化工设计迈入智慧新时代：探索《化工设计》智慧课程建设方案

 

2024年，数字教育大会明确提出"以智助学、以智助教、以智助管"。教育部高等教育司加速推进"智能+教育"改革试点，要求高等教育机构深度融合人工智能技术构建智慧教育新生态。同时，正值《教育信息化2.0行动计划》实施进入深化阶段，化工行业作为国家战略新兴产业，亟需通过技术创新突破"卡脖子"技术瓶颈。

 

在此背景下，北京欧倍尔《化工设计》智慧课程建设方案应运而生，该方案以知识图谱为骨架、AI技术为引擎，构建"虚实结合、理实一体"的课程体系，正是响应国家"新工科"建设号召、践行"卓越工程师教育培养计划2.0"的创新实践。

 

 

一、 课程概述与目标

 

《化工设计》是化工专业的必修课，旨在培养学生运用化工原理、工程知识和设计工具解决复杂工程问题的能力。课程内容广泛，涵盖工艺流程设计、设备选型、经济评估及安全环保等多个方面。通过项目驱动、团队合作、翻转课堂等教学方法，结合智慧化教学手段，致力于培养具备创新思维和实践能力的复合型化工人才。

 

二、智慧化特色亮点
 

 

1、知识图谱驱动的个性化学习

课程以知识图谱为核心，将课程内容系统化、结构化。每个学生都能根据自己的知识基础和学习进度，获得个性化的学习路径，让学习更加高效、精准。

 

2、AI技术贯穿全流程

从课前预习到课后复习，AI技术全程辅助教学。智能预习系统、教师备课辅助、课堂行为分析、实验辅助、报告批改等功能一应俱全，全面提升教学效果和学生的学习体验。

 

3、虚拟仿真与实践相结合

引入虚拟仿真软件，学生可以在虚拟环境中进行实验操作，熟悉检测流程和设备操作。同时，结合线下实验实践，增强实践能力，实现理论与实践的完美结合。

 

4、跨学科融合

课程内容不仅涵盖化工设计的专业知识，还融入了多学科的知识和技能，培养学生的跨学科思维和综合应用能力。

 

三、课程体系构建

 

 

 

课程分为多个模块，包括化工厂设计的内容与程序、化工项目的可行性研究、工艺流程设计、物料衡算及能量衡算、设备计算及选型、车间设备布置及布置图绘制等。每个模块都精心设计了教学内容和教学方法，确保学生能够全面掌握化工设计的各项技能。

 

1、核心知识点梳理

化工工艺流程设计：涵盖化工单元操作与过程设计、流程组织与优化、物料与能量衡算等内容。

设备计算与布置：包括设备选型、计算、布置设计等。学生需掌握设备计算方法，了解设备分类与结构，并根据工艺参数选型并计算。

化工技术经济与项目管理：重点介绍化工项目投资、成本、收入、利润估算，资金时间价值评估，及工程建设程序、法规和项目管理知识等。

安全与环保设计：涵盖危险识别、事故分析、本质安全管理，及安全、环保、绿色设计理念与规范在化工设计中的应用等。

 

2、知识点关联关系构建

构建知识点之间的逻辑关系，形成知识网络。例如，化工工艺流程设计奠定知识图谱网络基础，设备计算与布置作为支撑，化工技术经济与项目管理内容贯穿始终，从投资估算、成本把控到效益评估，确保设计经济可行。安全与环保设计内容全方位保障，融入安全环保标准与风险控制。

 

3、教学资源与知识点的精准关联

将教学资源（如教材、视频、文献、案例、虚拟仿真软件等）与知识图谱中的每个节点进行关联，确保学生在学习每个知识点时都能获取到丰富的学习资源。

 

4、课程资源梳理

 

（1）教学课件：多媒体教学课件，包括文字、图片、动画、视频等多种元素，使教学内容更加生动形象，易于学生理解和接受。

教学视频：教学视频，包括课程讲解视频、实验操作视频、案例分析视频等，满足不同学生的学习需求。

（2）电子教材：辅助编写电子教材，整合课程相关的教学内容、参考资料、习题答案等资源，方便学生进行自主学习。

在线题库：建立在线题库，涵盖课程的各个知识点，题型包括选择题、填空题、简答题、计算题等。

（3）虚拟仿真资源：课程结合虚拟仿真软件进行模拟实训，仿真原理视频，3D模型等详细介绍各类仪表（如流量计、压力表、液位计等）和食品设备的工作原理、结构特点、选型方法及应用案例。

