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關鍵詞：工學結合一體化課程；五年制高職；學習方式；策略

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

當前，我國正處于經濟社會發(fā)展的關鍵階段，工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、市場化、國際化的進程不斷加快，對高素質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“以服務為宗旨、以就業(yè)為導向”的目標，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，注重內涵發(fā)展，以為社會培養(yǎng)生產、管理、服務第一線的用得上、留得住的應用型人才為出發(fā)點和落腳點，不斷適應用人單位對技能人才的要求。探索“工學結合一體化”的技能人才培養(yǎng)模式，建立以職業(yè)活動為導向、以校企合作為基礎、以綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為核心，理論教學與技能操作融會貫通的工學結合一體化課程體系，是提高技能人才培養(yǎng)質量，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、工學結合一體化課程及其內涵

工學結合一體化課程，是指按照經濟社會發(fā)展需要和技能人才培養(yǎng)規(guī)律，根據國家職業(yè)標準，以綜合職業(yè)能力為培養(yǎng)目標，通過典型工作任務分析、構建課程體系，并以具體工作任務為學習載體，按照工作過程和學習者自主學習要求設計和安排教學活動的課程。它明確了技能人才的培養(yǎng)目標，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)問題的能力和相應的技術思維方式，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中提煉出的典型工作任務，教學的內容則是典型工作任務轉化過來的學習任務，實施教學以學生為中心。工學結合一體化課程體現理論教學和實踐教學的融通合一，專業(yè)學習和工作實踐學做合一，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，這就決定了它必須以校企合作為基礎，按照企業(yè)實際工作過程實施教學。也就是說，學習就是工作，通過工作實現學習。

二、五年制高職學生學習方式現狀分析

學習方式，也稱學習風格，是學習者持續(xù)一貫的帶有個性特征的方式，是學習策略和學習傾向的總和。它指的是學生在完成學習任務過程中的基本的行為和認知的取向，反映了學生傾向于以什么樣的行為和認知方式去完成學習任務，它直接影響著學生的學習結果。

1.傳統的“三中心”教學模式使學生形成了單一、被動的學習方式。受我國“重學歷、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“類基礎教育”、“類高等教育”的特征。在體現以“課堂、教師、課本”三中心為主的傳統教學模式下，教學是教師對學生的“單向”培養(yǎng)，教師負責教，學生負責學。很少有學生自主學習的空間和時間，學生很少有根據自己的理解發(fā)表看法與意見的機會，即便是有師生互動，那也都是由教師精心策劃和安排的，學生也只能按部就班，學生的想象力和創(chuàng)造力無形中受到了教師的控制。教學關系成為：我講你聽、我問你答、我寫你抄、我給你收。教支配、控制學，學無條件地服從教，這形成了教師對學生的權威性和學生對教師的依賴性，學生的獨立性和個性得不到尊重和發(fā)展，致使學生形成了單一、被動的學習方式。

2.傳統的學科本位觀念遏制了學生自主學習能力的培養(yǎng)。受傳統學科教育的影響，五年制高職教育過分注重知識體系的完整性，課程體系和教學內容過分強調理論的系統性，缺少與社會實際、生產實際、學生生活相聯系的生動活潑的內容。教師習慣于“粉筆+黑板”的授課方式，學生習慣于聽理論、背理論、考理論的學習方式。這種學科本位觀念導致教學過程重灌輸輕引導、重接受輕探索、重理論輕實踐，使學生的創(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)成學生依賴老師講解的心理，學生惰性加大，不善于思考，不愛動腦筋。在這種只注重“教”，不考慮“學”的情況下，學生難于自主學習，也無力自主學習。

3.傳統的“師道尊嚴”使學生失去了合作、探究學習的機會。一句“一日為師終身為父”的古訓，巧妙地將師生關系血緣化、政治化、等級化。在“師道尊嚴”的幌子下，教師可以隨意對學生（甚至包括家長）發(fā)號施令、指手畫腳，學生卻不能有一點與老師要求不相符的言行，他們的聰明才智得不到展現，個性得不到張揚。課堂教學以教師為中心，學生以老師講授的內容為示范，不斷在課中、課后重復演練、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行，不會也不敢對相關知識產生不同看法，提出不同意見，完全變成了接受知識的容器、唯命是從的學習“仆人”，沒有自主、合作、探究學習的機會和權利。工學結合一體化課程開發(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，打破傳統的學科體系和教學模式，根據職業(yè)教育培養(yǎng)目標的要求來重新整合教學資源，體現能力本位的特點，強調學生的自主學習、合作學習、探究學習。使學生的主體意識、能動性和創(chuàng)造性不斷得到發(fā)展，是當前深入推進教學改革的核心任務。

三、五年制高職學生學習方式轉變的策略

轉變學習方式，就是要改變不利于學生發(fā)展的學習行為，以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力為主要目的，協調教學活動的整體結構，把學習變成人的主體性、能動性、獨立性不斷生成、張揚、發(fā)展、提升的過程，使學生的學習活動能夠更有效促進其發(fā)展。

1.加強專業(yè)入學教育，提高學生學習主動性。五年制高職生源中，很多都是在初中階段成績相對較差、考不上高中的學生，多數人入學動機不明確，專業(yè)選擇比較盲目。有的是服從家長意愿上學的，有的是因為同學在同一所學校上學而報考的，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，更有一部分學生是因為年齡太小只好上學混時間。他們對自己專業(yè)的學習情況不了解，對專業(yè)課程的目標與作用不清楚，因此學習積極性不高，主動性不強。專業(yè)入學教育是使學生明確專業(yè)與課程學習目標，提高學習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)方案為藍本，加強對新生的專業(yè)教育。我們要鞏固學生的專業(yè)思想，幫助他們了解自己的專業(yè)背景、專業(yè)特色、課程設置、就業(yè)方向等，讓他們充分認識所學專業(yè)的特點和前景，穩(wěn)定其專業(yè)思想，使其樹立學習目標，激發(fā)學習興趣。其次，我們要著重介紹高職階段工學結合一體化課程的學習方式和方法，教育新生明確學習主體的角色轉變，學會利用圖書館和網絡等各種資源自我解惑，把握學習的主動權，提醒學生合理有效地安排學習時間，養(yǎng)成良好的學習習慣。

2.更新教學理念，促進學生學習方式轉變。工學結合一體化課程改革的核心是培養(yǎng)學生的綜合職業(yè)能力，強調以訓練和提高學生的技能為基點，以實現主要能力目標為主線，以市場對人才的需求為導向。這一新的教學理念促使教師必須更新教學觀念，轉變自身角色，由知識的傳授者變?yōu)閷W生學習的組織者、引導者和促進者，樹立起新的課程觀、教學觀和教學目標觀。課程不再只是特定知識的載體，而是教師與學生共同完成項目任務的過程；教學也不再是教學生學，而是師生交往、積極互動、共同發(fā)展的過程，是教師教與學生學的統一，其中教師只起教學的主導作用，學生才是學習的主體。新的教學目標觀也不再是單一的知識與技能，更要使學生在通過咨詢、計劃、決策、實施、控制、評估等步驟完成學習領域的同時，獲得相應的專業(yè)能力、方法能力和社會能力，促進其綜合職業(yè)能力的提升。在這樣的教學理念下，學生的學習方式勢必發(fā)生轉變，使學生懂得學習的過程不是被動地接受課本上的現成結論，而是一個學生親自參與、師生互動、生生互動的實踐與創(chuàng)新的過程。

3.創(chuàng)設學習情境，培養(yǎng)學生自主學習能力。工學結合一體化課程，以培養(yǎng)學生綜合職業(yè)能力為目標，需要學生通過小組學習或自我學習的形式，運用各種設備和材料，在教師幫助下完成實際的具有完整工作過程的學習任務，從而通過顯性學習任務的實施實現隱性關鍵能力的培養(yǎng)。因此，我們?yōu)閷W生創(chuàng)建類似于企業(yè)工作環(huán)境的學習情境，以典型工作任務為載體，讓學生在做中學，掌握工作崗位需要的各項技能和相關專業(yè)知識，對轉變學生學習方式、培養(yǎng)其自主學習能力至關重要。學生在盡量真實的職業(yè)情境中學習“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，勢必能提高其應用知識的意識，激發(fā)學習的興趣和創(chuàng)新思維，更有利于其自主學習能力的培養(yǎng)。

4.轉變教學方式，強化學生合作、探究學習意識。工學結合一體化課程的實施強調以學生為主體，教師為主導的學習與工作過程，強調學生不斷輸出學業(yè)以驗證學習效果。傳統的灌輸式教學方式顯然不能適應新課程實施的要求，也不利于學生學習方式的轉變。因此，教師應轉變教學方式，推行行動導向教學，應用現代信息技術，多渠道系統優(yōu)化教學過程，增強教學的實踐性、針對性和實效性。教師通過向學生傳授行動領域的知識，指導、引領學生按照工作過程系統化原則完成學習任務。教師要把學生置于開放的、動態(tài)的、多元化的環(huán)境中，從重教師“教”向重學生“學”轉變，調動學生學習積極性和主動性。在教學流程設計上，教師由重結果向重過程轉變，將關注的重點放在提供給學生更多地獲取知識的方法和渠道上，讓學生明白怎樣學，引導學生進行自我評估，激發(fā)學生積極參與討論，充分發(fā)揮學生的主體作用，強調學生之間的合作和交流，使他們在合作學習、自主探究中獲得一種新的學習體驗，從而進一步強化學生的合作、探究意識。

當今，轉變學生的學習方式已成為職業(yè)院校教育教學改革的必然要求，也是一種學習理念的根本性轉變。工學結合一體化課程，以學生為主體的行動導向教學過程，正是師生解放思想、更新觀念、轉變學習方式的過程。這種教學模式不僅大大提高了學生的學習興趣和學習過程的參與度，更使其從以往的被動學習轉變?yōu)橹鲃訉W習；不僅強化了師生間的交流，活躍了課堂氣氛，更使學生的創(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生自身綜合職業(yè)能力的提升。這一以校企合作為基礎、以綜合職業(yè)能力培養(yǎng)為核心，理論教學與技能操作融會貫通的課程體系必將對學生學習方式的轉變產生積極影響。

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【關鍵詞】:化學工程;系統;和諧;辯證法

自然界中的和諧系統比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生態(tài)系統是和諧的,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.統一律;2.層次律;3.進化律;所有和諧系統具有同樣的性質:1.開放性;2.自組織性;3.非線性;4.無限發(fā)展性[1]。當愛因斯坦把大半生致力于統一場論時,其哲學上的需要相對物理學上而言或許要來得大,面對物理學的系統和諧,理論規(guī)則的分立是不能令他覺得滿意的。而化學工程的發(fā)展是不是因循同樣的哲學歷程呢?

