測中獲得成功，適當(dāng)擴(kuò)展了該理論的適用范圍，但仍然有使用限制。

2.2 unifac模型選擇方法

化工工藝流程萃取劑主要由有機(jī)物組成，雖然有機(jī)物類型多樣且混雜，但在某種程度上它們是由幾十種基團(tuán)組成，于是很多研究者著手研究從幾十種基團(tuán)中判斷混合物的性質(zhì)，從而選擇萃取劑，這就是所謂的unifac模型選擇法。

unifac模型選擇法有兩種基本概念：①基團(tuán)溶液。基團(tuán)溶液主要是在基團(tuán)貢獻(xiàn)模型基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。②局部組成。局部組成概念是在擬化學(xué)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，最初使用該概念的是uniquac 法。隨著時代的發(fā)展，unifac模型開始被提出并不斷完善，如gmehling 的修正模型、hooper 的修正模型、kikic 的修正模型等。其中以第一種修整模型最為重要，具有參數(shù)齊全、適用范圍相對較大等優(yōu)點(diǎn)。隨后gmehling等人對該修正模型不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，最終得到簡化公式，根據(jù)該供述可以快速有效地獲得無限稀釋活度系數(shù)，在萃取劑選擇上有著較大的靈活性且精確度高，可作為化工工藝流程萃取劑選擇的重要手段。

2.3 nrtl 模型法

nrtl 模型是由prausnitz提出的，他意識到液體混合物中局部組成且混合過程不是隨機(jī)的，因此他增添了非隨機(jī)參數(shù)，提出基于液相分層的nrtl 模型法。隨后相關(guān)學(xué)者（如意大利學(xué)者vetere）對該模型法進(jìn)行了一系列深入研究和拓展，使得nrtl 模型法除了在含

水體系中應(yīng)用外，還可以在其他體系中運(yùn)用，且預(yù)測精度較高。

2.4 選擇反萃取能力強(qiáng)的萃取劑

利用萃取劑進(jìn)行化工萃取工藝時，若萃取過程中環(huán)境受到影響，那么萃取物質(zhì)也容易發(fā)生變化（從有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗@就要求萃取劑具有較強(qiáng)的反萃取能力。為此需根據(jù)化工生產(chǎn)工藝及實際條件選擇合適的萃取劑，且保證該萃取劑具有化學(xué)性穩(wěn)定、毒性小、物理性質(zhì)良好、經(jīng)濟(jì)實惠等功能。

2.5 化工工藝流程萃取劑選擇注意事項

第一，控制萃取劑的含量。對混合物進(jìn)行萃取時，應(yīng)嚴(yán)格控制萃取物的容量，即萃取期間，其單位容量能夠?qū)?qiáng)保留分離物進(jìn)行保留，該方式才能充分體現(xiàn)單位萃取劑的萃取能力。除此之外，萃取劑還具有保存有效成分的特點(diǎn)，即萃取期間，可以分離原材料中的雜質(zhì)和有效成分。目前，市場上的萃取劑種類非常多，例如：醇、醛類中性萃取劑、羧酸類酸性萃取劑、螯合萃取劑、季銨鹽類胺類萃取劑等。由于萃取劑的過程存在差異，其萃取效果也各不相同。因此，進(jìn)行實際萃取期間，根據(jù)萃取需要選擇合適的萃取劑，如利用萃取技術(shù)處理工業(yè)廢水時，可選擇環(huán)乙醇類、苯等萃取劑。本文筆者主要采用多種萃取劑處理酸化廢水，發(fā)現(xiàn)環(huán)乙醇類的萃取效果明顯高于其他種類的萃取劑。因此，筆者認(rèn)為，當(dāng)廢水的ph≥7時，可采用乙醇類萃取劑處理。

第二，低互溶性。基于對材料的萃取功能，應(yīng)保證萃取劑的密度與材料的密度存在差異，即兩種物質(zhì)相溶性較差。萃取劑具有油溶點(diǎn)低的特點(diǎn)，而水溶相對較好。取萃取劑對材料（水）進(jìn)行萃取時，可以促使材料分層，有效避免乳化現(xiàn)象。因此，工業(yè)人員應(yīng)基于材料的密度，選擇與其密度差較大的萃取劑進(jìn)行工業(yè)萃取，能夠充分保證萃取質(zhì)量。

第三，保證萃取劑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。萃取劑化學(xué)性質(zhì)主要包括熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、相對密度及腐蝕性等，保證上述這些化學(xué)性質(zhì)符合要求，如熔點(diǎn)及沸點(diǎn)要低、相對密度要小、腐蝕性低等。舉例來說，煤化工污水中主要有害物質(zhì)為酚，需通過合適的萃取劑把酚含量有效降低。目前煤化工萃取劑主要有重苯、二異丙基醚、粗苯等。其中重苯、粗苯等物質(zhì)易揮發(fā)，易造成二次污染；二異丙基醚相對上述物質(zhì)具有乳化性弱、揮發(fā)性弱等特點(diǎn)，因此煤化工污水處理可選取二異丙基醚。

3 結(jié)束語

萃取在化工工藝流程中占有重要地位，且萃取分離工藝的正常運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)合理性與萃取劑的選擇有著直接的聯(lián)系。為此要根據(jù)化工工藝流程生產(chǎn)實際情況選擇化學(xué)性及物理性穩(wěn)定、毒性小、選擇性高、經(jīng)濟(jì)實惠、反萃取能力強(qiáng)的萃取劑。同時嚴(yán)格按照萃取工藝標(biāo)準(zhǔn)或要求操作，安全高效地分離化學(xué)物質(zhì)，充分發(fā)揮萃取劑及萃取分離法在化工工藝流程生產(chǎn)中的作用。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞:化工工藝設(shè)計;實踐環(huán)節(jié);教學(xué)改革

為適應(yīng)國家戰(zhàn)略發(fā)展需要，2013年教育部、中國工程院聯(lián)合出臺了《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標(biāo)準(zhǔn)》，為高等院校培育工程技術(shù)人才提出了新的標(biāo)桿，也提供了新的契機(jī)。在眾多工科專業(yè)中，化工專業(yè)涵蓋過程工業(yè)的各個部門，對高質(zhì)量各類型的工程技術(shù)人才需求十分迫切。化工工藝設(shè)計課便是培養(yǎng)化工專業(yè)優(yōu)秀工程技術(shù)人才的一門不可多得的課程，在高等工程教育的深化改革中越發(fā)展現(xiàn)出其在本科教學(xué)課程體系中無可替代的作用和地位。

