《化工設計》在線課程建設及教學改革

徐環斐，高 揚，王傳興，高傳慧，劉月濤，陳秋陽，田文德

(1.青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042；2.山東三維石化工程股份有限公司 青島分公司，山東 青島 266071)

2020年2月4日教育部應對新型冠狀病毒感染肺炎疫情工作領導小組辦公室發布了《關于在疫情防控期間做好普通高等學校在線教學組織與管理工作的指導意見》。《化工設計》課程是化學工程與工藝專業必修課程，做好本科生的《化工設計》課程網絡教學，進行《化工設計》在線課程建設及教學改革，在疫情的特殊教學背景下具有十分重要的意義。

1 結合各級各類網絡教學平臺資源，強化學生云課堂學習

積極整合利用各種在線課程教學資源，拓寬學生課程相關知識的儲備，調動學生上課的積極性。依托各級各類在線課程平臺、積極開展各類型教師線上網絡授課和學生線上課程學習的網課活動，保證特殊時期的本科生化工設計課程的教學進度和學生的學習質量，在網絡云平臺上實現遠程虛擬課堂的建立，實現化工設計課程的“停課不停教、停課不停學”。

利用各種云端空中課堂開展“互聯網+教學”工作，推動信息技術與教育教學的融合[1]，應用本區域的互聯網和信息化教育資源為學生提供學習支持。如山東省高等學校在線開放課程平臺、青島科技大學校內網絡學習空間 “愛課程”、“超星”、“學堂在線”和“智慧樹”等課程平臺的慕課課程。

加強師生互動和學生小組間的交流，盡量提高課堂互動程度，引導學生深入學習，讓學生在遠程網課上感受到超越屏幕，突破時空限制的課堂互動，讓學生盡可能地融入全新的網絡課堂模式[2]。通過在線回答問題，在線測試、在線小組交流、翻轉課堂等混合式學習、探究性學習模式讓學生通過實踐獲得更好的學習效果[3]。下課后，通過五人小組制完成大作業的方式，調動學生們的課程參與度，更好的消化吸收所學的化工設計知識。

2 使用化工軟件資源，提高學生課堂參與度

結合專業軟件的使用，提高學生《化工設計》網絡課堂的積極性和參與度。能夠靈活使用現代工具軟件，是工程教育專業認證的要求之一，也是“卓越工程師教育培養計劃”中全面提高工程教育人才培養質量的要求。如生產裝置設計、穩態模擬和優化的大型通用流程模擬系統Aspen、流體傳遞和化學反應等有關的工業設計模擬軟件Fluent、三維工廠設計軟件PDSoft、工藝過程進行計算機模擬軟件ChemCAD、流體動力學仿真軟件CFX、石油化工工廠設計軟件PDMS、分子模擬軟件Materials Studio、工程編程語言Matlab軟件、車間和管道布置軟件Pdmax、化工工藝流程圖繪圖軟件PIDCAD、DCS控制系統軟件、危險與可操作性分析軟件Hazop、青島科技大學擁有自主知識產權的ECSS工程化學模擬系統等化工設計相關軟件能夠直觀、清晰地運用和展示化工設計的相關知識，讓學生能夠方便地看到近乎真實的化工廠場景，更為深刻地理解所學設計知識[4]。

圖1 車間管道布置圖

比如，學生通過對ECSS工程化學模擬系統的學習，可以掌握如何在化工廠的設計中進行裝置擴建改造、節能降耗、優化操作、設計計算和科研開發。再比如，學生通過對PDMS的學習，可以了解如何在平面和立面進行設備布置、平臺框架結構布置、工藝管道布置、采暖通風等非工藝管道布置等方面的三維設計。在學習此軟件時，學生能感受到全彩色的三維化工廠模型；并通過設置“模型人”在化工廠各部位中穿行，實現對設計的實時審查，達到發現錯誤能及時修改的目的。