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

二十世紀開始,化學工業(yè)迅猛發(fā)展,在社會經濟中占的比重越來越大,客觀上需要化學工程學科的發(fā)展和支持。隨著生產力的發(fā)展,人們對事物運動規(guī)律性的認識也愈來愈深化,愈來愈有概括性。伴隨著其他領域科學技術的快速進步,人們逐漸認識到化學工業(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,如1913年,德哈勃-博施法高壓合成氨技術的產業(yè)化,星火燎原的,化學工業(yè)呈現出巨大的發(fā)展前景。到了二十年代,美MIT的一些學者提出:不管化工生產的工藝如何千差萬別,它們在眾多的典型設備中進行著原理相同的物理過程。1920年,美MIT成立了第一個嚴格意義上的化工系,時W.K.Lewis任系主任。1922年美國化工學會認同了新的見解,引出了"單元操作"(UnitOperation)的概念,這一概念在蘇聯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、結晶和過濾等,以這些單元操作作為研究和學習的主要內容,是化學工程學科在二十世紀前半期發(fā)展的核心,其理論迅速成為發(fā)展化學工業(yè)的重要基石。這種把千變萬化、千差萬別的過程和工藝概括成"單元操作"是生產力發(fā)展到一定水平的反映,是化學工程學從"個性"到"共性"的第一個哲學性概括,是在一個系統整體性把握的高度上建立了一門技術科學,體現了系統科學發(fā)展的和諧統一規(guī)律。

隨著"單元操作"概念的確定,另一方面,化學工程學科中重要支柱之一的"反應工程"亦逐漸浮出水面。從最初的德Winkler流化床煤氣化爐的應用到德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,化學工業(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。直到1957年,歐洲第一屆反應工程會議,明確提出"反應工程"的概念,成為化學工程學科的重要組成部分,是化學工程學的進一步和諧統一。"反應工程"的建立,乃至今日仍備受困擾的"過程放大效應"問題,及從"逐級放大"到"數模放大"的研究都帶動了"化工過程系統工程"的發(fā)展,并共同體現了系統科學發(fā)展的和諧層次律。

就在"反應工程"發(fā)展的同時,"單元操作"得到了更加深刻的認識,人們發(fā)現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量的傳遞;干燥與蒸餾則是傳熱加傳質的操作……"[2]于是單元操作可以看成是傳熱、傳質及流體動量傳遞的特殊情況或特定的組合。這種認識的深化過程并沒有停止,人們進一步又發(fā)現了動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞之間的類似性。于是從二十世紀50年代開始,人們綜合了以往的成果,開始用統一的觀點來研究三種傳遞過程。1960年,美威斯康辛大學(Univ.Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《TransportPhenomena》一書,系統地采用統一的方法來處理三種傳遞現象,從此化學工程學科的核心過渡到了"三傳一反"的系統性概念。"三傳"的研究是系統科學和諧進化律的又一體現,使化學工程學達到了一個新的整體性高度,這種高度的和諧統一是對客觀世界本質性的認識,并在學科上反映出了系統科學的基本原理和性質,其影響力是普遍性的,是跨學科的,不僅使"傳遞原理"成為化學工程學的重要基礎,同時在生物工程、機械、航天和土木建筑等工程學科上也具有重要意義,并日益成為工程專業(yè)共有的一門技術基礎課,只是側重點有所差異而已。

至此化學工程學科自身經歷了一系列的演化和發(fā)展,并在短短的一個世紀中達到了一個前所未有的高度,涵括了眾多的生產和應用領域,如醫(yī)藥、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化學品等,每年為社會提供數以億噸計的千百萬種產品,是人們衣、食、住、行須臾不可離開的物質基礎,為社會繁榮作出了巨大貢獻。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)化進程,地球自然生態(tài)系統遭遇了前所未有的嚴峻局面,這之中,化學工業(yè)是造成大規(guī)模環(huán)境污染及惡性重復污染的主要過程之一,化學工程學科需要肩負起新的使命。1990年,"生態(tài)化工"(Eco-ChemicalEngineering)的概念提出來了,相應在化工生產和過程工藝中提出了"清潔化工"和"綠色化工"的概念,因時應勢,化學工程學開始了系統科學的自組織過程,這也是和諧系統對立統一發(fā)展的需要。在系統科學看來,自組織是和諧系統的基本性質之一,只有自組織系統能通過外部和自身內部的不斷協調、整合,在適應環(huán)境的同時保持自己的特性并產生新的功能。從自發(fā)到自覺地,化學工程學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。隨著新世紀的到來,世界正發(fā)生著全球性的變化,經濟、社會、環(huán)境和技術等領域都面臨著新范疇新理念的變更和沖擊[3]。化學工程學科需要因應時展而改變傳統的限制,不斷有新的概念提出來,如化學工程應是伺機而待的專業(yè)(aprofessioninwaiting);化學工程師必須"besteepedintechnology",能夠創(chuàng)新、開發(fā)、變換、調控和適應取代;化學工程學科要從"ProcessEngineering"達到"ProductEngineering"再到"FormulationEngineering"。進一步的綜合認為,化學工程學關注著同時發(fā)生在非常廣泛的時空跨度內的現象,必須具備多尺度、多目標的方法來達到過程的總體優(yōu)化。涵括了五個方面[4,5]:

①Nanoscale(納觀尺度):研究量子化學、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規(guī)律等。

③Mesoscale(介觀尺度):研究換熱設備、反應設備、塔器以及傳統的"單元操作"和"三傳一反"等。

④Macroscale(宏觀尺度):研究生產裝置和生產過程等。

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

于是化學工程學的核心轉變到了"多尺度、多目標擇優(yōu)"的概念,化學工程學科又到達一個新的和諧統一的高度,進入了更高層次的系統工程領域。

新的發(fā)展的深度促使化學工程學科作出了一定尺度的"分化",然而這還遠未結束,人們對世界的認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觸到了化學工程學科的神經,觸到了化學工程學的認識本質,并促使化學工程學需要有新的"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"是人類認識客觀世界的基本工具,"非線性"則是客觀世界的本質特征,是"線性"反映的目的,是從科學角度看待世界的一種和諧統一;而在對"混沌發(fā)展"的研究表明,"混沌運動的普遍存在,揭示了自然界中實際系統發(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為一種空間結構,而且以其不同空間尺度上的相似性,揭示了系統復雜運動的統一性。這種統一性是一個觀察"整體"的問題,只有在長時間范圍(因為混沌運動是一種長時間行為)和更高層次復雜性中才能顯現出來。"[6,7]這一問題涵蓋了自然科學和人文社會科學的眾多領域,具有重大的科學價值和深刻的哲學方法論意義。馬克思曾經預言:"自然科學往后將會把關于人類的科學總括在自己下面,正如關于人類的科學把自然科學總括在自己下面一樣:它們將成為一個科學。"從這一角度上,"非線性"問題是這種過程一體化的契合點以及整體認識論上的共性[8]。當站在這種整體性的高度上,化學工程學科獲得了全新的視野和更強大的分析解決問題的能力,并最終具有了學科融合的基礎。

在整個化學工程學科的孕育、誕生和發(fā)展過程中,始終交織著學科的"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,它又是自然科學(化學、物理等)和技術科學(機械、材料等)的融合。正如物理學家普朗克(Planck)所指出的:"科學是內在的整體,它被分解為單獨的部分不是取決于事物的本身,而是取決于人類認識能力的局限性,實際上存在著從物理到化學,通過生物學和人類學到社會學的連續(xù)的鏈條,這是任何一處都不能被打斷的鏈條。"事實上,當化學工程學科的核心發(fā)展到"非線性混沌系統"時,實現科學的融合已是其客觀系統性的需要,它需要強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生物學的人工神經網絡(ArtificialNeuralNetworks)技術為這種系統性的融合提供了新的思路和途徑。人工神經網絡特有的信息處理能力在愈來愈多的領域中展現出廣闊的應用前景,它具有如下特點[9,10]:

①學習:神經網絡可以根據外界環(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:經過學習訓練后,神經網絡的響應在某種程度上能夠對外界信息的少量丟失或自身組織的局部缺損不再很敏感,反映了神經網絡的健壯性(魯棒性),即工程上說的"容錯"能力。

③抽取:神經網絡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:神經網絡由眾多的神經元組成,以并行的方式處理信息,大大加快了運行速度,可以逼近任意復雜的非線性系統。

當然,神經網絡并非十全十美,其自身的發(fā)展就曾經歷過相當曲折的過程,但是,人工神經網絡(ANNs)特性的融合將是化學工程學科發(fā)展到非線性核心系統的自組織適應和需要。例如采用神經網絡設計的控制系統,適應性、穩(wěn)定性和智能性均較好,能處理復雜工藝過程的控制問題,也使得化學工程師不但也是機械工程師,還首先是系統工程師,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、應用、開發(fā)、生產等問題。

生產力的不斷發(fā)展,科學技術的持續(xù)進步,人類認識自然和改造自然的不斷深化,化學工程學科必將不斷"分化"和"融合",體現出和諧系統的無限發(fā)展性質。