（4）课程模块划分

第一章

｜化工厂设计的内容与程序

1-1 化工的概念，化学工程与化学工艺的异同，化工设计的目的

1-2 化工过程开发的概念及内容，可行性研究的重要性及深度规定

1-3 化工厂整套设计的阶段及原则

1-4 初步设计及施工图设计的内容及文件

本章重点与难点：了解化工的概念，化学工程与化学工艺的异同，化工设计的目的；理解化工过程开发的概念及内容，化学工程师的角色和社会责任；掌握化工厂整套设计的阶段及原则；了解化工设计及化工过程开发的基本概念及目的。

 

第二章

｜化工项目的可行性研究

2-1 可行性研究概述

2-2 可行性研究的阶段划分和工作程序

2-3 可行性研究报告的编制

2-4 工程项目经济评价

2-5 项目社会评价

2-6 不可行性研究

本章重点与难点：了解可行性研究的概念、任务、作用及国内外的发展；掌握可行性研究的阶段划分及工作程序；掌握可行性研究报告的编制方法；掌握工程项目经济评价的基本概念和方法；了解项目社会评价的内容；清楚不可行性研究的作用及意义。

 

第三章

｜工艺流程设计

3-1 工艺流程设计任务和组织分析

3-2 生产方法和工艺流程的选择

3-3 流程组织

3-4 流程组织与分析举例

3-5 流程图绘制

本章重点与难点：了解工艺流程设计的任务，掌握生产方法和工艺流程选择的方法及原则；能够对工艺流程进行组织；shu典型设备的自控方案，掌握工艺流程图绘制规则，熟悉工艺流程图的标注规则。 

 

第四章

｜物料衡算及能量衡算

4-1 物料衡算的方法及步骤

4-2 物料衡算中的基本概念和量

4-3 各类过程的物料平衡计算

4-4 热量衡算的方法及步骤

4-5 热量衡算的基本数据及依据

4-6 典型热量衡算举例

本章重点与难点：重点理解物料衡算和热量衡算计算思路的建立方法，掌握物料衡算的方法和步骤，了解物料衡算中的基本概念和量，掌握对物理过程、带有化学反应的简单流程、带有物料循环的过程物料衡算方法，了解非稳态过程物料衡算的思路。 

 

第五章

｜设备计算及选型

5-1 设备计算的任务及设备分类

5-2 流体输送设备

5-3 换热设备

5-4 塔设备

5-5 贮存设备

5-6 反应设备

本章重点与难点：了解设备设计的任务及设备分类，熟悉设备计算的关键参数，掌握流体输送设备、换热设备、塔设备、贮存设备及反应设备的分类、基本结构，能够对标准设备进行合理选择。

 

第六章

｜车间设备布置及布置图绘制

6-1 车间布置设计的内容和程序

6-2 化工建筑的基本知识

6-3 车间平面布置设计

6-4 车间设备布置设计

6-5 典型设备布置方案

6-6 设备布置图

本章重点与难点：了解设备设计的任务及设备分类；掌握流体输送设备、换热设备、塔设备、贮存设备及反应设备的分类、基本结构等。

 

第七章

｜化工技术经济

7-1 化工技术经济在化工设计中的地位

7-2 化工项目的投资

7-3 化工产品的成本

7-4 销售收入、税金、利润

7-5 资金的时间价值

7-6 化工项目的财务评价

本章重点与难点：了解化工技术经济的定义、研究对象及重要性；掌握化工项目投资的组成、特点及估算方法；掌握化工产品成本的组成及基本概念；掌握销售收入、税金及利润的概念；学会化工项目财务评价的基本方法。

 

第八章

｜化工安全设计

8-1 危险的识别与控制

8-2 化工事故致因分析

8-3 本质安全管理

8-4 化工安全设计

本章重点与难点：掌握化工生产中危险的识别与控制；了解化工事故发生的原因；掌握本质安全的概念及本质安全的理念；具备本质安全人的基本素养；了解化工安全的相关规范；能够在化工设计过程中体现安全的观念。

 