3 利用虛擬仿真實驗教學中心資源，促進學生上課積極性

利用好本校虛擬仿真實驗教學中心資源，青島科技大學擁有國家級實驗教學示范中心，其中的化工過程與裝備虛擬仿真實驗教學中心具有本校自主開發化工單元虛擬仿真軟件、化工實習虛擬仿真軟件、虛擬仿真教學平臺網絡系統等。比如本校研發的苯胺工廠3D虛擬現實認識實習仿真軟件和甲醇工藝3D虛擬現實生產實習仿真軟件，能夠為本科生提供化工設計課程的線上學習資源，學生遠程網上操作即可進入此仿真實驗室。利用化工過程動態模擬和仿真技術，實現了學生線上學習時與虛擬真實場景中的化工設備的互動，學生可以進行相關工藝操作。借助虛擬仿真教學實驗中心這一線上平臺，可提高化工專業本科生使用大型計算軟件和利用化工計算工具解決工程問題的能力。

圖2 聚甲醛工藝虛擬仿真流程圖

4 借助全國大學生化工設計競賽資源，強化學生對知識點的掌握

全國大學生化工設計競賽是在中國化工學會、中國化工教育協會等組織舉辦的化工專業最重要的全國性比賽。比賽要求隊員根據每年不同的任務書，通過所學專業知識，靈活運用軟件，完成一個特定化工廠的廠址選擇、工藝流程設計、設備的選型和設計、車間布置、管道布置、公用工程設計、技術經濟計算等任務。因此，參加全國大學生設計競賽，是實踐“卓越工程師教育培養計劃”的重要策略，可提高學生的創新思維和工程技能[5]，培養參賽學生良好的團隊協作精神，增強了學生工程設計與實踐能力[6]。今年的大賽題目是“為某大型化工企業設計一座分廠，以碳五烷烴為原料制備非燃料用途的化工產品。相對該領域的現有生產技術，要求技術提升達到《中國制造 2025》中提出的綠色發展 2025 年指標”。

網課進行過程中，除了鼓勵學生積極報名參賽之外，將網課各章節部分的講解與大賽進行了緊密的結合，并讓學生五人一組，進行了以大賽題目為背景的小組作品的設計，五位同學各自有具體的分工，在整個線上課程的進程中，同學們隨著對化工設計課程了解的不斷深入，結合設計大賽題目，能夠進行更加深刻的思考，給出更優的產品結構方案、節能降耗方案、核心反應方案、分離方案、設備選型方案、環境保護方案等。以大賽促進學習的模式，潛移默化地建立了學生的工程思維，加強了學生對相關知識的掌握和運用，提升了學生發現化工廠設計中的主要矛盾并解決主要矛盾的能力。同時，在課程的進行中，將一些往屆大學生化工設計大賽國家總決賽的優秀作品在課堂中進行分享，尤其是對某一章節的內容進行展開討論，讓學生對知識點有更為直觀的理解。

5 改變考核評價體系，進行課程考核改革

網絡課程目前處在發展的初期，其考核與評價仍存在許多問題[7]。相比于傳統的線下教室授課模式，老師對線上網絡課程的掌控程度存在區別，老師無法實時監控學生們在網課時學習狀態。因此，更為全面和科學的考核評價體系，將有利于老師掌控學生的學習進展，并督促學生在課堂上保持注意力，提高學習效率。提高學生平時成績的分值，通過分析學生網課在線的時間和屏幕狀態的數據、考核在課堂上回答問題的情況、考核參與小組交流的情況、考核作業展示的情況等給出學生課堂參與程度的分數。根據學生隨堂作業的作答情況、課后大作業的作答情況，給出學生對知識點的掌握程度的分數。增加期中考試和隨堂考試的占比，合理優化考核評價體系中各部分的比值。從學期初就對學生進行持續的網課學習進度和掌握程度的考核，讓學生能提高課堂的效率，達到該課程的各項學習指標。以最終實現完善《化工設計》網絡課程考核評價體系、提高《化工設計》網絡課程授課質量。

6 總結

在“互聯網+”和防疫時期遠程網課的大背景下，《化工設計》課程建設及教學改革以保障學生遠程網課質量為出發點，通過結合各級各類網絡教學平臺資源、豐富課程資源庫、采用化工軟件資源，利用虛擬仿真實驗教學中心資源、借助全國大學生化工設計競賽資源、優化考核評價體系等方式，達到提高化工專業本科生綜合工程能力和實踐創新能力的目的。