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篇3

【關鍵詞】華峰班CDIO工程教育

20世紀的工程教育課程主要是提高學生的動手實踐，使學生掌握相關的專業(yè)知識和解決工程實際問題的能力。然而，隨著世界經濟全球化以及科學知識的發(fā)展，工程教育課程的教育偏向了“厚基礎、寬專業(yè)”的工程科學的培養(yǎng)模式，從而削弱了對學生解決工程實際問題的能力培養(yǎng)。這種培養(yǎng)方式導致了學生缺乏對現實工程情況應有的認知程度。為了解決這個難題，2000年由麻省理工學院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，主張以產品研發(fā)的CDIO全過程，即構思（ConcEive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）為載體，以工程項目生命周期全過程為載體培養(yǎng)學生的工程能力、學生的職業(yè)道德、學術知識和運用知識解決實際問題的能力，以及具備終生學習和團隊交流能力。

化學工程與技術作為化學工業(yè)的主要學科領域，擔負著促進化學工業(yè)及相關行業(yè)發(fā)展與進步的重要使命，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。本文以溫州大學化學工程與工藝專業(yè)的學生作為教學改革培養(yǎng)對象，將CDIO工程教育理念與化學工程與工藝的專業(yè)教育有機地結合，探索適合于以服務浙江及周邊地區(qū)經濟為導向的化學工程與工藝專業(yè)教學模式的改革與實踐。

一工科人才教育培養(yǎng)現狀

我國傳統的教學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生的模式。當前，我國工程教育是通識教育模式和蘇聯教育模式的結合體。解放前，我國的先進高等工科教育主要是來自西方一些教會式的大學教育。建國后，由于化學工業(yè)發(fā)展的需要，我國效仿蘇聯搞起了專業(yè)教育。這種專業(yè)教育培養(yǎng)模式為我國的現代化建設作出了較大的貢獻。其缺點是過于強調教材和教學大綱的統一，影響了教育工作者的思維活躍性，也阻礙了對工科學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，教育家們對蘇聯教育模式進行了回顧和反思，制定了通識教育和專業(yè)教育相結合的工科通識教育模式。然而，隨著我國產業(yè)的進一步升級以及高校的持續(xù)擴招，導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調基礎科學理論，而弱化了專業(yè)內容和工程實踐，導致了工科畢業(yè)生只了解一些表面的理論，缺乏工程應具備的實踐創(chuàng)新能力。

在辦學機制上，一方面，高校過于強調科研業(yè)績考核，許多具備豐富工程經驗的老師很少參與到實際的教學過程中，而參與教學的教師又與企業(yè)的聯系不緊密。負責教學的教師缺乏產業(yè)經驗，工程教學過程又缺乏與企業(yè)的有效溝通，造成了工程教育和社會需求的嚴重脫節(jié)。另一方面，雖然在教學上安排了生產見習、畢業(yè)實習等環(huán)節(jié)，但是不少學校在實踐教學環(huán)節(jié)上是比較薄弱的，這是因為見習、實習的時間一般比較短，相應的考核制度也不健全。

綜上所述，我國工科教育從教學模式、辦學機制等眾多方面都存在著與產業(yè)發(fā)展脫節(jié)的問題，嚴重影響了人才培養(yǎng)的質量。尤其是理論脫離實際、實踐環(huán)節(jié)薄弱、產學脫節(jié)的問題直接導致了學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)模式已經不能滿足產業(yè)升級的需求。為了更好地培養(yǎng)適合產業(yè)升級所需的人才，我們從培養(yǎng)模式上進行了改革探索。

二化學工程與工藝專業(yè)CDIO工程教育改革探索

CDIO工程教育模式改革旨在培養(yǎng)學生系統工程技術能力，尤其是項目的構思、設整理計、開發(fā)和實施能力，以及較強的自學、組織溝通和協調能力。CDIO模式以工程項目全生命周期的要求來組織教、學、做，學生需要掌握各門課程知識之間的聯系，并用于解決綜合問題。因此，課程體系的建設要突出課程之間的關聯性，這就必須打破教師單打獨斗的傳統教學方法，而圍繞CDIO工程項目的實施進行教學計劃和課程關聯工作。

1．化工核心課程群的組織與教師隊伍建設

核心課程群由化工熱力學、傳遞過程原理、化學反應工程、分離工程、化學工藝學、化工設計6門課程組成，構成了化學工程與工藝核心專業(yè)課的主體。化工設計以其他五門課程為基礎，對提高學生分析問題、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，是學好其他專業(yè)課程的基礎；化工熱力學則建立在分離工程的基礎之上，闡述工業(yè)條件下各種流體熱力學性質的計算；化學反應工程以傳遞過程為基礎，傳遞現象和化學反應工程利用數學的方法，從微觀角度闡述化學反應過程、設備設計的共性科學問題；化工工藝是關于化學品生產方法的技術科學，它以自然科學和工程科學規(guī)律為基礎，使化學反應達到工業(yè)化應用水平。由此可見，核心課程群的各門專業(yè)課是相輔相成的。

在課程群建設中，涉及專業(yè)課教學的老師主要通過進修、企業(yè)實踐、參加會議三種方式提高業(yè)務水平，對化工專業(yè)工程教育模式做到整體的認識，同時要求參與指導學生的化工設計。利用校企合作的機會，與企業(yè)方面的人才進行專業(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和以學生為主體的思想，使教師從教育者轉變?yōu)橐龑д撸處煵辉偈呛唵蔚刭u知識，而是引導學生學習知識，把主要任務放到教會學生學習方法上來。在教學方面的改革要得到全校上下的支持才可能順利進行。溫州大學為課程體系建設和師資建設提供了很好的平臺，在化工核心課程群教改的過程中提供了強有力的物質基礎和政策鼓勵。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、精細化工工藝學實施角色互換教學模式，讓學生參與到化工教學的過程中。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方法。

為了達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，個別章節(jié)內容的舍棄和補充，做到教學的知識體系完整、重點難點突出、學時合理分配，真正做到精選、精講教學內容。摒棄了過去教學活動中的單打獨斗，改為教學團隊授課，使各門課程有機地銜接起來。通過相互聽課并課后集體討論，指出教師課堂教學中存在的問題與不足，相互交流教學經驗，討論改進的方法與策略，使教師的整體教學水平迅速得到提升。

第二，教師工程素質的培養(yǎng)。不少高校在引進人才方面主要考慮的是教師科研水平，其次關注人才的企業(yè)實踐經驗。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，利用現有的教學資源，培養(yǎng)教學團隊的建設是很重要的一環(huán)。溫州大學化學工程與工藝教研所以化工設計為主線，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，利用學習、調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)參觀學習，不斷地提高老師的業(yè)務水平。同時，為了讓教師能夠很好地參與到企業(yè)生產實踐中，溫州大學對擔任科技特派員的教師提出教學科研任務減半、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習15天，杭州化工研究院學習3天，華峰學習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。教師工程素質的增強也使學生收益頗豐，在2010年省化工設計大賽和全國“三井杯”化工設計大賽中多次獲獎。

2．學生工程能力和團隊合作的培養(yǎng)

作為地方院校，溫州大學化學工程與工藝專業(yè)的辦學宗旨是以培養(yǎng)創(chuàng)新應用型人才為主，服務地方經濟和社會的發(fā)展。經過對近兩年該專業(yè)的畢業(yè)生調查的情況來看，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，導致他們從學校到公司需要較長的“崗位過渡時間”；（2）畢業(yè)生普遍缺乏對現代企業(yè)工作流程和文化的了解，缺乏團隊工作經驗、溝通能力和創(chuàng)新能力；（3）工程職業(yè)道德、敬業(yè)精神等人文素質薄弱，責任感不強。具體體現在：工作不踏實、心浮氣躁、做工程不細心、不愿承擔責任，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習。

從以上的調查結果來看，以目前的培養(yǎng)方案和評價標準來指導學生的專業(yè)教育經不起企業(yè)用人單位的考驗。為了更好地培養(yǎng)適應地方經濟社會發(fā)展的人才，實現對學生創(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)華峰集團實行校企聯合培養(yǎng)本科生，實施“華峰特色班”戰(zhàn)略。目前，“華峰班”的學生采用“3＋1”模式培養(yǎng)方案（即學生前三年在學校集中學習理論知識并完成實踐教學，最后一年到企業(yè)，接受企業(yè)的培訓，并在企業(yè)盯班盯崗接受生產實踐活動）。同時在工程專家的指導下，根據企業(yè)的需要對培養(yǎng)方案進行部分修改，增設華峰提出的部分課程，使得學生在校期間所學的基本知識和專業(yè)理論更貼近于華峰實際的應用。在這種戰(zhàn)略方針下，學生在企業(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”，增加了學生的工程實踐能力，有效地推進了CDIO教學改革。在2010屆的化工專業(yè)畢業(yè)生中，華峰集團招聘了7名華峰班學生。提升了學生的工程能力、團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、合理且科學有效的考核制度對本專業(yè)的健康發(fā)展起著至關重要的作用，它應當是對教學效果做出真實和客觀的評價，同時有利于提高學生學習的積極性和主動性。現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生掌握知識的程度以及教師上課的教學效果，但不能很好地促進學生學習的主動性。部分學生比較反感現行的考核制度，這是因為現行的考核方法存在比較單一、部分學生在學習上投機取巧也能獲得高分而影響其他學生學習的積極性、不能全面反應學生的綜合應用能力等問題。

CDIO教學模式以能力培養(yǎng)為目標，其主要培養(yǎng)的是學生的理論知識、職業(yè)技能、人際交流以及產品研發(fā)的CDIO全過程。采用CDIO教學模式，評價方法則應側重能力的考核，能力本位的教學觀貫穿課程設置和教學實踐的全過程。我們進行教改，其目的是提高學生的工程實際能力，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。