1化工工藝設(shè)計課簡介

化工工藝設(shè)計課(以下簡稱“工藝設(shè)計課”)目前在國內(nèi)大多數(shù)設(shè)立化學(xué)工程與工藝專業(yè)的院校都有開設(shè)，一般安排在本科四年級，是在學(xué)生學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課之后，綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)課、制圖以及經(jīng)濟(jì)、安全等方面的專業(yè)知識解決問題的一次訓(xùn)練，更能夠迫使學(xué)生從做題的情境切換到工程實際的情境，因而能加快學(xué)生的思維向工程思維轉(zhuǎn)變，能切實提高學(xué)生處理工程實際問題的能力。因此，與本專業(yè)的理論課相比，工藝設(shè)計課在優(yōu)秀工程技術(shù)人才的培養(yǎng)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。然而，由于多種原因，工藝設(shè)計課還存在著不少問題，這門課的優(yōu)勢還遠(yuǎn)未被充分發(fā)掘，應(yīng)有的教學(xué)效果還遠(yuǎn)未達(dá)到。

2工藝設(shè)計課存在的問題及原因剖析

縱觀國內(nèi)開展工藝設(shè)計課的高等院校，目前該課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的主要問題可歸納為以下五點(diǎn)。

2.1設(shè)計要求和難度一降再降

工藝設(shè)計課教學(xué)效果難以達(dá)到預(yù)期，很大程度上源于設(shè)計要求和難度的一降再降。一方面，信息時代生活節(jié)奏越來越快，壓力越來越大，很多本科生為了提高自己的競爭力，不得不分心考研、考證、實習(xí)、聯(lián)系出國、進(jìn)實驗室、參加學(xué)生工作和社會實踐，難以專注于專業(yè)課程學(xué)習(xí)本身。因此，學(xué)生們能真正投入到工藝設(shè)計課中的時間越來越少。例如，每年都有大量學(xué)生參加考研，考研之后緊接著就是畢業(yè)設(shè)計，使得學(xué)生很難充分重視工藝設(shè)計這門課。另一方面，化工設(shè)計工作量巨大，真正的設(shè)計從來都是團(tuán)隊共同作業(yè)才能完成。但在實際教學(xué)中，為防止學(xué)生抄襲而催生的“一人一題”的強(qiáng)制要求，也使得教師很難提出由多人共同完成一個設(shè)計任務(wù)的設(shè)想，因而也不得不降低對個人的要求和難度。

2.2設(shè)計題目缺乏精心設(shè)計

設(shè)計題目的合適與否對教學(xué)效果影響甚大，但從目前情況看，不少設(shè)計題目缺乏精心設(shè)計，衍生出如下幾類問題。(1)與《化工原理》、《反應(yīng)工程》等經(jīng)典先修課程脫節(jié)嚴(yán)重。近年來，有一部分帶設(shè)計課的指導(dǎo)教師認(rèn)為，設(shè)計應(yīng)該做真題，不應(yīng)該做所謂的“假題”，甚至于設(shè)計題目就是指導(dǎo)教師團(tuán)隊正在做的工程項目。這就使得設(shè)計題目中所涉及的核心反應(yīng)和分離單元經(jīng)常不是經(jīng)典的反應(yīng)器和單元操作(如吸收、精餾)，有時會大量涉及氣體吸附、膜分離、結(jié)晶、離子交換等非傳統(tǒng)的化工的單元操作，有時甚至還因為新技術(shù)保護(hù)的原因無法獲得設(shè)計所必需的數(shù)據(jù)。此外，即便有些題目來源于經(jīng)典的傳統(tǒng)化工工藝，但如完全忠實于實際項目，沒有必要的簡化處理，也必會造成工藝系統(tǒng)過于龐大、題目過于復(fù)雜，使學(xué)生感到一下子難以承受，不利于短學(xué)時性質(zhì)的工藝設(shè)計教學(xué)。(2)“一人一題”設(shè)計的考慮不夠周全。“一人一題”的初衷是限制學(xué)生抄襲。然而，很多設(shè)計題目，設(shè)計變量很少，甚至只有生產(chǎn)強(qiáng)度一個變量，使得學(xué)生的設(shè)計題目之間沒有本質(zhì)區(qū)別，無法杜絕學(xué)生抄襲。只要有個別學(xué)生做出來，其他學(xué)生只需簡單地線性變換，仍可效仿，無需經(jīng)過足夠的個人思考。(3)未充分體現(xiàn)“整體設(shè)計”，僅是單元操作的簡單組合。工藝設(shè)計課的工藝計算過程，應(yīng)充分體現(xiàn)過程、工藝的整體設(shè)計。然而，目前的許多設(shè)計題目，其設(shè)計條件沒有涉及單元之間的耦合，使得學(xué)生無需深刻認(rèn)識過程和全流程，便可迅速進(jìn)入到各個單元操作的計算階段，其教學(xué)效果約等于化工原理課程設(shè)計，缺失了對學(xué)生大局觀的培養(yǎng)。

2.3缺乏高效的“過程管理”

目前很多院校完全采用“結(jié)果管理”的教學(xué)模式，存在很大問題。所謂完全采用“結(jié)果管理”，即設(shè)計開始階段做一次較為充分的宣講，對設(shè)計過程不甚關(guān)心，完全以最終的報告和圖紙定成績。有些教師迫于科研壓力，不愿在設(shè)計課上投入時間精力實施過程管理，甚至以“設(shè)計課以學(xué)生為主、學(xué)生自己完成”為理由，過度精簡了設(shè)計過程中的師生互動環(huán)節(jié)。當(dāng)然，也有很多教師非常重視過程管理，投入了大量的精力，但效率不高，其重要原因就是容許學(xué)生自由發(fā)揮的地方過多，學(xué)生的設(shè)計計算結(jié)果五花八門，教師很難對學(xué)生的階段性進(jìn)展做出高效反饋，甚至?xí)驌羟嗄杲處煹男判摹Ｕ\然，設(shè)計沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，充分開放的設(shè)計題目更有利于啟發(fā)學(xué)生，但這更多是針對設(shè)計大賽或是畢業(yè)設(shè)計。對于學(xué)時有限的工藝設(shè)計課教學(xué)，筆者不敢茍同。

2.4指導(dǎo)教師與真實設(shè)計資料的接觸非常有限

近年來入職的青年教師，受到目前高等院校大環(huán)境影響，學(xué)術(shù)型的居多，大多沒有經(jīng)歷過多少設(shè)計實踐，自身工程設(shè)計底子薄。即使是有一定經(jīng)驗的教師，也有很多沒接觸過真正的、有代表性的設(shè)計資料。筆者所在的教研室只是收藏了一些早期的紙質(zhì)版的圖紙供學(xué)生學(xué)習(xí)，能反映當(dāng)今化工廠、化工車間設(shè)計成果的圖紙(特別是CAD電子版的圖紙)還非常有限。學(xué)生們從未見過規(guī)范的設(shè)計文件和圖紙，他們上交的報告和圖紙都與行業(yè)規(guī)范相差甚遠(yuǎn)。

