化工設計課程群的探索實踐

魏學嶺　潘夢　霍朝飛　石志盛

摘 要：隨著科學技術和經濟的突飛猛進，化工專業面臨的挑戰空前嚴峻，亟須進行優化完善，創新推進新工科教育。化工設計作為化工專業學生的必修課程，是把化工項目從實驗室搬至化工現場的一個中間重要環節，存在著課程內容繁雜、教學方法單一、課程考核方式與工程實踐能力培養不對等等問題。為此，本課程團隊基于OBE理念，著手于化工設計課程群的整體觀建立、新型教學方法的運用、考核方式的重構等方面進行系統研究和綜合實踐。通過課程體系和教學模式的調整，建立了一種集工程思維、工程設計與操作、綜合能力培養為一體的化工設計課程教學模式，確保教學質量顯著提高。

關鍵詞：化工設計課程群；新工科；OBE教育理念；教學改革

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）04-0108-03

OBE教育理念看中的是學習過程中獲得更多的知識和經驗，而不是先前學習的累計。因此尋求并設計適宜的教育活動來保證學生能夠在學習過程中獲得更多的知識和經驗顯得格外重要[1]。根據OBE教育理念，每個工程專業都需要根據世界科技發展方向、國家落后領域、企業需求等來確定專業的培養理念和方案。

當前，我國工程教育的外部環境正在快速發生變化，國際上正在推動發展新經濟，世界范圍內在搶占產業和科技革命的制高點，而國內經濟也正處在新舊更替的關鍵時期。為了推動高校加快培養適應新經濟需求、引領未來技術和產業發展的高素質卓越工程技術人才，為我國產業發展和國際競爭提供智力支持和人才保障，自2017年2月以來，教育部積極推進“新工科”建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”“新工科三部曲”的出現表明我國已經步入科教融合協同的新工科教育行列，開啟了新中國模式工程教育的新大門，奏響了人才培養主旋律，為建成國際一流特色高水平工科鋪平道路。2019年4月，“六卓越一拔尖”計劃2.0啟動大會以新工科建設為龍頭，全面推進新工科、新醫科、新農科、新文科建設，全力探究實施工程教育的中國模式、全面積累新工科建設的中國經驗，全力支持建設高等教育強國。新工科教育并非傳統工科的替代版，而是卓越教育的升級版，是對我國當前工程教育存在問題的全面反思，是工程教育對工程活動“新業態”的全面回應，是面向未來的、切實可行的“國家經濟轉型升級”的落實路徑和創新舉措[2]。與此同時，新工科教育也為OBE教育理念確定了培養目標。

化工學科是傳統的工科，但在經濟高速發展的今天也面臨這前所未有的挑戰。首先，目前全世界化工類產業正面臨著前所未有的技術創新和產業結構升級，將有一大批創新技術的突破，隨之將誕生新興產業，而我國的化工產業與世界化工強國相比還有一定差距，我國必須加快創新人才培養，推動產業結構調整，大膽擁抱終端市場，向高端產業鏈邁進。其次，新經濟背景下，知識爆炸，化工領域進一步拓寬，并與相關領域和技術（如生物技術、能源技術、新材料技術、信息技術、基因工程等）進一步交叉融合，化工類專業必須重視“交叉與融合的創新型”人才培養。此外，世界各國共同面臨資源短缺、能源緊張、環境污染、氣候變化等難題，而要解決這些問題，必然需要化工專業人才貢獻智慧和力量。總之，無論從目前化工類專業人才與“產業需求”的差距來看，還是從化工類專業的特點及“技術發展”的趨勢分析，當前傳統的化工類專業教育必須進行“升級改造”，努力推進新工科教育[3]，使培養的學生不僅在本專業上學業精深，具備技術優勢，而且還應具有學科交叉融合的特征，懂得經濟、社會和管理，兼具良好的人文素養。

化工設計課程是化工專業學生的專業必修課，是把化工項目從實驗室搬至化工現場的一個中間環節[4]，學生可在化工設計現場學習操作步驟和如何應對突發問題，從而進一步讓學生掌握課程外的知識，培養其強大的心理素質，并使學生具備分析和解決實際工程問題的能力、正確的設計思想和化學工程師的基本素質。隨著新興產業的發展，社會對高素質復合型人才的需求量不斷增大，對學生的化工設計創新能力和分析解決問題的能力要求更高。因此在化工設計教學中，可以增加更具有創新型的題目以及實際工廠中所能遇到的問題作為題目考查學生，以及平時多向學生提問題，讓他們積極的思考來鍛煉其分析解決問題的能力。