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

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關鍵詞：石油化工工藝；教學改革；實踐教學

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

一、引言

《石油化工工藝學》是繼基礎課和專業(yè)基礎課之后，化學工程與工藝專業(yè)主干專業(yè)課程之一。其主要任務是從石油化工生產工藝角度出發(fā)，運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方法與工藝原理、典型流程與關鍵設備、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，知識點多；課程內容廣泛，新工藝多；應用性強，理論與實際緊密結合。所以剛剛完成基礎課和專業(yè)基礎課學習、缺乏工程概念和實踐經驗的大學生，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、復雜多樣的生產實際問題，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》仍以課堂教學為主。雖有少學時的實踐教學，但企業(yè)從確保生產穩(wěn)定、安全等方面考慮，不允許實習學生動手操作。另外，傳統的“一塊黑板，一支粉筆”的教學方法根本不能讓學生對復雜的實際工藝過程真正理解、掌握，更不要說現場實際控制操作了。所以該課程教學效果較差，急需改革。針對該課程的特點及教學現狀，為了確保教學質量，提高教學效果，我們進行了教學改革探索。

二、強化課堂教學

《石油化工工藝學》以課堂教學為主。為了提高教學質量，培養(yǎng)學生興趣和學習的積極性、主動性，更好地實現理論與實踐的有機結合，首先應以教學手段的改革強化課堂教學。一方面引入了多媒體教學手段，借助多媒體的聲光交互、動靜結合的特點給學生全新的視覺感受，極大地提高學生的學習興趣；以圖片、聲像資料和動畫方式展示一些設備和生產工藝流程，解釋一些抽象的原理，展現一些復雜工藝流程中單元操作的實現過程等，直觀、形象，能幫助學生深入理解、開闊視野、增加興趣，使其在有限的時間內容易接受，實現了高效且良好的教學效果[1]。另一方面應借助學校開通的網絡教學平臺，豐富課堂教學內容，在教學過程中根據需要及時地向學生介紹最新工藝、與課程相關的國內外研究動態(tài)、企業(yè)生產現狀等，并對社會行業(yè)發(fā)展和人材結構需求等信息進行傳遞。除此之外，網絡教學平臺還可以實現師生的互動，使老師及時了解學生的困惑和對課程的掌握情況，以便課堂教學中有的放矢。這些教學手段的實施都大大地提高了教學質量和教學效果。其次以教學方法的改革強化課堂教學。傳統的“滿堂灌”教學方法，已無法滿足要求，需要采用多種教學方法并用。譬如啟發(fā)引導式[2]、討論式、情境教學式[3]、工程案例式[4，5]等。該方法既能增加師生之間的教學互動，又能激發(fā)學生的好奇心、學習興趣和求知、探索精神；既培養(yǎng)學生將基礎理論應用到專業(yè)課中的學習方法，又提高學生對實際問題的綜合分析能力和解決能力。這些教學方法的改革活躍了課堂氛圍，實現了師生的共同參與，改善了教學效果，提高了教學質量。

三、加強實踐教學

石油加工過程錯綜復雜。雖然課堂教學中運用多種教學方法，既注重了知識的交叉和融合，又注重了知識領域的拓寬和工程案例的結合，但是學生沒有實踐經驗，缺乏綜合分析的能力和將理論知識應用到實際工程問題的意識，所以必須加強實踐教學環(huán)節(jié)。認識實習、專業(yè)綜合實驗、頂崗實習等多種實踐類教學手段，不僅僅是理論教學的補充和完善，更是學生實踐能力培養(yǎng)與訓練的重要教學環(huán)節(jié)。首先使學生通過認識實習對石油化工工藝主要工藝的生產有一定的概念和認識，然后通過課堂教學，在具備“必須、夠用”理論知識的基礎上，通過專業(yè)綜合實驗、頂崗實習等實踐環(huán)節(jié)，循序漸進的分層實訓，使學生逐步將石油化工工藝關鍵理論與生產實際融為一體，這不僅為操作技能的訓練和形成提供了強有力的支撐，而且建立了工程意識、理論與實踐相結合的意識，具備了在實踐中學習的能力、綜合應用知識分析和解決實際問題的能力以及人際交往與團隊協作精神[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，且在教學中從教學方法、手段、實踐等多個環(huán)節(jié)也引導學生建立工程意識，但還需要學生進一步在實踐中自己主動的、習慣性的去強化工程意識，培養(yǎng)工程思維能力。譬如，學生自編工藝[7]，讓學生自選課題，用分析與綜合的方法根據工程實際生產編制工藝并組織討論；請實習基地的外聘企業(yè)專家定期進入學校，走上講臺，開設應用技術講座、工程案例分析；學生自制剪輯并配有錄音的工廠裝置圖片、工藝圖片，以及一些現場教學錄像；老師和學生走進企業(yè)，現場教學；深入車間，頂崗實習等，這些都可以在實踐中培養(yǎng)并強化工程意識，使學生逐漸地學會從工程觀念的角度考慮每一個生產環(huán)節(jié)，配置合理的流程，實現生產的最優(yōu)化。

五、改革教學模塊

根據專業(yè)、課程特點和教學目標，整個教學過程由原來的“滿堂灌”和專業(yè)實驗兩個模塊改為五個模塊：認識實習模塊、理論教學模塊、專業(yè)綜合實驗模塊、現場教學模塊和頂崗實習模塊。認識實習模塊使學生近距離接觸生產流程、設備等，建立感官認識和概念，并產生好奇、興趣和探索的欲望；理論教學模塊是指學生學習理論知識，并在老師的引導下應用理論知識去分析工程中的實際問題，結合企業(yè)的裝置圖片、講解和現場教學錄像等建立工程觀念、分析并解決實際問題；專業(yè)綜合實驗模塊是指學生可以自由選題，根據認識實習和理論教學所掌握的知識，通過分析和綜合考慮自編工藝，在指導教師的指導下獨立完成。這不僅使學生獲得了學有所用的成就感，而且培養(yǎng)了學生綜合思維能力、動手能力和分析解決實際問題的能力；現場教學模塊既使學生鞏固了理論知識，又系統化的深入認識了工藝流程、設備等，還強化了學生的工程觀念及綜合分析能力；頂崗實習模塊則是針對生產實際中的某個工段或車間進行更深入和細致的學習與研究，包括流程、設備、操作條件的調試、簡單故障的排除等，最終實現理論和實踐的統一，并使學生能應用工程觀念、理論知識去綜合分析和解決實際生產問題，具備一定的動手操作技能和排除故障的能力。

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

六、結語

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

參考文獻：

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關鍵詞:化學反應工程;教學改革;教材;實施方案

《化學反應工程》課程是化工類及相關專業(yè)的核心課程之一，屬于本專業(yè)重要的專業(yè)基礎課和必修課，在化工類學生的培養(yǎng)過程中起著舉足輕重的作用。化學反應工程是一門研究與化學反應工程相關問題的一門科學技術，是從上世紀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、化工熱力學、化工工藝學、催化劑等相關學科互相交叉互相滲透而演變成的一門邊緣學科［1］。通過近幾年的教學經驗和調查研究發(fā)現，學生普遍認為化學反應工程是大學課程中最難學的基礎課程之一，學習過程中發(fā)現理論計算公式復雜，反應器種類繁多，課程學習結束后感到一頭霧水，抓不住重點。因此，面對這樣一門課程，如何進行教學，讓學生理解起來更加形象生動，從更本上改變化學反應工程的教學現狀是我們目前的重要任務。本文結合不同種類高等學校選用教材的特點和差異，并根據我校化工專業(yè)的特色，提出了《化學反應工程》課程教學的側重點，從多方面對本課程的教學提出了改革實施方案。

1《化學反應工程》教學在化工專業(yè)中的作用

化學反應工程的主要任務是研究化工生產過程中反應器內的反應規(guī)律和傳遞現象，使化學反應實現工業(yè)化生產的一門技術科學，是提高化工生產技術所必需的科學技術理論。化學反應工程在化學化工領域中起著舉足輕重的作用，目前各種化學品的生產和應用無不借助于化學反應工程相關的理論知識。在20世紀40年代，一個化學反應過程的技術開發(fā)到真正的工業(yè)生產大概需要十年以上的時間，而現在只需要三到五年。此外，隨著計算機技術的快速發(fā)展，中試試驗的規(guī)模不斷縮小，試驗的次數也不斷減少，大大加快了化工廠建設的步伐，降低了投資建設的成本［2］。因此，作為一門理論教學課程，將化學反應工程這門課程作為化工專業(yè)方向的重點課程進行建設，對于高等學校教學改革的促進、本科教學質量的提高、優(yōu)秀化工專業(yè)人才的培養(yǎng)具有十分重要的意義。濟南大學作為一所省部共建的大學，化學工程與工藝專業(yè)一直是本學校的特色學科，學校對化工類學生的培養(yǎng)目標一直是培養(yǎng)應用型高技術的人才，每年為我國的精細化工和石油化工行業(yè)輸送大約240名高水平人才，對精細化工和石油化工行業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。為此在化學反應工程教學過程中，我們緊密結合我校的特點和化工實際生產的需要，著重提升學生的反應工程知識儲備，培養(yǎng)學生分析解決實際工程問題的能力，并在教學過程中不斷地進行教學改革和實踐，把課程、教材的理論研究和教學方法相結合，不斷提升《化學反應工程》的教學效果。