2.5先修課程缺乏對工藝設(shè)計課的鋪墊

工藝設(shè)計課是一門綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識的實踐性課程，應(yīng)該讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中將所學(xué)知識充分用到解決實際問題中去，這樣會激發(fā)學(xué)生內(nèi)心中的成就感，更加明白終身學(xué)習(xí)的重要性。然而，從目前看，學(xué)生學(xué)過的先修專業(yè)課程，對工藝設(shè)計課的鋪墊不夠，常常與設(shè)計題目脫節(jié)嚴(yán)重，這會使得“大學(xué)上的課沒用”的思潮抬頭，學(xué)生聽課的積極性大減。例如，《化工工藝學(xué)》和《化工設(shè)計》這兩門課是工藝設(shè)計課的直接先修課，但這些課程間的溝通合作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，從而不能將工藝設(shè)計題目中涉及的工藝流程在這些先修課上有所伏筆，提高了學(xué)生們面對工藝設(shè)計題目時要邁過的門檻。又如，認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)等實習(xí)環(huán)節(jié)，也是理論與實際聯(lián)系的重要橋梁，但也很少跟工藝設(shè)計課之間建立緊密的關(guān)聯(lián)［5］。我們常常不能將工藝設(shè)計題目中涉及的過程、車間和設(shè)備在實習(xí)階段就讓學(xué)生有所了解，這就使得工藝設(shè)計只能停留在課堂教學(xué)而沒有實習(xí)支撐。

3改進(jìn)工藝設(shè)計課的若干措施

筆者結(jié)合自己的教學(xué)實踐以及在學(xué)生階段的一些設(shè)計經(jīng)歷，嘗試總結(jié)了一些可能對解決上述問題有所改善的措施，分五點(diǎn)陳述如下。

3.1精心安排設(shè)計時間

(1)盡早動員，盡早布置題目。《化工工藝設(shè)計》的全員動員應(yīng)在四年級上學(xué)期開學(xué)即進(jìn)行，最好能和另一門設(shè)計類實踐課《化工原理課程設(shè)計》的全員動員合并進(jìn)行。這樣做好處有二:①學(xué)生通過一次集合就知曉大四的設(shè)計開課整體情況，便于其合理安排時間;②這樣安排可以使得在《化工原理課程設(shè)計》結(jié)束后順理成章地布置《化工工藝設(shè)計》的題目，給學(xué)生更多的準(zhǔn)備時間應(yīng)對難度更大的《化工工藝設(shè)計》。

(2)盡量避開考研沖刺期。可考慮將官方的開課時間定在春季學(xué)期，實際教學(xué)則可以跨年度。具體地說，是從考研結(jié)束之后那一周算起，完整進(jìn)行4～5個自然周。筆者所在教研室一直推行這個方針，最大限度地減少了考研對工藝設(shè)計課的影響。

(3)給學(xué)生較為充足的報告撰寫時間。在教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)束后，推遲1～2周(甚至整個寒假)收繳報告和圖紙，給學(xué)生充足的報告撰寫時間。如果寒假之前時間不夠，則順延到年后，但無論是否順延，都統(tǒng)一在春季學(xué)期的第一周做完并上交報告，以減少對《畢業(yè)設(shè)計》環(huán)節(jié)的干擾。

3.2精心制定設(shè)計題目

(1)設(shè)計題目應(yīng)更強(qiáng)調(diào)過程和整體。應(yīng)通過設(shè)計條件的合理設(shè)定，使得任何一個單元操作都不可能獨(dú)立求解，籍此強(qiáng)化過程物料衡算和過程設(shè)計的概念，使學(xué)生認(rèn)識到過程設(shè)計不是單元操作設(shè)計的簡單加和，有利于培養(yǎng)學(xué)生的大局觀和主人翁意識。

(2)拉開“一人一題”設(shè)計條件的差異。通過設(shè)置不同的設(shè)計條件參數(shù)，對設(shè)計題目分組，使組與組之間在一開始便存在較大差別。這樣即便無法完全杜絕抄襲，但也增加了抄襲的難度，迫使試圖“偷懶”的學(xué)生不得不思考別人的結(jié)果哪些可以借鑒，哪些不能簡單照搬，在這樣的“詢問他人+自我思考”中也潛移默化地達(dá)到了教學(xué)的目的，“少數(shù)人栽樹、多數(shù)人乘涼”的狀態(tài)得到有效的遏制。

(3)設(shè)計的前期計算應(yīng)有相對確定的參考答案。設(shè)計的物料衡算、熱量衡算和設(shè)備工藝尺寸計算部分，應(yīng)有相對確定的參考答案，作為指導(dǎo)教師進(jìn)行過程控制的重要依據(jù)。原因有四:①由答案反推過程，有利于及時糾正低級錯誤，有利于引導(dǎo)學(xué)生主動思考;②結(jié)合結(jié)果控制的管理，當(dāng)有嚴(yán)格時間限制時，往往比純過程控制效果更好;③能提高當(dāng)面交流的效率，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，也有助于提升青年教師信心，使其快速成長;④設(shè)計的開放性體現(xiàn)在多個方面，諸如PID設(shè)計就能充分訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散思維，沒必要從工藝計算就開始發(fā)散。

(4)避免重復(fù)訓(xùn)練。設(shè)計題目最好應(yīng)包括反應(yīng)器設(shè)計。如果沒有反應(yīng)器，指導(dǎo)教師還應(yīng)充分注意所帶班級《化工原理課程設(shè)計》的題目，使得核心單元操作與《化工原理課程設(shè)計》有所區(qū)別。

3.3完善成績評定方式

最終成績應(yīng)是設(shè)計步驟(設(shè)計過程)、答辯(測驗)、說明書撰寫、圖紙繪制等環(huán)節(jié)的成績總和。其中，設(shè)計步驟(設(shè)計過程)環(huán)節(jié)是過程監(jiān)控性質(zhì)的，應(yīng)規(guī)定學(xué)生在每個節(jié)點(diǎn)必須完成的任務(wù)，且對其完成情況作出快速、準(zhǔn)確的評估;答辯(測驗)環(huán)節(jié)也是過程監(jiān)控性質(zhì)的，是教師了解學(xué)生投入情況的另一個重要窗口，是對抄襲行為的必要威懾。

3.4加強(qiáng)設(shè)計類課程的中青年教師培養(yǎng)

(1)提高準(zhǔn)入門檻。首先，從事化工設(shè)計實踐環(huán)節(jié)教學(xué)的教師，必須有化學(xué)工程與工藝的專業(yè)背景，最好是參加過設(shè)計大賽或本科畢業(yè)設(shè)計題目為設(shè)計型題目。其次，青年教師接手設(shè)計課也必須有聽課、助課等自我修煉的過程，特別是沒有時間較長、強(qiáng)度較大的實踐經(jīng)歷的青年教師。