1 化工設計教學中存在的問題

化工設計具有理論實踐相結合、知識點零散且復雜、動手能力強等特點，學生學習起來十分困難，動手做設計時不能充分地將理論應用于實際中。故當前化工設計教學中主要存在以下幾方面的問題：

1.1 課程內容繁雜，難以系統掌握及運用

化工設計是一門綜合性課程，不僅要求學生具備物理化學、化工原理、化工熱力學[5]、化工機械設備知識等專業課程知識，還要具備計算機繪圖和設計處理能力。學校開設了CAD繪圖、計算機應用和計算機編程課程，但由于學生對這些課程的不重視，使的他們缺乏這些能力，導致平時的教學效率低下，學生不能綜合運用基礎課程知識來分析解決化工設計中所出現的問題。同時，化工設計涉及較多的設計標準和規范，但由于教師課時有限，也使得在介紹如何查詢及使用標準與規范時，學生難以在短時間內全面掌握化工設計方法[5]。

1.2 教學方法單一，實踐教學缺乏

當前的化工設計類課程以課堂傳授灌輸為主，使的學生在課堂上的互動性不高并且缺乏自主探究、交流合作的機會，最終無法激發學生的興趣和主動性，教師過于單一的教學方法以及學生在學習方面機械化的照搬也使得學生對學習產生抵制，從而使學生喪失了學習的積極性。最終導致學生不能夠熟練地掌握化工設計知識，更不能綜合運用化工專業知識。為此，化工設計理論教學需與工廠實際教學相結合，帶領學生親身感受并學習一下工廠運行過程，從而激起學生對化工設計課程的興趣。

1.3 課程考核方式與工程實踐能力培養不對等

化工設計課程具有很強的實踐性，目前課程考核仍然局限于單一的非開放性閉卷考試方式，很難提高學生的主觀能動性，也不能準確評價學生對實踐類知識與技能的掌握程度[5]，不利于培養工程教育導向的應用型人才培養[7]。在教學實踐過程中應該引入新的人才培養模式和課程考核模式為指導，教師在評估學生學習效果時，應該也需考慮學生的創新能力、綜合實踐能力以及團隊協作能力。因此，為了工程教育OBE理念培養的要求，全面客觀地評估學生的學習效果，建立科學的、合適的實驗考核方法，顯得非常必要。

2 化工設計課程群建設

針對化工設計教學中的問題，本專業借鑒國內外先進的工程教育人才OBE培養理念，結合我校的辦學定位，以面向工程教育的人才需求為目標，構建能適應新形勢下化工專業工程教育要求的“化工設計”課程群。通過引入化工設計課程群的理念，以信息化教學、虛擬仿真和工程實踐相結合的教學方式調動學生積極性，并著重以產品設計思路和設計過程監控為主導的教學考核方式，實現新工科人才培養的需求。其過程實施方式如圖1所示。

2.1 一體化化工設計課程群的構建

化工設計是一門綜合性課程，不僅包含多門專業課程和輔助課程的知識內容，而且涉及較多的設計標準和規范。學生難以在短時間內將所學的知識融會貫通，綜合運用，并全面掌握化工設計方法。因此，如何將多個知識點、設計標準和規范等碎片化的內容整合在一起，形成關聯緊密的教學體系進而提高學生的學習興趣，激發其動手能力是化工設計課程建設的關鍵點。以“化工設計”為中心，將相關課程交叉融合在一個課程群內，讓學生在理解知識的途中，可以根據課程群中的其他課程知識去解釋并理解另一個課程知識，從而使學生更全面的系統的掌握和應用知識。增加實驗教學課程群，可以提高學生的綜合實驗素質和實驗操作能力，帶動整個教學水平的提升。化工設計課程群的設計可以根據學科的知識構架、學生的興趣導向、學生的未來就業選擇出發進行構建，在化工設計課程的基礎上，融合有相通之處的課程，形成層次遞進的課程群體系。

2.2 新型教學方法的運用

現代化教學方法的運用，不僅用來傳遞教學內容，而且還會改變傳統的教與學的方法，激發學生的好奇心和求知欲，引導學生深入地思考。為了達到更好的教學效果，課程群建設除采用雨課堂、學習通等先進教學方法外，擬構建“線上線下、實驗教學、課外實踐”的全過程、全方位、一體化的教學。培養學生的實踐和動手能力。