2不同類型高校選用教材的特點和差異

直到20世紀70年代，化學反應工程的相關研究成果才開始被大量地介紹到國內，其中華東理工大學的陳敏恒教授，天津大學的李紹芬教授，浙江大學的陳甘棠教授，四川大學的王建華教授等是國內最早從事反應工程教學的學者。到了80年代以后，國內從事化學反應工程學科教學研究的隊伍迅速壯大，并且化學反應工程的研究逐漸滲透到各種化工領域，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。反應工程已經成為我國化工類專業(yè)學生的一門非常重要的專業(yè)課程。目前國內已有120所大學和科研單位培養(yǎng)化工類相關專業(yè)的人才，例如清華大學、天津大學、華東理工大學、北京化工大學、中國石油大學、南京工業(yè)大學、浙江大學、大連理工大學、四川大學、華南理工大學和濟南大學等。目前化學反應工程學科正在蓬勃發(fā)展，由于國內高校地區(qū)和專業(yè)特色的不同，不同高校在化學反應工程教材選擇上也存在差異，各有各的特點。作者就不同高校所使用的《化學反應工程》教材進行了匯總和分析。首先介紹一下陳甘棠教授主編的《化學反應工程》(第三版)，這本教材是國內許多化工類高校選用的主要教材之一，隨著我國在化學反應工程這一重要學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］。該部教材的特點是著重基礎，本書共分為十章，分別介紹了均相反應過程，包括均相反應動力學基礎、均相反應器、非理想流動:非均相反應過程，包括氣—固相催化反應過程、非催化兩流體相反應過程、固定床反應器、流化床反應器;聚合反應過程，包括聚合過程的化學與動力學基礎;生化反應過程，包括生化動力學基礎、生化反應器。該部教材注重反應工程研究方法的介紹，在不同的章節(jié)內容中論述了反應工程學的發(fā)展方向，有助于讀者進一步深入研究。朱炳辰老師主編的《化學反應工程》也受到國內很多工科類高校化工專業(yè)老師和學生的青睞。本部教材的第一版是由化學工業(yè)出版社于1993年出版，截至目前本部教材已經出版到第四版，其中第三版累計發(fā)行量高達32000冊。《化學反應工程》第四版主要吸收了一些關于現代化學反應工程發(fā)展方向方面的知識，本部教材的主線是圍繞化學反應與動量、質量、熱量傳遞交互作用的共性歸納綜合的宏觀反應過程，以及如何解決反應裝置的工程分析和設計。該書對近年來出現的化學反應新概念、新理論和新方法做了大量闡述。另外，對于國內一些偏工科的化工類高等院校，選用的教材大多數以郭鍇老師主編的《化學反應工程》為主，本部教材的主要內容包括:均相單一反應動力學和理想反應器、復合反應和反應器選型、非理想流動反應器、氣固相催化反應本征動力學、氣固相催化反應宏觀動力學、氣固相催化反應固定床反應器、氣固相催化反應流化床反應器、氣液相反應過程與反應器、反應器的熱穩(wěn)定性和參數靈敏性。本部教材的特點是主要突出了該門課程的重點和難點，刪除了一些與教學大綱聯系不是十分密切相關的內容，并著重講解解決化學工程問題的基本方法。除此之外，羅康碧老師主編的《化學反應工程》教材結合了理科和工科的綜合優(yōu)勢，吸收了國內外相關教材的許多內容和好的經驗，增添了一些反應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，將重點放在化工專業(yè)領域內共性的基本問題上，并且同時體現了其教學性。本部教材先重點闡述基本概念和基本原理，然后結合實際生產，詳細論述各種常用反應器的設計方法，并列出詳細的例題和課后習題，用于幫助學生利用所學到的反應工程原理去分析和解決實際應用問題。近年來，梁斌等老師主編的《化學反應工程》第二版也受到國內許多化工類高校老師和學生的歡迎。在本部教材中，主要內容是以《化學反應工程》、《反應器理論分析》及國內外相關優(yōu)秀教材為基礎，致力于培養(yǎng)學生的分析問題能力和提高學生的工程實際知識儲備，減少了教材內容在模型分析上的過程描述，加強學生在建立模型方面的訓練。另外，本部教材還增加了工業(yè)應用背景的實例分析和課后習題，在分析解答這些習題的過程中讓學生充分掌握反應工程的基本原理和相關知識，使教學內容盡量與科學研究和工程實踐同步。

3我校化工專業(yè)的特點和教學側重點

濟南大學的化學工程與工藝專業(yè)屬于理論性和應用性兼顧的一門特色化工學科，本專業(yè)始建于1992年，前身為山東建材學院精細化工專業(yè)，1993年招生，是濟南大學重點學科的重要組成部分，2007年被學校授予校級特色專業(yè)，2012年成為山東省品牌(特色)專業(yè)，現為山東省氟化學化工材料重點實驗室依托專業(yè)之一。其中化學反應工程這門課是本專業(yè)重要的專業(yè)基礎課和必修課，另外，化學反應工程課程的理論教學是本專業(yè)本科教學的重要組成部分，起著理論指導和基礎知識培養(yǎng)的作用。另外，從學校每年安排的工程實習學時就可以看出，學校對學生的動手能力和實踐能力提出了更高的要求。例如學校每年組織化學工程與工藝專業(yè)大三學生去山東金城醫(yī)藥化工有限公司進行生產實習，主要參觀和學習2－甲氧羰基甲氧亞胺基－4－氯－3－氧代丁酸生產車間的反應器設計和工藝裝置流程圖。通過調研每年的學生生產實習效果發(fā)現:學生在學習完實際工業(yè)生產裝置后，對課本上的基本概念和原理理解的更加透徹。根據我校化工專業(yè)的特點，在《化學反應工程》的課程教學上，我們選擇的教材是郭鍇老師主編的《化學反應工程》第二版。在課堂教學過程中我們的教學目標為:通過對反應工程理論的學習，能夠運用化學反應工程的理論方法建立數學模型，優(yōu)化設計反應器、或者改善化學反應場所、改進現有的化工生產工藝;進一步提高學生的理論聯系實際的能力，培養(yǎng)學生判斷和解決問題的能力，使學生學會研究的方法，為進入研究生學習打下良好的基礎;掌握由化學動力學特性建立動力學方程、建立數學模型、優(yōu)化和設計反應器及改進化工工藝的理論;運用化學反應工程的知識，能夠進行基本化工反應裝置反應器的設計。

4擬采用或已經實施的教學方法

化學反應工程具有跨接多種學科的特點，結合本校化學工程與工藝專業(yè)的特色和優(yōu)勢，筆者從以下方面進行了教學方法的改進。(1)結合我校特點濟南大學在醫(yī)藥中間體工業(yè)化生產、氟化學材料合成、精細化學品制備和環(huán)境催化方向具有鮮明的特色和優(yōu)勢，已經發(fā)展成為以新產品開發(fā)、新工藝設計、新技術應用為特色的精細化工和化工領域高級人才培養(yǎng)、科學研究和新技術開發(fā)的重要基地之一，并多次獲得國家科技進步獎和發(fā)明獎。因此，在本科教學過程中，要結合我校化工專業(yè)的特色，著重講解氣固相催化反應和氣液相反應過程，并要求學生能夠運用化學反應工程的知識進行基本化工反應裝置或反應器的設計，進一步提高學生的理論聯系實際的能力，培養(yǎng)學生判斷和解決問題的能力，為社會培養(yǎng)優(yōu)秀的化學化工(醫(yī)藥中間體、氟化學材料和精細化學品)相關人才。(2)闡述方法和教學方式的改進目前全國高等學校的教學方式還是以灌輸式教學為主，老師主動講，學生盲目聽，導致課堂利用率低，學生學習效率不高。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，多媒體技術在高校已經普遍使用，雖然這樣可以改善課堂教學方式，豐富課堂教學內容，提高學生的學習興趣，但是多媒體技術的使用導致每節(jié)課的授課內容大大增加，學生并不能高效率的吸收每節(jié)課中所有的知識點，導致在學期末時學生對這門課的了解程度并不高［4］。例如，我在第一次講授《化學反應工程》這門課程時，由于講課經驗和技巧都很欠缺，所以在整個課堂教學過程中完全按照多媒體上的內容進行閱讀，這樣生硬的填鴨式的教學模式，導致整個課堂教學效果很差。因此這樣的灌輸式教學模式會導致學生盲目聽從，其自主性和能動性大大缺失，所以在以后的教學過程中，我們要“授之以漁”，而非“授之以魚”，這需要我們在教學方式上加以引導［5］。筆者認為改變這種填鴨式的教學模式，主要的突破口就是讓學生參與到課堂教學過程中，充分調動學生的積極性并培養(yǎng)學生對本門課的學習興趣。針對這一措施，筆者在教學過程中進行了一些探索和改進，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，可以在課前讓學生充分的查閱資料，然后在課堂上讓學生進行講解，在這過程中并進行充分討論，最后老師做總結，并糾正學生的錯誤觀點。這種“查閱資料－主題討論－問題反饋”的教學模式，能夠讓學生參與到課堂教學過程中，讓學生做課堂真正的主人，提高學生的主觀能動性，改變填鴨式教學的不足。(3)注重理論和實際的結合在高校的課堂教學過程中，教科書是一種不可或缺的教學工具，但也不能作為唯一的使用工具，教科書在本科教學過程中只能作為一種輔助的工具。這樣就要求老師在教學過程中要靈活應用教材，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上，注重理論和實際相結合。在每一章的講述過程中，把每一個知識點都與實際工業(yè)應用相互關聯，并闡明其主要的熱量傳遞、動量傳遞、質量傳遞及化學反應在實際過程中是如何應用的，以加深學生對每一個知識點的理解。另外，還要注意結合科研成果，對學科前沿知識進行講解，讓學生了解目前化學反應工程的研究動向，例如在講解氣固相催化反應本征動力學時，可以引入最新發(fā)表的經典文獻，通過對文獻的講解，加深學生對氣固相反應本征動力學的理解，知道如何來研究一個催化劑的本征反應活性。通過這種理論與實際相結合的方法，可以大大提高學生在課堂上的學習效率。在對《化學反應工程》課程教學方法不斷改進后，獲得了良好的課堂效果，這不僅對教師的教學能力是一種轉變和提高，對化工類學生思維和能力的培養(yǎng)也具有重要的意義。

參考文獻

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［4］吳元欣，朱圣東，吳迎.以多尺度理念構建新的化學反應工程體系［J］.武漢工程大學學報，2011，33(1):2－3.