第九章

｜工艺流程模拟

9-1 化工过程分析与模拟的重要性

9-2 化工过程（系统）模拟的一些基本概念

9-3 化工系统（过程）的数学模型

9-4 化工单元模型及模拟分析

9-5 常用模拟软件及适用范围

本章重点与难点：了解化工过程分析与模拟的概念和重要性；了解化工单元模型及模拟分析的原理；熟悉常用模拟软件及使用范围。

 

第十章

｜工程建设程序及要求

10-1 工程建设法律法规相关知识

10-2 工程建设管理基本程序及内容

10-3 项目管理中常见问题及注意事项

10-4 项目经理的职责权限

本章重点与难点：了解工程建设法律法规，掌握工程建设管理的基本程序及内容，清楚项目管理中常见问题及处理方法，了解项目经理的职责权限及职业素养。 

 

第十一章

｜化工厂全套设计举例

11-1 化工厂全套设计的内容

11-2 初步设计的内容和文件

11-3 施工图设计的内容和文件

11-4 设计作品举例

本章重点与难点：熟悉掌握初步设计及施工图设计的内容及文件；通过解读设计作品进一步掌握初步设计的程序及要求。 

 

 

5、问题图谱

 

（1） 问题层次划分

基础问题：涉及化工设计的基本概念、原理和注意事项等。例如，如何在化工设计中融入本质安全理念，确保生产安全并符合规范等。

应用问题：侧重于化工设计技术在具体流程设计场景中的应用。例如，复杂系统中，如何建立并运用物料、热量衡算思路进行准确计算。

综合问题：需要学生综合运用所学知识解决实际化工设计类问题。例如，化工设计各环节如何有机结合，形成完整合理的设计方案。

 

（2） 问题关联关系分析

因果关系：在解决化工设计类问题时，某些基础问题的解决是解决应用问题的前提。

递进关系：从基础问题到应用问题，再到综合问题，是一个逐步深入和综合的过程。

问题与知识点关联每个问题都对应特定的知识点。例如，“如何在化工设计中融入本质安全理念，确保生产安全并符合规范”对应“化工的概念，化学工程与化学工艺的异同，化工设计的目的”等知识点。

 

6、能力图谱

 

（1）知识理解能力：掌握化工设计的基本概念、原理和方法。

（2）实践操作能力：能够运用化工设计工具和方法进行实际操作。

（3）问题解决能力：能够综合运用所学知识解决实际化工设计问题。

（4）创新思维能力：具备创新思维，能够提出新的设计思路和解决方案。

 

能力提升路径系统自动分析学生对于课程的学习痕迹，形成学生个人能力画像并进行智能解读，根据独特的学习需求和学习情况，AI智能生成并形成一条定制化的学习路径，针对性进行查缺补漏，实现全面能力发展。

 

四、教学方法创新

 

 

1、“教师授课+翻转课堂”智慧教学模式：以学生为中心，融合化工设计虚拟仿真资源，通过仿真任务包、预演工艺流程、AI互评等活动，提升学生的实践能力和团队协作能力。

 

2、“理实一体”数字化课程设计：通过任务制教学设计、数字化仿真平台模拟、线下实验室实践活动，实现理论与实践的完美结合。

 

3、多元化评价体系：采取平时成绩、课堂翻转成绩及期末笔试成绩相结合的评价方式，全面评估学生的学习成果。

 

4、AI助教平台：单门专业课程包含AI工具箱，内嵌通用AI智能模型与专业学科模型，具备AI一键生成PPT，AI生成教案，AI智能出题等功能，系统根据专业课程教学目标和学生特点推荐教学内容，教师可快速筛选。AI助教设计评估方式，提供个性化教学改进建议，辅助课程教学工作。

 

五、服务保障与持续优化

 

我们拥有强大的服务网络，提供完善的开发、售后和培训服务。定期收集学生反馈，关注行业动态，评估教学效果，不断优化课程体系和教学方法，确保学生能够紧跟科技发展步伐，掌握最前沿的化工设计技术。

北京欧倍尔《化工设计》智慧课程建设方案，是化工教育的一次大胆尝试和创新。我们相信，通过智慧化教学手段的应用，将能够培养出更多具备创新思维和实践能力的复合型化工人才，为化工行业的发展注入新的活力。让我们一起期待化工设计的智慧化未来！

 

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