新工科背景下化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究

伍水生，蘭東輝，鄧?yán)^勇

(湖南工程學(xué)院材料與化工學(xué)院，湘潭 411104)

在第四次科技浪潮下，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息與系統(tǒng)論的發(fā)展已經(jīng)成為一種潮流，傳統(tǒng)的課程教育不適用于當(dāng)今以學(xué)科交叉、實(shí)踐優(yōu)位、科技前沿屬性為特點(diǎn)的新工科教育的需求。科技日益精細(xì)化時(shí)代的到來(lái)，使得高校工科專業(yè)亟待改革，建立新的工科專業(yè)。課程、師資、教材、硬件標(biāo)準(zhǔn)是新工科建設(shè)的重要落腳點(diǎn)，并以此為出發(fā)點(diǎn)大力培養(yǎng)雙創(chuàng)型、復(fù)合型、實(shí)踐型人才。化工專業(yè)學(xué)生在具備深厚理論知識(shí)的同時(shí)，還應(yīng)具備良好的實(shí)踐操作能力、工程系統(tǒng)的籌劃能力、創(chuàng)新精神、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的意識(shí)等綜合素質(zhì)。現(xiàn)階段，大學(xué)生就業(yè)困難的最主要因素是社會(huì)需求與學(xué)生所學(xué)知識(shí)不相匹配，工科專業(yè)的開(kāi)設(shè)與培養(yǎng)模式與實(shí)際需求有偏差，造成供求不一致的就業(yè)態(tài)勢(shì)，以及人才市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)性障礙。因此，迫切需要地方高校對(duì)工科人才的培養(yǎng)模式做出創(chuàng)造性調(diào)整[1-3]。

為推動(dòng)新工科教育改革與創(chuàng)新，從2007年2月開(kāi)始，教育部開(kāi)始注重新工科課程建設(shè)，“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”等先后落實(shí)，在新工科建設(shè)的模式上大膽創(chuàng)新、積極形成中國(guó)特色，踐行教育強(qiáng)國(guó)的根本理念。新產(chǎn)業(yè)的不斷催生，促使社會(huì)對(duì)新工科背景下的高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求量不斷增大，新工科背景下需要提升高校學(xué)生的綜合素質(zhì)與化工設(shè)計(jì)能力，利用信息技術(shù)手段實(shí)施化工設(shè)計(jì)模擬教學(xué)、仿真式案例教學(xué)、開(kāi)展設(shè)計(jì)比賽等方式提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)，大力提升化工設(shè)計(jì)課程的應(yīng)用環(huán)節(jié)，堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外競(jìng)賽相結(jié)合、步驟化、系統(tǒng)式的課程體系，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

1 完善課程體系

新時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、企業(yè)不斷創(chuàng)新轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的要求越來(lái)越高，因此，應(yīng)用型高校的教學(xué)模式作出相應(yīng)的創(chuàng)新與改革，創(chuàng)建全面的應(yīng)用型化工人才培養(yǎng)機(jī)制[4]。化工設(shè)計(jì)課程在囊括了基本的化工原理、化工設(shè)備安裝、化工儀表調(diào)試、化工原料分離等傳統(tǒng)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，還要開(kāi)設(shè)環(huán)境科學(xué)、化工安全與保護(hù)、化學(xué)工程計(jì)價(jià)等課程，使課程體系更加完善，滿足社會(huì)需求。傳統(tǒng)的化工學(xué)科課程以理論傳授為主導(dǎo)，課程內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)生理解較為困難，與實(shí)際脫鉤，在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神上有很大欠缺，而且課本內(nèi)容較多，無(wú)形之中給學(xué)生帶來(lái)了較大的學(xué)習(xí)壓力。課程團(tuán)隊(duì)在充分研究探討的基礎(chǔ)上，不斷整合專業(yè)課程資源，將理論知識(shí)與實(shí)踐操作有機(jī)結(jié)合，在傳授理論知識(shí)的同時(shí)注重強(qiáng)化Aspen Plus工藝流程模擬，應(yīng)用AutoCAD等計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)展教學(xué)。使學(xué)生的思維更加開(kāi)闊，創(chuàng)新能力進(jìn)一步提高，同時(shí)在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，設(shè)置了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、化工仿真訓(xùn)練、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)等以企業(yè)為主導(dǎo)的工程訓(xùn)練項(xiàng)目教學(xué)模塊，實(shí)踐環(huán)節(jié)的加入為學(xué)生在化工學(xué)科領(lǐng)域開(kāi)展創(chuàng)新活動(dòng)提供專業(yè)的平臺(tái)，提升了學(xué)生在化工工程設(shè)計(jì)中的實(shí)踐能力。