首先，依托學院教學中心虛擬仿真實驗教學資源，能積極利用大數據中的知識和資源數據以及企業的開發實力和支持服務能力，使學生身臨其境的模擬實驗的操作流程，增加課堂趣味性，從而最大限度地激發學生自主學習的能力以及解決問題的能力。由于虛擬仿真實驗教學具有擴展性、兼容性、前瞻性，故可通過共享更廣范圍內的教學資源來提高學生的課內外知識并培養學生的自主學習能力。在它的協助下，使學生更廣闊更深層的了解化工，激發學生對化工生產工藝的興趣，提升新時代大學生的創新精神、實踐能力，從而達到理論教學難以實現的效果。

其次，鼓勵校外專家進課堂、專家座談會及老師走入企業的教學模式。該模式可以針對學生的薄弱之處進行分析與講解，來強化并擴展學生的工程思維，也可以加快產教融合，提高學生對接市場的能力。老師走入企業可使老師進一步全面的了解目前工廠各生產系統和最近化工行業產品趨勢，校外專家進課堂、專家座談會使學生了解到現代工廠生產的復雜化、數字化、一體化。師生共同提升使的在課堂上有更多的交流空間，從而提高課堂互動率，提升學生的接收能力和學習效率。對一些比較復雜、晦澀難懂的課程內容也可以通過專家進課堂、專家座談會來講解，學生便可以綜合多位老師的講解更深刻地掌握這些課程內容，極大程度地提高了教學效果。

最后，依托化工設計競賽，推進“以賽促教、以賽促學、以賽促育”的教學改革，通過競賽過程可以促進師生深入交流，讓學生掌握在課堂學不到的各種技術和能力，實現由大學生向工程師的角色轉變。設計競賽可以促進教學改革，因為競賽對高校教師的教學實踐能力能夠起到全面深化的作用，明顯提升學生的自主學習能力，從而與現代教育接軌，為國家企業培養實踐創新型人才。融入學科競賽的新教學模式，將會不斷增強新工科學生的提出分析解決問題能力、創新思維能力、獨立思考能力、團隊合作能力等，成為新工科改革、教學改革的鋪路石。

2.3 考核方式改革

化工設計的成績通常由課堂表現、課后作業、期末考試組成。除了課堂表現，其他方面的考核都不能充分反映學生的工程實踐能力和對知識綜合運用能力的培養。為實現新工科建設的新要求，我們提出“產品設計創新+設計過程監控+結果審核”三位一體的考核方式。（1）產品設計創新：給予學生不同考核題目，讓學生大膽創新。（2）設計過程監控：對學生的設計情況進行全程監管。（3）設計結果審核：學生完成設計后，教師結合學生在設計過程中臨場分析處理問題及數據分析處理的能力對設計方案進行審核。設計合理，數據處理恰當，內容豐富，學生考核通過；設計內容不合理，數據處理不恰當，內容單一，考核不通過，安排學生重新設計。

3 結語

為了使學生較快適應新的教育方式，幫助其較好地掌握并拓展化工設計相關專業知識，并針對工程教育的人才知識結構和能力的市場需求，課程團隊重點著手于化工設計課程群的整體觀建立、新型教學方法的運用、考核方式的重構等方面進行系統研究和綜合實踐。通過課程體系和教學模式的調整，建立了一種集工程思維、工程設計與操作、綜合能力培養為一體的化工設計課程教學模式，確保教學質量的顯著提高，為化工專業工程教育的課程改革提供一種新思路。

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參考文獻：

〔1〕巨曉潔，夏有強，李德富，等.新工科背景下基于OBE理念的化工復合型人才培養體系的構建與實踐[J].化工高等教育，2021，38（04）：27-30.

〔2〕劉新風.“新工科”內涵解讀與前景分析[J].招生考試通訊（高考版），2021，39（03）：60-61.

〔3〕李貞玉，戴博雅，史豐煒，等.新工科背景下地方高校化工類一流專業建設路徑與實踐[J].創新創業理論研究與實踐，2021，4（11）：13-15.

〔4〕譚亞南.新工科背景下“化工設計”課程教學設計與改革實踐[J].教育教學論壇，2021，13（31）：72-75.

〔5〕王春花.新工科背景下化工設計課程教學改革探索[J].化工高等教育，2019，36（04）：57-59+100.

〔6〕郭玉華，呂春燕，王坤燕，等.新工科背景下材料化學專業“化工設計”課程教學改革與實踐[J].湖州師范學院學報，2021，43（02）：94-98.

〔7〕曹春梅，徐麗，張亞濤，等.新工科背景下化工設計及設計軟件的教學改革[J].河南化工，2021，38（08）：62-64.

收稿日期：2023-01-22

基金項目：安徽省教學示范課（2020SJJXSFK0348）；安徽省線上線下混合式和社會實踐課程（2020xsxxkc070）；安徽省教學示范課（2020SJJXSFK0328）