(2)鼓勵設(shè)計課相關(guān)的教師“走出去”訪問學(xué)習(xí)。鼓勵工藝設(shè)計課相關(guān)的教師，包括從事《化工設(shè)計》理論課教學(xué)的老師，多去化工專業(yè)排名前列的院校走訪，聽聽那些口碑較好的老師的《化工設(shè)計》理論課，了解其授課內(nèi)容，學(xué)習(xí)其先進(jìn)的課堂組織方式和授課方式。筆者本科階段上過天津大學(xué)王靜康院士負(fù)責(zé)的《化工設(shè)計》課，深刻體會到:把《化工設(shè)計》理論課上好，是調(diào)動學(xué)生興趣的第一步;否則，學(xué)生就會本能地對設(shè)計實踐課產(chǎn)生抵觸情緒，很難談得上有興趣。

(3)下大力氣收集、整理真實的設(shè)計案例。學(xué)院和教研室應(yīng)設(shè)法為一部分指導(dǎo)教師創(chuàng)造去設(shè)計院實訓(xùn)的機(jī)會，積累一些真實的設(shè)計案例，至少是獲得一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的PID、平立面布置、設(shè)備、配管設(shè)計等圖紙，加以分類，做好資源共享管理。

3.5加強(qiáng)不同專業(yè)課教師之間的溝通、協(xié)作

在此筆者有兩個特別建議:

①特別建議帶設(shè)計的指導(dǎo)教師參加實習(xí)。比如，在生產(chǎn)實習(xí)過程中，要求學(xué)生認(rèn)真體會工藝設(shè)計相關(guān)的工藝和單元操作，了解廠區(qū)總圖布置、設(shè)備布置、管線走向、監(jiān)控室設(shè)計等，學(xué)習(xí)工程實際中的反應(yīng)器和多組分分離系統(tǒng)。

②特別建議《化工工藝設(shè)計》的指導(dǎo)教師也從事《化工原理課程設(shè)計》的教學(xué)，甚至是帶同一個班。同一位老師帶班，更有利于講清楚這兩門設(shè)計課的相通點(diǎn)和不同之處，使得工藝設(shè)計課能夠盡量多涉及過程和整體，避免在單元操作的局部中糾纏不清。筆者已通過這種模式連續(xù)帶班了2屆學(xué)生，效果良好。

4結(jié)語

工藝設(shè)計課是化工專業(yè)設(shè)計類實踐環(huán)節(jié)的典型代表，綜合性和應(yīng)用性都很強(qiáng)。在高等工程教育深化改革方面，工藝設(shè)計課是大有可為的，應(yīng)引起相關(guān)專業(yè)、相關(guān)院校和相關(guān)部門的高度重視。一方面，必須從學(xué)校、學(xué)院和教研室層面重視起來，為支持設(shè)計課的發(fā)展、構(gòu)筑合理的專業(yè)培養(yǎng)體系精心謀劃、大膽創(chuàng)新;另一方面，這門課以及化工設(shè)計相關(guān)的指導(dǎo)教師應(yīng)當(dāng)意識到自己身上的責(zé)任和使命，下大力氣提高組織教學(xué)的水平和業(yè)務(wù)水平。如此經(jīng)過全方位多角度的改進(jìn)，工藝設(shè)計課的教學(xué)質(zhì)量才會不斷提高，才會在培養(yǎng)高層次工程技術(shù)人才方面發(fā)揮更大的作用。

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篇9

項目教學(xué)法是通過完成一些具體項目而實施的教學(xué)活動，是一種以項目為主線、學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式[2]，旨在充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作意識，提高學(xué)生解決實際問題的綜合能力。在書籍藝術(shù)設(shè)計這門課程中，可以將教學(xué)內(nèi)容分為七大模塊：中外書籍形態(tài)的形成、書籍設(shè)計基礎(chǔ)、書籍的整體設(shè)計、書籍的外觀設(shè)計、書籍的內(nèi)部設(shè)計、概念書籍的設(shè)計、書籍印刷與裝訂。其中，書籍的整體設(shè)計、外觀設(shè)計、內(nèi)部設(shè)計、概念書籍的設(shè)計均可設(shè)置成項目式教學(xué)，而其他幾部分則以理論教學(xué)為主。下文中將以書籍的整體設(shè)計為例，介紹項目教學(xué)法的實施步驟。

（1）項目教學(xué)法實施前的理論準(zhǔn)備

教師需要制作精美的多媒體課件，將書籍整體性設(shè)計思想、形式與內(nèi)容的整體關(guān)系、封面封底書脊的整體關(guān)系、書籍裝幀與印刷工藝的整體關(guān)系等重要知識點(diǎn)，圖文并茂地傳授給學(xué)生。

（2）下達(dá)項目任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生分組

教師結(jié)合實踐，擬定一些具有一定難度的綜合性項目，可以在書籍整體性設(shè)計這個大的范圍下，按照書籍類別、讀者對象等劃分成一些具體類型，并對項目的目標(biāo)作出明確規(guī)定。這些具體項目要盡量涵蓋該章節(jié)的重要知識點(diǎn)。在指導(dǎo)學(xué)生分組時，根據(jù)我校專業(yè)劃分和通選課的選課特點(diǎn)，可以將藝術(shù)設(shè)計、造紙、印刷、計算機(jī)等不同專業(yè)的學(xué)生混編在一起，這樣可以取長補(bǔ)短，充分發(fā)揮每個學(xué)生的專業(yè)特長，調(diào)動學(xué)生的參與熱情和創(chuàng)作激情。

（3）指導(dǎo)學(xué)生制定項目實施規(guī)劃

教師指導(dǎo)各個項目小組，利用各類學(xué)習(xí)資源，制定具體的項目實施規(guī)劃，鼓勵學(xué)生開展討論交流、實踐調(diào)查和開拓創(chuàng)新。教師可以告知學(xué)生需要準(zhǔn)備哪些知識、查閱哪些手冊、調(diào)研哪些地點(diǎn)，來完成項目實施規(guī)劃，同時指導(dǎo)各個小組明確小組成員的職責(zé)和任務(wù)。比如，小組中造紙專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)書籍整體材料的準(zhǔn)備、印刷專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)書籍印刷裝訂方式的制定、藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)書籍整體版面布局的構(gòu)思、計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)書籍整體形態(tài)的計算機(jī)繪制，這樣安排有助于學(xué)生小組協(xié)作和團(tuán)隊精神的培養(yǎng)。