2 創(chuàng)新教學(xué)模式，培養(yǎng)卓越人才

新工科建設(shè)與發(fā)展的道路應(yīng)以關(guān)注教師和學(xué)生這兩大主體為核心，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，打破教育壁壘；樹(shù)立培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)術(shù)價(jià)值取向；立足專業(yè)底線，遵從國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)專業(yè)拔尖，構(gòu)建星級(jí)評(píng)價(jià)；融通線下和線上兩個(gè)空間，探索工程人才培養(yǎng)的新型教學(xué)方法，構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的新工科教育生態(tài)；以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，強(qiáng)化校企實(shí)驗(yàn)基地。在教學(xué)中，傳統(tǒng)的授課形式?jīng)]有將學(xué)生放在課堂的中心，學(xué)生缺乏自我的真知灼見(jiàn)與相互協(xié)作；學(xué)生對(duì)于課堂學(xué)習(xí)的內(nèi)容興趣不高，投入程度低。新工科背景下以一切為了學(xué)生為基本理念，以綠色化工技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)的省級(jí)教學(xué)中心為依托資源，充分運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)手段進(jìn)行課堂教學(xué)改革，師生一體在做中學(xué)、在做中教，將化工設(shè)計(jì)專業(yè)中的實(shí)踐環(huán)節(jié)以模擬形式引入課堂，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，提高了學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性；學(xué)生在操作與問(wèn)題探討中掌握知識(shí)，提升綜合素質(zhì)。隨著網(wǎng)絡(luò)資源在教學(xué)中的應(yīng)用，新的授課方式應(yīng)運(yùn)而生，慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂、VR等新技術(shù)在教學(xué)中不斷應(yīng)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情被點(diǎn)燃。以翻轉(zhuǎn)課堂為例，相比較傳統(tǒng)的工科課堂，這種新的授課形式更加注重培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)、技能、情感等多維目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究的意識(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能力。同時(shí)利用信息技術(shù)所達(dá)成的實(shí)踐仿真模擬效果也是傳統(tǒng)課堂教學(xué)所不能實(shí)現(xiàn)的。

3 課賽融合，在繼承中創(chuàng)新，在共享中融合

化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽著重培養(yǎng)化工專業(yè)學(xué)生的化學(xué)工程設(shè)計(jì)意識(shí)與創(chuàng)新精神[5]。競(jìng)賽以開(kāi)展項(xiàng)目為平臺(tái)，以團(tuán)隊(duì)形式參賽，每五人一隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員對(duì)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)行預(yù)備性分析，并相互協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)工藝的流程、核算原料消耗、選取相適應(yīng)的設(shè)備、設(shè)計(jì)最優(yōu)管道布局方案、倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)理念等相關(guān)內(nèi)容，在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中還要熟練運(yùn)用AspenPlus、AutoCAD等計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件，模擬完成工藝的設(shè)計(jì)過(guò)程，并能現(xiàn)場(chǎng)完成考核組的質(zhì)詢，完成答辯，最終評(píng)選出優(yōu)秀設(shè)計(jì)項(xiàng)目。通過(guò)比賽，學(xué)生的化工設(shè)計(jì)水平與動(dòng)手操作能力進(jìn)一步提高，不僅培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，更重要的是在競(jìng)賽的過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生的工藝設(shè)計(jì)理念，使學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)綜合運(yùn)用和提升，也為學(xué)生未來(lái)就業(yè)做好充分的準(zhǔn)備。