篇6

[關鍵詞]化工工藝；安全設計；危險控制；

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

化工行業(yè)是我國的基礎支撐產業(yè)，是國民經濟的重要組成部分，但是化工生產是危險性行業(yè)，在實際的生產過程中存在著較多的安全隱患因素，從而影響了化工生產的安全性，因此加強化工工藝安全設計中危險的識別和控制工作至關重要。

1.化工工藝安全設計的相關內容闡述

化工工藝安全設計是指根據化學物質的特性來設計工藝流程，同時優(yōu)化化工設備、管道工藝及儀表自動化等。通常而言，化工工藝設計要以產品的需求為原則，以滿足產品生產為出發(fā)點，這就需要設計人員在安全設計中要充分了解產品的特點和性能，尤其是加強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品進行安全檢驗，避免在產品工藝安全設計中存在安全隱患。通過調查顯示化工工藝安全設計危險控制中主要存在著以下的問題：①審核資料不過關，化工工藝安全設計需要充分的數據支撐，同時要保證數據的準確性，這樣才能保證工藝安全設計的優(yōu)化，消除隱藏的安全隱患。②對于化工產品的了解不足，化工產品具有危險性，同時其種類較多，包含了有機物、無機物等物質，因此要充分了解產品的物性，并根據產品性質來設計生產設備的設計和工藝的優(yōu)化。

2.化工工藝安全設計中危險探究

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

2.1 工藝安全設計的周期不足

化工工藝的設計是一項精密性的工作，要強化每一個細節(jié)的工藝設計和銜接工作，并針對工藝設計中可能存在的安全隱患進行及時地跟蹤觀察。因此，化工工藝在設計前要進行充分地實驗驗證，以獲取足夠的實驗數據。但是有些工藝設計人員為了盡快實現工業(yè)化生產，盡早的獲取高額的利潤，在沒有充足實驗數據的基礎上，就開展工藝設計工作，工藝安全設計的周期嚴重不足，也導致了工藝設計數據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危險的存在，由于大化工產業(yè)都需要高溫高壓的反應環(huán)境，同時其使用的原材料和產品中都含有易燃、易爆、腐蝕性、氧化性等物質，這些物質對于人體的健康造成了極大的威脅，因此化工工藝設計要把安全生產放在首要位置。但是由于化工生產牽涉的領域較廣，存在的安全因素較多，其整體性的安全指數較低。

2.3 設計規(guī)范的執(zhí)行情況

化工行業(yè)是基礎經濟行業(yè)，同時也是對于技術性和科學性要求較高的行業(yè)，國家針對化工安全設計出臺了較為全面的政策法規(guī)和標準規(guī)范等，其內容涵蓋了防火、防爆等方面，有效提高了設計工作的安全性和科學性，但是在實際的化工設計中，由于相關標準規(guī)范的執(zhí)行不當，且化工工藝設計工作缺乏有效的監(jiān)管，造成部分安全指數較低的項目投入生產，埋下了安全隱患。

3 化工工藝安全設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計人員的常識性能力，因此工藝設計人員應當對于生產項目中物料性質有著充足的了解，掌握了解材料的危險屬性和危害程度，最重要設計好危險品泄漏的應急方案，加強對于危險品的控制力度。例如在陽離子樹脂的工藝設計中，其生產材料要使用濃度較高的濃硫酸，濃硫酸是強氧化性物質，一旦接觸到人體皮膚，就會造成大面積的皮膚傷害，因此，工藝設計人員在生產設計中，要掌握濃硫酸燙傷的預防，并優(yōu)化設計管路，避免出現危險物質的泄漏。

3.2 工藝路線方面

不同工藝路線對化學反應物質的用量不同，同時也會對反應的激烈程度、放熱程度影響較大，因此，要優(yōu)化化工工藝設計，通過優(yōu)化工藝流程來減少危險物質的使用量，同時來控制反應的反應速率，維持可操作的反應環(huán)境。此外要盡量減少中間儲罐的使用，減少危險源數量，同時也可以實現反應環(huán)保性優(yōu)化，降低反應對環(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、洗滌塔等設備，提高了化工線路的運行合理性，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計圖

3.3 化學反應方面

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

3.4 管道方面

管道是化工工藝安全設計的危險環(huán)節(jié)之一，由于化工產品的特殊性，其對運輸管路的要求較高，除了要求管路具備良好的強度，同時也要求管路具備很強的抗腐蝕性和防爆破性，減少有害物質的滲漏。管路設計應當綜合考慮選材、布置、振動和應力分析的影響，優(yōu)化管路操作條件。另外，要結合實際的化工工藝來選擇管路和閥門的材質，并結合運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輸，要選擇封閉性較好的管路型材，同時要具備較強的抗爆性能，防止在高壓下造成管路的破裂。

4.總結

總而言之，在化工工藝設計中，存在著較多的安全隱患，因此，化工單位在工藝設計時，應當充分研究工藝流程，加強對于使用的危險物品控制和管理，提高工藝設計的安全性，保證化工生產的安全性。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，文中如有不當之處還望相關專業(yè)人士批評指正。

參考文獻

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篇7

關鍵詞：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反應將原材料轉變?yōu)楫a品的過程，包括原料處理（凈化、乳化、混合）、化學反應（氧化、還原、聚合）及產品精制（去除雜質及廢棄混合物）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行且經濟合理的關鍵所在。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；第二部分重點探討了正確選擇萃取劑的有效方法，旨在給相關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

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

第一，物理性質及化學性穩(wěn)定原則。化工工藝流程生產過程中涉及到很多化學反應，如氧化反應、還原反應等。為此需選擇物理及化學性質穩(wěn)定的萃取劑，減少對化工工程生產流程的影響，保證萃取質量。

第二，毒性小原則。隨著化學化工工藝的不斷發(fā)展和進步，對化工生產質量提出更高的要求：優(yōu)質、高效、經濟安全、毒性小。為此一方面要完善各項生產工藝，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，這樣可以有效擴大分離系數，且分離系數越大，萃取劑越合理。

第四，經濟實惠原則。現代社會提倡節(jié)能環(huán)保，化工工藝流程生產也不例外。在保證萃取劑質量的基礎上盡量選擇經濟實惠的萃取劑，節(jié)約成本，盡可能地以最少的成本投入獲取最大的經濟效益。

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，但其不足之處在于使用范圍有限。具體來說，正規(guī)溶液理論可以根據純物質的性質直接判斷混合物的性質，在中低極性混合溶液中應用較多，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雜，可見該理論對萃取劑的選擇有一定的局限。為此很多學者建議在極性溶劑中采取內聚能形式，利用無限稀釋活度系數計算極性分析相關數值，在某些極性分子檢測中獲得成功，適當擴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物組成，雖然有機物類型多樣且混雜，但在某種程度上它們是由幾十種基團組成，于是很多研究者著手研究從幾十種基團中判斷混合物的性質，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基團溶液。基團溶液主要是在基團貢獻模型基礎上發(fā)展而來的。②局部組成。局部組成概念是在擬化學理論的基礎上發(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，具有參數齊全、適用范圍相對較大等優(yōu)點。隨后gmehling等人對該修正模型不斷改進和創(chuàng)新，最終得到簡化公式，根據該供述可以快速有效地獲得無限稀釋活度系數，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的，因此他增添了非隨機參數，提出基于液相分層的nrtl 模型法。隨后相關學者（如意大利學者vetere）對該模型法進行了一系列深入研究和拓展，使得nrtl 模型法除了在含

水體系中應用外，還可以在其他體系中運用，且預測精度較高。

2.4 選擇反萃取能力強的萃取劑

利用萃取劑進行化工萃取工藝時，若萃取過程中環(huán)境受到影響，那么萃取物質也容易發(fā)生變化（從有機物質轉變?yōu)樗@就要求萃取劑具有較強的反萃取能力。為此需根據化工生產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性穩(wěn)定、毒性小、物理性質良好、經濟實惠等功能。

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。對混合物進行萃取時，應嚴格控制萃取物的容量，即萃取期間，其單位容量能夠對強保留分離物進行保留，該方式才能充分體現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，即萃取期間，可以分離原材料中的雜質和有效成分。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，進行實際萃取期間，根據萃取需要選擇合適的萃取劑，如利用萃取技術處理工業(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，筆者認為，當廢水的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，應保證萃取劑的密度與材料的密度存在差異，即兩種物質相溶性較差。萃取劑具有油溶點低的特點，而水溶相對較好。取萃取劑對材料（水）進行萃取時，可以促使材料分層，有效避免乳化現象。因此，工業(yè)人員應基于材料的密度，選擇與其密度差較大的萃取劑進行工業(yè)萃取，能夠充分保證萃取質量。

第三，保證萃取劑化學性質穩(wěn)定。萃取劑化學性質主要包括熔點、沸點、相對密度及腐蝕性等，保證上述這些化學性質符合要求，如熔點及沸點要低、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、粗苯等物質易揮發(fā)，易造成二次污染；二異丙基醚相對上述物質具有乳化性弱、揮發(fā)性弱等特點，因此煤化工污水處理可選取二異丙基醚。

3 結束語

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行及經濟合理性與萃取劑的選擇有著直接的聯系。為此要根據化工工藝流程生產實際情況選擇化學性及物理性穩(wěn)定、毒性小、選擇性高、經濟實惠、反萃取能力強的萃取劑。同時嚴格按照萃取工藝標準或要求操作，安全高效地分離化學物質，充分發(fā)揮萃取劑及萃取分離法在化工工藝流程生產中的作用。

參考文獻

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篇8

關鍵詞:化工工藝設計;實踐環(huán)節(jié);教學改革

為適應國家戰(zhàn)略發(fā)展需要，2013年教育部、中國工程院聯合出臺了《卓越工程師教育培養(yǎng)計劃通用標準》，為高等院校培育工程技術人才提出了新的標桿，也提供了新的契機。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，對高質量各類型的工程技術人才需求十分迫切。化工工藝設計課便是培養(yǎng)化工專業(yè)優(yōu)秀工程技術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)展現出其在本科教學課程體系中無可替代的作用和地位。

1化工工藝設計課簡介

化工工藝設計課(以下簡稱“工藝設計課”)目前在國內大多數設立化學工程與工藝專業(yè)的院校都有開設，一般安排在本科四年級，是在學生學完專業(yè)基礎課之后，綜合運用專業(yè)基礎課、制圖以及經濟、安全等方面的專業(yè)知識解決問題的一次訓練，更能夠迫使學生從做題的情境切換到工程實際的情境，因而能加快學生的思維向工程思維轉變，能切實提高學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，工藝設計課在優(yōu)秀工程技術人才的培養(yǎng)方面具有獨特的優(yōu)勢。然而，由于多種原因，工藝設計課還存在著不少問題，這門課的優(yōu)勢還遠未被充分發(fā)掘，應有的教學效果還遠未達到。