（4）指導(dǎo)各個項目的完成

各小組成員各司其職，按照項目規(guī)劃，完成項目設(shè)計。在此過程中，各個小組進(jìn)行書籍整體材料選擇和創(chuàng)意構(gòu)思，做出草稿后及時與教師交流，明確項目設(shè)計的改進(jìn)方向，不斷修正設(shè)計方案，完善設(shè)計成果。（5）項目成果交流與評價各項目小組將最終成果以PPT形式進(jìn)行闡述，并進(jìn)行學(xué)生互評和教師點(diǎn)評。教師可以選出具有代表性的項目成果，指出優(yōu)缺點(diǎn)，做出項目總結(jié)。這樣在分析與評價中，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情就會高漲起來。經(jīng)過多個輪次的教學(xué)實踐，這種項目教學(xué)法已經(jīng)贏得了學(xué)生的普遍認(rèn)可。教師和學(xué)生共同參與到項目的開發(fā)、設(shè)計和完善，變被動學(xué)習(xí)為主動獲取，變“聽課-記錄-總結(jié)”的模式為“聽課-項目規(guī)劃-參與-評價”的新模式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

2互動教學(xué)法

在傳統(tǒng)教學(xué)中，課堂以教師為中心，學(xué)生悶頭苦學(xué)者有之，心不在焉者有之，容易造成死氣沉沉的課堂氛圍。而互動式教學(xué)則是以啟發(fā)式為主[3]，通過師生互問互答，讓學(xué)生主動參與到課堂教學(xué)中，改變了教師講、學(xué)生聽的被動方式。在課堂教學(xué)中主要采用以下方式引導(dǎo)：

（1）問題式互動

比如講到書籍封面設(shè)計時，可以先提出一些問題：好的書籍封面應(yīng)該具備哪幾個要素？書籍封面和招貼海報的版面構(gòu)成有什么不同？引發(fā)學(xué)生對書籍封面設(shè)計的思考，然后在點(diǎn)評學(xué)生的回答后，進(jìn)行理論講授。

（2）案例式互動

比如講到概念書籍設(shè)計時，在分析一個木質(zhì)材料橢圓體結(jié)構(gòu)的概念書籍作品后，可以讓學(xué)生思考一下，換一種材料、換一種結(jié)構(gòu)，能否設(shè)計出類似的作品，引導(dǎo)學(xué)生開拓思維，調(diào)動課堂氛圍。

（3）討論式互動

在講述書籍整體設(shè)計時，可以讓部分學(xué)生尋找各自喜歡的書籍，以小組形式討論這些書籍的整體設(shè)計構(gòu)思，材料、色彩、構(gòu)圖、印刷等特點(diǎn)，然后進(jìn)行教師總結(jié)，加深學(xué)生對書籍的整體設(shè)計理解。

3實踐教學(xué)法

書籍設(shè)計藝術(shù)的教學(xué)活動中，學(xué)生普遍對版面設(shè)計軟件感興趣，熱衷于電子書籍作品的創(chuàng)作[4]，而缺乏對材料、印刷、裝訂的實踐探索，這樣勢必會造成理論脫離實踐，學(xué)生設(shè)計的作品只能停留在紙面上，而很難經(jīng)得起實踐的檢驗。針對這種情況，本門課程主要采取以下措施來提高學(xué)生的實踐能力。

（1）開放的實驗室

我校的實驗室在中午、周末等時間都處于開放狀態(tài)，所以在課堂教學(xué)時，就鼓勵學(xué)生到造紙實驗室去體驗特種紙材料、去印前實驗室體驗印刷制版分色等工藝、去印刷實驗室體驗上光覆膜裝訂等工藝，并且鼓勵學(xué)生提交實驗成品，以作業(yè)形式分享實驗心得，以此作為學(xué)生平時分的一部分，計入考核。

（2）專業(yè)的實習(xí)基地

我校與大連理工大學(xué)出版社、大連金華光彩色印刷有限公司等企業(yè)均有一定的合作關(guān)系。學(xué)生平時可以去出版社印刷廠實習(xí)、打短工，親身體驗書籍設(shè)計到成品的整個過程，通過和資深編輯、印刷工藝師的直接交流，可以學(xué)到很多課堂上學(xué)不到的知識和技巧。

（3）開設(shè)校外專家講座

篇10

【摘要】 氫化可的松是哺乳動物主要的腎上腺皮質(zhì)激素類藥物和重要的甾體藥物合成的中間體。本文簡要綜述了其全化學(xué)合成、半合成法及全生物合成方法、路徑的國內(nèi)、外現(xiàn)狀及相關(guān)進(jìn)展情況，并對其發(fā)展方向進(jìn)行了評述和展望。

【關(guān)鍵詞】 氫化可的松； 甾體藥物； 化學(xué)合成； 半合成法； 生物合成

ABSTRACT Hydrocortisone is the major glucocorticoid and an important intermediate in steroid drug synthesis. The main synthetic approaches and progresses including total chemical synthesis， semi-synthesis and whole-cell bioconversion for hydrocortisone manufacture in domestic and other countries were briefly reviewed. Prospective and evaluation of hydrocortisone synthesis were also discussed.

KEY WORDS Hydrocortisone; Steroid agents; Chemical synthesis; Semi-synthesis; biosynthesis

氫化可的松(hydrocortisone，HC)的化學(xué)名稱為11β，17α，21-三羥基孕甾-4-烯-3，20-二酮，屬腎上腺皮質(zhì)激素類藥，是激素類藥物中產(chǎn)量最大的品種，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。目前中國、英、美、日、法等國及歐洲藥典均有收載。5體HC是哺乳動物腎上腺皮質(zhì)分泌的主要糖皮質(zhì)激素，其藥理作用是通過彌散作用于靶細(xì)胞，與其受體相結(jié)合，形成類固醇-受體復(fù)合物，激活的類固醇-受體復(fù)合物作為基因轉(zhuǎn)錄的激活因子，以二聚體的形式與DNA上的特異性順序鏈結(jié)合，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄， 增加mRNA的生成， 并以此為模板合成相應(yīng)的

圖1

氫化可的松結(jié)構(gòu)示意圖蛋白，這些蛋白在靶標(biāo)細(xì)胞內(nèi)實現(xiàn)類固醇激素的生理和藥理效應(yīng);HC能影響糖代謝，具有抗炎、抗病毒、抗休克和抗過敏等作用。主要用于腎上腺皮質(zhì)功能減退癥的替代治療及先天性腎上腺皮質(zhì)功能增生癥的治療，也可用于類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕性發(fā)熱、痛風(fēng)、支氣管哮喘、過敏性疾病，并可用于嚴(yán)重感染和抗休克治療等［1～4］。HC也是制備其他幾種重要甾體藥物的原料藥。1948年，美國風(fēng)濕病專家Hench在風(fēng)濕病關(guān)節(jié)炎的治療中發(fā)現(xiàn)可的松在體內(nèi)轉(zhuǎn)化HC才具有療效。因發(fā)現(xiàn)可的松和HC的藥理作用，Hench、Reichstein和Kendal一起獲得了1950年的諾貝爾獎，并從此掀起了開發(fā)皮質(zhì)激素的。Wendler等用化學(xué)法合成了HC，但由于步驟多、收率低，導(dǎo)致藥品價格昂貴而難以工業(yè)化。此后，人們開始把目光轉(zhuǎn)向生物轉(zhuǎn)化方法。Fieser首先采用微生物轉(zhuǎn)化方法使HC工業(yè)化生產(chǎn)成為可能［5］。為提高轉(zhuǎn)化率和收率，國內(nèi)外研究人員做出了不懈努力，并取得較大進(jìn)展。