4 案例教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力

黨的十九大報(bào)告指出高等教育必須深化產(chǎn)教融合，加強(qiáng)校企合作。開(kāi)放的辦學(xué)模式是應(yīng)用型高校創(chuàng)新教學(xué)模式的重要步驟，有助于經(jīng)濟(jì)新動(dòng)能的生成[6]。近年來(lái)，學(xué)院積極促成應(yīng)用型專業(yè)與企業(yè)之間的合作，使學(xué)生將課堂所學(xué)應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)中，從企業(yè)引進(jìn)技術(shù)骨干走進(jìn)課堂指導(dǎo)學(xué)生，將企業(yè)的經(jīng)典案例引入到課堂教學(xué)中，增派高校教師到企業(yè)參與實(shí)地生產(chǎn)活動(dòng)，讓教師在化工企業(yè)實(shí)地生產(chǎn)活動(dòng)中成長(zhǎng)，在企業(yè)中擔(dān)任高級(jí)工程師，促成教師產(chǎn)學(xué)研一體化實(shí)踐模式，教師積極參與到企業(yè)技術(shù)難題攻克中，在實(shí)地生產(chǎn)中積累經(jīng)驗(yàn)。學(xué)校應(yīng)分批次派出教師參加化工系統(tǒng)內(nèi)部組織的技術(shù)骨干培訓(xùn)，在工程設(shè)計(jì)中提高教師的實(shí)踐水平，有能力的教師還可以參與到化學(xué)工程軟件的設(shè)計(jì)與研發(fā)中，真正實(shí)現(xiàn)化學(xué)工程與計(jì)算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，全面發(fā)展教師的實(shí)踐能力。在教學(xué)中，課程團(tuán)隊(duì)充分挖掘素材，實(shí)施企業(yè)實(shí)踐案例與化工專業(yè)理論知識(shí)相結(jié)合的課堂教學(xué)模式，高校與企業(yè)共同講授同一門課程，并將企業(yè)實(shí)踐案例貫穿于整學(xué)期的化工設(shè)計(jì)專業(yè)課程教學(xué)中。將企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目的案例融入高校課程教學(xué)中，是高校教學(xué)改革的重要舉措，教學(xué)內(nèi)容相互銜接，改變了以往化工設(shè)計(jì)工程缺乏整體性的劣勢(shì)，能有效幫助高校教師積累化工設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，彌補(bǔ)以往教師過(guò)于偏理論教學(xué)的不足。

5 注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，提升學(xué)生綜合能力

化工設(shè)計(jì)是高校化工專業(yè)學(xué)生的必修課程，既囊括了化工設(shè)計(jì)的新工藝、新技術(shù)，也有計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)，以及工藝設(shè)備型號(hào)的選配、原料的選取、環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用等相關(guān)專業(yè)知識(shí)，課程內(nèi)容既突出化工設(shè)計(jì)的實(shí)踐性，同時(shí)又具備學(xué)科內(nèi)容的綜合性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在教學(xué)中，融會(huì)貫通課堂教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)，堅(jiān)持以教學(xué)為中心，以學(xué)生為主體，重視學(xué)科交叉及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生具備較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)、化工設(shè)計(jì)實(shí)踐能力、滿足社會(huì)以及企業(yè)需求為根本目標(biāo)。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐，積極實(shí)踐課堂所學(xué)理論，大力提升高校化工設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用素養(yǎng)，提高專業(yè)核心能力。化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革必須緊密聯(lián)系社會(huì)需求，將理論知識(shí)與企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐緊密聯(lián)系起來(lái)，以促進(jìn)地方產(chǎn)業(yè)振興為發(fā)展目標(biāo)，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)新時(shí)期新工科背景下的高素質(zhì)人才。

新工科背景下的人才培養(yǎng)必須腳踏實(shí)地做好課程改革工作，只有這樣才能培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會(huì)與企業(yè)需求的應(yīng)用型人才。以全新的眼光看待學(xué)生的發(fā)展，滲透計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，探討新的課程實(shí)施方式，充實(shí)現(xiàn)有的課程體系，加大學(xué)生參與實(shí)踐生產(chǎn)的課程實(shí)施力度，注重發(fā)展學(xué)生的多項(xiàng)素質(zhì)，積極增派教師到企業(yè)鍛煉，以滿足工科高校人才培養(yǎng)的需求。