2工藝設計課存在的問題及原因剖析

縱觀國內開展工藝設計課的高等院校，目前該課程教學過程中發(fā)現的主要問題可歸納為以下五點。

2.1設計要求和難度一降再降

工藝設計課教學效果難以達到預期，很大程度上源于設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、聯系出國、進實驗室、參加學生工作和社會實踐，難以專注于專業(yè)課程學習本身。因此，學生們能真正投入到工藝設計課中的時間越來越少。例如，每年都有大量學生參加考研，考研之后緊接著就是畢業(yè)設計，使得學生很難充分重視工藝設計這門課。另一方面，化工設計工作量巨大，真正的設計從來都是團隊共同作業(yè)才能完成。但在實際教學中，為防止學生抄襲而催生的“一人一題”的強制要求，也使得教師很難提出由多人共同完成一個設計任務的設想，因而也不得不降低對個人的要求和難度。

2.2設計題目缺乏精心設計

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

2.3缺乏高效的“過程管理”

目前很多院校完全采用“結果管理”的教學模式，存在很大問題。所謂完全采用“結果管理”，即設計開始階段做一次較為充分的宣講，對設計過程不甚關心，完全以最終的報告和圖紙定成績。有些教師迫于科研壓力，不愿在設計課上投入時間精力實施過程管理，甚至以“設計課以學生為主、學生自己完成”為理由，過度精簡了設計過程中的師生互動環(huán)節(jié)。當然，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生自由發(fā)揮的地方過多，學生的設計計算結果五花八門，教師很難對學生的階段性進展做出高效反饋，甚至會打擊青年教師的信心。誠然，設計沒有標準答案，充分開放的設計題目更有利于啟發(fā)學生，但這更多是針對設計大賽或是畢業(yè)設計。對于學時有限的工藝設計課教學，筆者不敢茍同。

2.4指導教師與真實設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，學術型的居多，大多沒有經歷過多少設計實踐，自身工程設計底子薄。即使是有一定經驗的教師，也有很多沒接觸過真正的、有代表性的設計資料。筆者所在的教研室只是收藏了一些早期的紙質版的圖紙供學生學習，能反映當今化工廠、化工車間設計成果的圖紙(特別是CAD電子版的圖紙)還非常有限。學生們從未見過規(guī)范的設計文件和圖紙，他們上交的報告和圖紙都與行業(yè)規(guī)范相差甚遠。

2.5先修課程缺乏對工藝設計課的鋪墊

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

3改進工藝設計課的若干措施

筆者結合自己的教學實踐以及在學生階段的一些設計經歷，嘗試總結了一些可能對解決上述問題有所改善的措施，分五點陳述如下。

3.1精心安排設計時間

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

(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期，實際教學則可以跨年度。具體地說，是從考研結束之后那一周算起，完整進行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計課的影響。

(3)給學生較為充足的報告撰寫時間。在教學環(huán)節(jié)結束后，推遲1～2周(甚至整個寒假)收繳報告和圖紙，給學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，都統一在春季學期的第一周做完并上交報告，以減少對《畢業(yè)設計》環(huán)節(jié)的干擾。

3.2精心制定設計題目

(1)設計題目應更強調過程和整體。應通過設計條件的合理設定，使得任何一個單元操作都不可能獨立求解，籍此強化過程物料衡算和過程設計的概念，使學生認識到過程設計不是單元操作設計的簡單加和，有利于培養(yǎng)學生的大局觀和主人翁意識。

(2)拉開“一人一題”設計條件的差異。通過設置不同的設計條件參數，對設計題目分組，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”的學生不得不思考別人的結果哪些可以借鑒，哪些不能簡單照搬，在這樣的“詢問他人+自我思考”中也潛移默化地達到了教學的目的，“少數人栽樹、多數人乘涼”的狀態(tài)得到有效的遏制。

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

(4)避免重復訓練。設計題目最好應包括反應器設計。如果沒有反應器，指導教師還應充分注意所帶班級《化工原理課程設計》的題目，使得核心單元操作與《化工原理課程設計》有所區(qū)別。

3.3完善成績評定方式

最終成績應是設計步驟(設計過程)、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，設計步驟(設計過程)環(huán)節(jié)是過程監(jiān)控性質的，應規(guī)定學生在每個節(jié)點必須完成的任務，且對其完成情況作出快速、準確的評估;答辯(測驗)環(huán)節(jié)也是過程監(jiān)控性質的，是教師了解學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加強設計類課程的中青年教師培養(yǎng)

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

(2)鼓勵設計課相關的教師“走出去”訪問學習。鼓勵工藝設計課相關的教師，包括從事《化工設計》理論課教學的老師，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《化工設計》理論課，了解其授課內容，學習其先進的課堂組織方式和授課方式。筆者本科階段上過天津大學王靜康院士負責的《化工設計》課，深刻體會到:把《化工設計》理論課上好，是調動學生興趣的第一步;否則，學生就會本能地對設計實踐課產生抵觸情緒，很難談得上有興趣。

(3)下大力氣收集、整理真實的設計案例。學院和教研室應設法為一部分指導教師創(chuàng)造去設計院實訓的機會，積累一些真實的設計案例，至少是獲得一些標準規(guī)范的PID、平立面布置、設備、配管設計等圖紙，加以分類，做好資源共享管理。

3.5加強不同專業(yè)課教師之間的溝通、協作

在此筆者有兩個特別建議:

①特別建議帶設計的指導教師參加實習。比如，在生產實習過程中，要求學生認真體會工藝設計相關的工藝和單元操作，了解廠區(qū)總圖布置、設備布置、管線走向、監(jiān)控室設計等，學習工程實際中的反應器和多組分分離系統。

②特別建議《化工工藝設計》的指導教師也從事《化工原理課程設計》的教學，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計課的相通點和不同之處，使得工藝設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屆學生，效果良好。

4結語

工藝設計課是化工專業(yè)設計類實踐環(huán)節(jié)的典型代表，綜合性和應用性都很強。在高等工程教育深化改革方面，工藝設計課是大有可為的，應引起相關專業(yè)、相關院校和相關部門的高度重視。一方面，必須從學校、學院和教研室層面重視起來，為支持設計課的發(fā)展、構筑合理的專業(yè)培養(yǎng)體系精心謀劃、大膽創(chuàng)新;另一方面，這門課以及化工設計相關的指導教師應當意識到自己身上的責任和使命，下大力氣提高組織教學的水平和業(yè)務水平。如此經過全方位多角度的改進，工藝設計課的教學質量才會不斷提高，才會在培養(yǎng)高層次工程技術人才方面發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

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篇9

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

（1）項目教學法實施前的理論準備

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

（2）下達項目任務，指導學生分組

教師結合實踐，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。在指導學生分組時，根據我校專業(yè)劃分和通選課的選課特點，可以將藝術設計、造紙、印刷、計算機等不同專業(yè)的學生混編在一起，這樣可以取長補短，充分發(fā)揮每個學生的專業(yè)特長，調動學生的參與熱情和創(chuàng)作激情。

（3）指導學生制定項目實施規(guī)劃

教師指導各個項目小組，利用各類學習資源，制定具體的項目實施規(guī)劃，鼓勵學生開展討論交流、實踐調查和開拓創(chuàng)新。教師可以告知學生需要準備哪些知識、查閱哪些手冊、調研哪些地點，來完成項目實施規(guī)劃，同時指導各個小組明確小組成員的職責和任務。比如，小組中造紙專業(yè)的學生負責書籍整體材料的準備、印刷專業(yè)的學生負責書籍印刷裝訂方式的制定、藝術設計專業(yè)的學生負責書籍整體版面布局的構思、計算機專業(yè)的學生負責書籍整體形態(tài)的計算機繪制，這樣安排有助于學生小組協作和團隊精神的培養(yǎng)。

（4）指導各個項目的完成

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

2互動教學法

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

（1）問題式互動

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

（2）案例式互動

比如講到概念書籍設計時，在分析一個木質材料橢圓體結構的概念書籍作品后，可以讓學生思考一下，換一種材料、換一種結構，能否設計出類似的作品，引導學生開拓思維，調動課堂氛圍。

（3）討論式互動

在講述書籍整體設計時，可以讓部分學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計構思，材料、色彩、構圖、印刷等特點，然后進行教師總結，加深學生對書籍的整體設計理解。

3實踐教學法

書籍設計藝術的教學活動中，學生普遍對版面設計軟件感興趣，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，學生設計的作品只能停留在紙面上，而很難經得起實踐的檢驗。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)，所以在課堂教學時，就鼓勵學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，并且鼓勵學生提交實驗成品，以作業(yè)形式分享實驗心得，以此作為學生平時分的一部分，計入考核。

（2）專業(yè)的實習基地

我校與大連理工大學出版社、大連金華光彩色印刷有限公司等企業(yè)均有一定的合作關系。學生平時可以去出版社印刷廠實習、打短工，親身體驗書籍設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，可以學到很多課堂上學不到的知識和技巧。

（3）開設校外專家講座

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【摘要】 氫化可的松是哺乳動物主要的腎上腺皮質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合成、半合成法及全生物合成方法、路徑的國內、外現狀及相關進展情況，并對其發(fā)展方向進行了評述和展望。

【關鍵詞】 氫化可的松； 甾體藥物； 化學合成； 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)的化學名稱為11β，17α，21-三羥基孕甾-4-烯-3，20-二酮，屬腎上腺皮質激素類藥，是激素類藥物中產量最大的品種，其結構式如圖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分泌的主要糖皮質激素，其藥理作用是通過彌散作用于靶細胞，與其受體相結合，形成類固醇-受體復合物，激活的類固醇-受體復合物作為基因轉錄的激活因子，以二聚體的形式與DNA上的特異性順序鏈結合，調控基因轉錄， 增加mRNA的生成， 并以此為模板合成相應的