1 化學(xué)合成法制HC

Woodward報道的HC全化學(xué)合成法近40步合成步驟［6］，以4-甲氧基-2-甲基苯醌作起始原料，經(jīng)20步合成了第一個全合成的非芳香類固醇dl-Δ9(11)，16-雙脫氫-20-去甲孕酮，后轉(zhuǎn)化成甲基dl-3-酮-Δ4，9(11)，16-三烯膽酸，甾體骨架中A、C和D環(huán)具有對應(yīng)的活性位，三重不飽和醚可全加氫和氧化成甲基三酮別膽烷，然后用三價的鉻酸對11位氧化，經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化得HC。但向C11-氧代氫化茚滿的C-17位引入HC側(cè)鏈?zhǔn)呛芾щy的。烯基溴化鎂可在C-11β位具有高的立體選擇性［7］。報道的18步合成可的松［8］，該方法由環(huán)己烯衍生物開始經(jīng)11步反應(yīng)合成17-異丙烯基茚滿酮，再據(jù)Stork方法經(jīng)7步反應(yīng)合成可的松，Oliveto將HC醋酸酯轉(zhuǎn)化成它的3，20-二肟，二腙和縮二氨基脲，再通過鉀硼氫，硝酸作用脫去縮氨基脲得HC［9］。Minagawa等［10］向2，3-二氫茚中間體同時引進(jìn)11-氧代基團(tuán)和可的松側(cè)鏈，可使合成步驟大大縮短，但化學(xué)合成法步驟多，總收率低。

2 半合成法制HC

2.1 HC半合成法簡介

因全化學(xué)法合成HC價格昂貴，目前生產(chǎn)幾乎都采用含甾體母核的生物質(zhì)作原料的半合成法。甾體藥物半合成法的起始原料都是甾醇的衍生物，如從薯芋科植物穿地龍、黃姜、黃獨(dú)等植物根莖萃取的薯芋皂素；從絲竺屬植物劍麻萃取的劍麻皂素等。比較薯芋皂素(圖2)與HC(圖1)的化學(xué)結(jié)構(gòu)可知，必須去掉薯芋皂素中的E、F環(huán)。薯芋皂素經(jīng)開環(huán)裂解去掉E、F環(huán)后，即能獲得理想的HC關(guān)鍵中間體——雙烯醇酮醋酸酯。在此過程中，除將C3羥基轉(zhuǎn)化為酮基，C5、C6雙鍵位移至C4、C5位外，還需要引入三個特定的羥基。這些羥基的轉(zhuǎn)化和引入，有的較易進(jìn)行，如C3的羥基經(jīng)氧化可直接得到酮基，與此同時還伴有5雙鍵的轉(zhuǎn)位。C21位上有活性氫原子，可通過鹵代之后，再轉(zhuǎn)化為羥基；利用雙鍵的存在，可經(jīng)過氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為C17羥基，并且由于X環(huán)的立體效應(yīng)使C17羥基恰好為α-構(gòu)型。在HC半合成路線中，關(guān)鍵一步是C-11β羥基的引入。由于在C-11位周圍沒有活性功能基團(tuán)的影響，常規(guī)化學(xué)法很難氧化非活潑碳?xì)滏I，而生物催化法卻能對它立體選擇性氧化。有效的菌種是黑根霉和犁頭霉。前者可專一性的在C-11位引入α-羥基，引入構(gòu)型恰恰相反，故還需將其氧化為酮得醋酸可的松，再用鉀硼氫對其進(jìn)行不對稱還原，得C-11位β-羥基物，即HC；犁頭霉卻能在化合物S的C-11位上直接引入β-羥基，后者就縮短了合成HC的工藝路線［11］。圖2

薯芋皂素結(jié)構(gòu)示意圖

這兩種合成方法都是以薯芋皂素為起始原料，經(jīng)雙烯醇酮酸酯環(huán)氧化后，再經(jīng)Oppenauer氧化得環(huán)氧黃體酮。區(qū)別是在由環(huán)氧黃體酮出發(fā)后的不同合成路徑。梨頭霉法是由環(huán)氧黃體酮先上溴開環(huán)、氫解除溴上碘置換得醋酸化合物，再經(jīng)梨頭霉氧化直接引入C11位上β-OH得HC。黑根霉法是先在C11位上引入-OH后，經(jīng)用鉻酐鉻酸氧化C11位α-OH為酮基，再上溴開環(huán)，用Raney鎳氫消除溴，上碘置換得醋酸可的松，而后以縮氨脲保護(hù)C11、C20位上的酮基，用鉀硼氫還原C11位上酮基使成為β-OH，脫去C11、C20位上的保護(hù)基和水解C21位上的乙酰基后得到HC。

梨頭霉能在去氧氫化可的松(R5)C11位直接引入β-OH，縮短了合成HC的工藝路線。目前國內(nèi)生產(chǎn)HC的菌種主要是藍(lán)色犁頭霉，但由于藍(lán)色犁頭霉氧化專一性低，HC的收率受到限制。國外大都是用新月彎孢霉進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)對用新月彎孢霉進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)HC也有相關(guān)研究，但工業(yè)化生產(chǎn)較少。一般說來，新月彎孢霉對底物去氧氫化可的松醋酸酯(RSA)具有較低的脫乙酰活性，而犁頭霉AS3．65卻對RSA呈現(xiàn)較高的脫乙酰活性。

生物轉(zhuǎn)化法大大簡化了HC的合成路徑，成本也大幅度降低。為提高轉(zhuǎn)化率和收率，研究人員做出了重大努力，取得了較大進(jìn)展。

半合成方法中其它不同中間原料的主要合成途徑見圖3［10，12～17］。上述五種合成方法中以D方法最為簡潔，但新月彎孢霉的轉(zhuǎn)化率不高。如果以乙酸化合物為底物經(jīng)新月彎孢霉轉(zhuǎn)化，雖可在C11-β位引入-OH得到HC，但同時會產(chǎn)生14α-OH副產(chǎn)物。如果改用17α-乙酸化合物為底物，其立體阻礙效應(yīng)可抑制14α-OH副產(chǎn)物的產(chǎn)生，HC產(chǎn)率可提高到70%左右。德國Schering公司將將乙酸化合物乙酰化得3β，17α，21-三乙酸酯化合物，經(jīng)黃桿菌轉(zhuǎn)化得17α-乙酸化合物，再經(jīng)新月彎孢霉轉(zhuǎn)化得11β-OH化合物S-17α-乙酸酯，將其溶解于甲醇，加NaOH使17α-乙酸酯水解即得HC，產(chǎn)率70%［18］，過程如圖4所示。

2.2 提高HC半合成收率及轉(zhuǎn)化率的途徑

國內(nèi)利用微生物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)甾體藥物，可將微生物胞內(nèi)酶引入反應(yīng)體系，利用微生物全細(xì)胞對底物進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。而在實際生產(chǎn)中，甾體化合物在水溶液中溶解度很低，一般溶解度范圍在10-5～10-6mol/L，而微生物體內(nèi)的11β-羥化酶位于水相中，又是一種胞內(nèi)酶，底物需要透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞才能進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，甾體底物與生物酶的接觸十分困難。而利用“變壓生物轉(zhuǎn)化技術(shù)”［19］，根據(jù)微生物本身特性，通過在生物反應(yīng)的一定階段施加溫和壓力，以破壞底物RSA晶體結(jié)構(gòu)，顯著改善其在水相中的溶解性，增加生產(chǎn)菌株的細(xì)胞膜通透性，可促進(jìn)底物與胞內(nèi)酶的結(jié)合，使藍(lán)色犁頭霉HC轉(zhuǎn)化率提高15%。

楊順楷等［20］采用超聲法制備底物去氧氫化可的松(RS)-β-環(huán)糊精包合物，可提高甾體生物轉(zhuǎn)化的底物投料濃度50%。若采用連續(xù)兩批次生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)HC，也可提高底物濃度和HC的轉(zhuǎn)化率。以新月彎孢霉的Ⅱ級培養(yǎng)18h的活菌絲為C11β位羥化催化劑［21］，結(jié)合液相提取及菌絲淘析處理的方法，該工藝底物轉(zhuǎn)化率可維持在65%以上，HC的收率可達(dá)60%。此外可分離回收未轉(zhuǎn)化的高價值的甾體底物RS。

藍(lán)色犁頭霉的二級發(fā)酵培養(yǎng)工藝，分離出菌絲物在液相懸浮介質(zhì)中對RS底物進(jìn)行C11β-羥基化，在底物濃度相同的情況下，與直接發(fā)酵氧化(一步轉(zhuǎn)化法)比較，氧化(C11β-羥基化)速度提高1～2倍，縮短了發(fā)酵周期；RS的投料濃度也比直接發(fā)酵氧化提高了1.2～1.3倍，間接提高了轉(zhuǎn)化率［20，22］。

對于微生物轉(zhuǎn)化合成HC的方法，為了提高產(chǎn)率和轉(zhuǎn)化率，國內(nèi)、外都進(jìn)行了不懈的努力。發(fā)展藥物合成中一步分離的發(fā)酵工藝可使整個工藝簡化。從RS開始合成去氫HC，需要連續(xù)兩步微生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)。若對每步反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行提取、分離，勢必造成人力、物力和時間的浪費(fèi)。若：①采用兩種微生物分別培養(yǎng)后轉(zhuǎn)化，Mazumder［23］成功地采用兩種不同的固定化微生物，連續(xù)轉(zhuǎn)化RS得到了去氫HC；②兩種微生物分別培養(yǎng)后混合轉(zhuǎn)化，Shull用培養(yǎng)好的草分枝桿菌(Mycobaccerium phlei)菌液稀釋新月彎孢霉混合，經(jīng)一步轉(zhuǎn)化使RS變成去氫HC；③兩種微生物混合培養(yǎng)與轉(zhuǎn)化也能使整個工藝簡化［24］。另外藥物合成需要與反應(yīng)器設(shè)計、分離純化、過程強(qiáng)化等化學(xué)工程技術(shù)更加緊密地合作才能取得更大的效果。

2.3 減少副產(chǎn)物產(chǎn)生的方法

減少副產(chǎn)物的生成也是提高HC轉(zhuǎn)化率的重要方面。HC黑根霉和犁頭霉半合成工藝中最大的副產(chǎn)物是表氫化可的松，即C11α-羥基化合物。它是沒有生理活性的副產(chǎn)物。對合成甾體糖皮質(zhì)激素來說，由于11β-OH是抗炎藥物必須的基團(tuán)，最重要的微生物轉(zhuǎn)化是羥化反應(yīng)。Hayano將C-11-α和C-12-α位的氫用3H所取代的孕甾-3，20-二酮作為底物，用黑根霉進(jìn)行羥化來進(jìn)行研究，說明甾體的酶促羥化反應(yīng)是羥基位置上的氫被直接取代，即羥基取代的立體構(gòu)型是由氫原子原來所占的空間位置決定的。11-β-羥化其上羥基的立置是豎直的，由于10，13角甲基的存在，11-β-豎鍵羥基的立體阻礙比11-α-橫鍵羥基位阻為大，造成11-β-羥化比11-α-羥化收率低，且副產(chǎn)物較多。表氫可的松可轉(zhuǎn)化為可的松或其它甾體，如氟氫可的松等加以利用，以減少原料的浪費(fèi)。

王敏等［25］通過采用細(xì)胞通透劑二甲基亞砜和丙二醇來提高HC轉(zhuǎn)化的立體選擇性，其中二甲基亞砜能使β/α值提高5%，丙二醇能使β/α值提高9%。他們在開展犁頭霉對RSA的羥基化研究中，選擇洗滌菌絲懸浮在檸檬酸緩沖液中有利于C11β-羥基化，指出無論是犁頭霉或新月彎孢霉在C11β-羥基化反應(yīng)中，洗滌菌絲可提高羥化酶的專一性，減少異構(gòu)體副產(chǎn)物的形成［26］。

波蘭學(xué)者Sedlaczek等在新月彎孢霉對RS的C11β-羥基化過程消除副產(chǎn)物方面取得了引人注目的進(jìn)展［27］。通過理性了解真菌的系統(tǒng)生物學(xué)知識，借助傳統(tǒng)的誘變選育技術(shù)，對新月彎孢霉菌絲細(xì)胞的原生質(zhì)體(有完整核型)用化學(xué)誘變劑NTG處理，分離選育出對甾體RS的C11β-羥基化穩(wěn)定型的突變株，可顯著降低副產(chǎn)物量的65%，獲得產(chǎn)率較親株高28.5%。

Modilnisky等在開展藍(lán)色犁頭霉(TieghemeUa orchidis)對RSA生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)HC的實驗研究中，將培養(yǎng)基中的葡萄糖用蔗糖或淀粉替代，結(jié)果并沒有造成C11α-和C11β-羥化甾體產(chǎn)物數(shù)量比例的改變，但卻呈現(xiàn)了利用蔗糖作碳源的試驗組轉(zhuǎn)化速度較淀粉組快1.5倍，較利用葡萄糖組快2倍的試驗結(jié)果。放大試驗中，在不超過10～14h轉(zhuǎn)化期間內(nèi)，生成產(chǎn)物HC的數(shù)量比例達(dá)到55%～60%。值得指出的是該RSA的底物質(zhì)量濃度較低(0.5g/L)，實際應(yīng)用價值有限［28］。