圖1

氫化可的松結構示意圖蛋白，這些蛋白在靶標細胞內實現類固醇激素的生理和藥理效應;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功能減退癥的替代治療及先天性腎上腺皮質功能增生癥的治療，也可用于類風濕性關節(jié)炎、風濕性發(fā)熱、痛風、支氣管哮喘、過敏性疾病，并可用于嚴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，美國風濕病專家Hench在風濕病關節(jié)炎的治療中發(fā)現可的松在體內轉化HC才具有療效。因發(fā)現可的松和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)皮質激素的。Wendler等用化學法合成了HC，但由于步驟多、收率低，導致藥品價格昂貴而難以工業(yè)化。此后，人們開始把目光轉向生物轉化方法。Fieser首先采用微生物轉化方法使HC工業(yè)化生產成為可能［5］。為提高轉化率和收率，國內外研究人員做出了不懈努力，并取得較大進展。

1 化學合成法制HC

Woodward報道的HC全化學合成法近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，經一系列轉化得HC。但向C11-氧代氫化茚滿的C-17位引入HC側鏈是很困難的。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11步反應合成17-異丙烯基茚滿酮，再據Stork方法經7步反應合成可的松，Oliveto將HC醋酸酯轉化成它的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11-氧代基團和可的松側鏈，可使合成步驟大大縮短，但化學合成法步驟多，總收率低。

2 半合成法制HC

2.1 HC半合成法簡介

因全化學法合成HC價格昂貴，目前生產幾乎都采用含甾體母核的生物質作原料的半合成法。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)的化學結構可知，必須去掉薯芋皂素中的E、F環(huán)。薯芋皂素經開環(huán)裂解去掉E、F環(huán)后，即能獲得理想的HC關鍵中間體——雙烯醇酮醋酸酯。在此過程中，除將C3羥基轉化為酮基，C5、C6雙鍵位移至C4、C5位外，還需要引入三個特定的羥基。這些羥基的轉化和引入，有的較易進行，如C3的羥基經氧化可直接得到酮基，與此同時還伴有5雙鍵的轉位。C21位上有活性氫原子，可通過鹵代之后，再轉化為羥基；利用雙鍵的存在，可經過氧化反應轉化為C17羥基，并且由于X環(huán)的立體效應使C17羥基恰好為α-構型。在HC半合成路線中，關鍵一步是C-11β羥基的引入。由于在C-11位周圍沒有活性功能基團的影響，常規(guī)化學法很難氧化非活潑碳氫鍵，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

薯芋皂素結構示意圖

這兩種合成方法都是以薯芋皂素為起始原料，經雙烯醇酮酸酯環(huán)氧化后，再經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。目前國內生產HC的菌種主要是藍色犁頭霉，但由于藍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行工業(yè)化生產，國內對用新月彎孢霉進行生物轉化生產HC也有相關研究，但工業(yè)化生產較少。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呈現較高的脫乙酰活性。

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

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，但新月彎孢霉的轉化率不高。如果以乙酸化合物為底物經新月彎孢霉轉化，雖可在C11-β位引入-OH得到HC，但同時會產生14α-OH副產物。如果改用17α-乙酸化合物為底物，其立體阻礙效應可抑制14α-OH副產物的產生，HC產率可提高到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，經黃桿菌轉化得17α-乙酸化合物，再經新月彎孢霉轉化得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，產率70%［18］，過程如圖4所示。

2.2 提高HC半合成收率及轉化率的途徑

國內利用微生物進行生物轉化生產甾體藥物，可將微生物胞內酶引入反應體系，利用微生物全細胞對底物進行生物轉化。而在實際生產中，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，而微生物體內的11β-羥化酶位于水相中，又是一種胞內酶，底物需要透過細胞膜進入細胞才能進行轉化反應，甾體底物與生物酶的接觸十分困難。而利用“變壓生物轉化技術”［19］，根據微生物本身特性，通過在生物反應的一定階段施加溫和壓力，以破壞底物RSA晶體結構，顯著改善其在水相中的溶解性，增加生產菌株的細胞膜通透性，可促進底物與胞內酶的結合，使藍色犁頭霉HC轉化率提高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，可提高甾體生物轉化的底物投料濃度50%。若采用連續(xù)兩批次生物轉化生產HC，也可提高底物濃度和HC的轉化率。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］，結合液相提取及菌絲淘析處理的方法，該工藝底物轉化率可維持在65%以上，HC的收率可達60%。此外可分離回收未轉化的高價值的甾體底物RS。

藍色犁頭霉的二級發(fā)酵培養(yǎng)工藝，分離出菌絲物在液相懸浮介質中對RS底物進行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，間接提高了轉化率［20，22］。

對于微生物轉化合成HC的方法，為了提高產率和轉化率，國內、外都進行了不懈的努力。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)兩步微生物轉化反應。若對每步反應的產物進行提取、分離，勢必造成人力、物力和時間的浪費。若：①采用兩種微生物分別培養(yǎng)后轉化，Mazumder［23］成功地采用兩種不同的固定化微生物，連續(xù)轉化RS得到了去氫HC；②兩種微生物分別培養(yǎng)后混合轉化，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，經一步轉化使RS變成去氫HC；③兩種微生物混合培養(yǎng)與轉化也能使整個工藝簡化［24］。另外藥物合成需要與反應器設計、分離純化、過程強化等化學工程技術更加緊密地合作才能取得更大的效果。

2.3 減少副產物產生的方法

減少副產物的生成也是提高HC轉化率的重要方面。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物。對合成甾體糖皮質激素來說，由于11β-OH是抗炎藥物必須的基團，最重要的微生物轉化是羥化反應。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，用黑根霉進行羥化來進行研究，說明甾體的酶促羥化反應是羥基位置上的氫被直接取代，即羥基取代的立體構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，且副產物較多。表氫可的松可轉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。

王敏等［25］通過采用細胞通透劑二甲基亞砜和丙二醇來提高HC轉化的立體選擇性，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-羥基化反應中，洗滌菌絲可提高羥化酶的專一性，減少異構體副產物的形成［26］。

波蘭學者Sedlaczek等在新月彎孢霉對RS的C11β-羥基化過程消除副產物方面取得了引人注目的進展［27］。通過理性了解真菌的系統生物學知識，借助傳統的誘變選育技術，對新月彎孢霉菌絲細胞的原生質體(有完整核型)用化學誘變劑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，可顯著降低副產物量的65%，獲得產率較親株高28.5%。

Modilnisky等在開展藍色犁頭霉(TieghemeUa orchidis)對RSA生物轉化生產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，結果并沒有造成C11α-和C11β-羥化甾體產物數量比例的改變，但卻呈現了利用蔗糖作碳源的試驗組轉化速度較淀粉組快1.5倍，較利用葡萄糖組快2倍的試驗結果。放大試驗中，在不超過10～14h轉化期間內，生成產物HC的數量比例達到55%～60%。值得指出的是該RSA的底物質量濃度較低(0.5g/L)，實際應用價值有限［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)，實驗轉化結果中副產物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

動物體內能合成三類重要的類固醇：糖皮質激素(如HC)、鹽皮質激素和性激素。在動物腎上腺皮質內，由線粒體側鏈分裂膽固醇，使之轉化成孕烯醇酮，在內質網(sER)和線粒體中脫氫成黃體酮，再經過細胞色素P450酶的17α羥化、皮質脫氧、11β羥化三步酶促反應，最終在線粒體中轉化為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，麥角固醇，然后模仿腎上腺合成HC［31］。這需要在酵母體內重新組建人體合成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，而酵母體內存在的對合成目標產物不利的基因也將被

圖5

HC生物合成(A)在腎上腺皮質中，(B)在重

組酵母體系中。黑框表示在線粒體中反應，灰框表示在內質網細胞質表面反應①細胞色素P450側鏈分裂酶；②P450 17α羥化酶；③3β-羥基脫氫異構酶；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，即細胞色素P450單(加)氧酶催化下進行的。細胞色素P450系列酶是一個亞鐵血紅素蛋白大家族，主要應用在藥物代謝和類固醇、油脂、維生素及天然產品的合成中。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計制備13個工程基因并表達在單個酵母體中，其中9個基因由外源機體哺乳動物及植物提供。構建成功的這一酵母工程菌，它能表達1個植物酶基因，引入8個相關哺乳蛋白酶，需優(yōu)化兩個線粒體系統，敲除4個產生副反應基因，使得原本僅產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；②線粒體P450及相關載體的靶目標；③人工生物合成的新陳代謝平衡；④將中間產物轉化為代謝終產物的副反應的識別和防止；⑤對酵母有毒害作用的中間產物識別等難題。識別出兩個主要的副反應是：由ATF2的基因產物催化的孕烯醇酮的酯化和由GCY1和YPR1基因產物共同催化的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的產生。研究結果可使HC占所有類固醇產物的70%，理想情況下副產物僅有11-脫氧皮質醇和皮質酮。該方法簡潔，有望成為HC生產的新途徑。

4 結語

綜上所述，目前甾體微生物轉化中受到人們關注的領域有［23，30～33］：①將微生物基因工程的概念應用于甾體微生物轉化，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胞在有機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有用的甾體化合物中間體；⑤修飾培養(yǎng)基、產物連續(xù)采出以提高收率和產量。人們希望在控制微生物轉化方面能進一步發(fā)展，以進一步降低成本。

我國是甾體激素藥物的生產大國，其中HC又是產量很大的品種。但是HC的微生物轉化收率與國外先進水平存在一定差距，故在對發(fā)酵工藝條件改進的同時，需要進一步加強對HC基因工程和代謝組學的研究、開發(fā)全生物合成新工藝，加速新菌種引進及菌種改良，以提高其選擇性、耐受性和轉化率；另一方面藥物合成需要與反應器設計、分離純化、過程強化等化學工程技術更加緊密合作，盡快建立起多藥源、快速量產的柔性制藥工程體系，使我國早日成為具有循環(huán)經濟特點的甾體藥物生產強國。

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