若以RS-17α，21-二醋酸酯為底物代替常規(guī)的去氧氫化可的松醋酸酯(RSA)，實驗轉(zhuǎn)化結(jié)果中副產(chǎn)物14α-羥基-RS的生成量明顯減少［29］。這是因為在甾體分子C14-位附近的α面當(dāng)引入較大的取代基，如17α醋酸酯，可造成14α-位的立體障礙，抑制14α-羥基化活性，提高11β-羥基化物的收率。荷蘭Gist公司采用化合物RS-17α-醋酸酯為底物，獲得了高收率的HC及HC17α-醋酸酯的混合物，后者易水解為HC。

3 全生物合成HC

動物體內(nèi)能合成三類重要的類固醇：糖皮質(zhì)激素(如HC)、鹽皮質(zhì)激素和性激素。在動物腎上腺皮質(zhì)內(nèi)，由線粒體側(cè)鏈分裂膽固醇，使之轉(zhuǎn)化成孕烯醇酮，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(sER)和線粒體中脫氫成黃體酮，再經(jīng)過細(xì)胞色素P450酶的17α羥化、皮質(zhì)脫氧、11β羥化三步酶促反應(yīng)，最終在線粒體中轉(zhuǎn)化為HC；也可用植物Δ7還原酶修飾麥角固醇主體利用簡單碳源轉(zhuǎn)化成孕烯醇酮(圖5)［30］。

Dumas等報道，酵母本身并不合成膽固醇，也不從外界吸收固醇類。它需要以簡單的含碳化合物，如乙醇和葡萄糖為原料，通過7還原酶合成類似于膽固醇的物質(zhì)，麥角固醇，然后模仿腎上腺合成HC［31］。這需要在酵母體內(nèi)重新組建人體合成HC的整個途徑，也就是將合成途徑中所需的全部基因引入酵母體內(nèi)，而酵母體內(nèi)存在的對合成目標(biāo)產(chǎn)物不利的基因也將被

圖5

HC生物合成(A)在腎上腺皮質(zhì)中，(B)在重

組酵母體系中。黑框表示在線粒體中反應(yīng)，灰框表示在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞質(zhì)表面反應(yīng)①細(xì)胞色素P450側(cè)鏈分裂酶；②P450 17α羥化酶；③3β-羥基脫氫異構(gòu)酶；④P450 21-羥化酶；⑤P450 11β-羥化酶；⑥Δ7還原酶除去［32］。

酵母合成HC是在一種高專一化的酶，即細(xì)胞色素P450單(加)氧酶催化下進(jìn)行的。細(xì)胞色素P450系列酶是一個亞鐵血紅素蛋白大家族，主要應(yīng)用在藥物代謝和類固醇、油脂、維生素及天然產(chǎn)品的合成中。他們在不活潑C-H鍵中插入氧原子方面有顯著作用，但他們的應(yīng)用受限于底物的敏感性、低活性、不穩(wěn)定性及需要輔因子。人們通過不同的途徑，如變異、化學(xué)修飾、條件工程及固定化希望有效攻破這些難題［33］。

2003年，法國、德國學(xué)者和企業(yè)界合作［31］，首次全生物合成了HC。該重組人源化酵母工程設(shè)計制備13個工程基因并表達(dá)在單個酵母體中，其中9個基因由外源機(jī)體哺乳動物及植物提供。構(gòu)建成功的這一酵母工程菌，它能表達(dá)1個植物酶基因，引入8個相關(guān)哺乳蛋白酶，需優(yōu)化兩個線粒體系統(tǒng)，敲除4個產(chǎn)生副反應(yīng)基因，使得原本僅產(chǎn)生麥角甾醇的酵母菌能利用簡單碳源乙醇，糖等制得HC。這項研究成功解決了①CYP11A1底物的自生產(chǎn)；②線粒體P450及相關(guān)載體的靶目標(biāo)；③人工生物合成的新陳代謝平衡；④將中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為代謝終產(chǎn)物的副反應(yīng)的識別和防止；⑤對酵母有毒害作用的中間產(chǎn)物識別等難題。識別出兩個主要的副反應(yīng)是：由ATF2的基因產(chǎn)物催化的孕烯醇酮的酯化和由GCY1和YPR1基因產(chǎn)物共同催化的17α-羥基孕酮的20-酮的減少。可通過使這兩種酵母基因失活減少副反應(yīng)的產(chǎn)生。研究結(jié)果可使HC占所有類固醇產(chǎn)物的70%，理想情況下副產(chǎn)物僅有11-脫氧皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮。該方法簡潔，有望成為HC生產(chǎn)的新途徑。

4 結(jié)語

綜上所述，目前甾體微生物轉(zhuǎn)化中受到人們關(guān)注的領(lǐng)域有［23，30～33］：①將微生物基因工程的概念應(yīng)用于甾體微生物轉(zhuǎn)化，發(fā)展整體生物催化；②發(fā)展酶催化，通過修飾和固定化以提高選擇性、穩(wěn)定性、利于它們的協(xié)同催化及循環(huán)利用；③提高水不溶性底物的溶解度或提高酶和細(xì)胞在有機(jī)相中的生物活性及穩(wěn)定性；④發(fā)展酶的在線再生和循環(huán)催化、有用物連續(xù)回收，更好地利用作為工業(yè)廢料的甾醇化合物以生產(chǎn)有用的甾體化合物中間體；⑤修飾培養(yǎng)基、產(chǎn)物連續(xù)采出以提高收率和產(chǎn)量。人們希望在控制微生物轉(zhuǎn)化方面能進(jìn)一步發(fā)展，以進(jìn)一步降低成本。

我國是甾體激素藥物的生產(chǎn)大國，其中HC又是產(chǎn)量很大的品種。但是HC的微生物轉(zhuǎn)化收率與國外先進(jìn)水平存在一定差距，故在對發(fā)酵工藝條件改進(jìn)的同時，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對HC基因工程和代謝組學(xué)的研究、開發(fā)全生物合成新工藝，加速新菌種引進(jìn)及菌種改良，以提高其選擇性、耐受性和轉(zhuǎn)化率；另一方面藥物合成需要與反應(yīng)器設(shè)計、分離純化、過程強(qiáng)化等化學(xué)工程技術(shù)更加緊密合作，盡快建立起多藥源、快速量產(chǎn)的柔性制藥工程體系，使我國早日成為具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)的甾體藥物生產(chǎn)強(qiáng)國。

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