沉浸式教學?階梯式實踐?成就型感受

［摘 要］ “化工設計”為化工學科的核心課程，是工程知識向工程能力轉化的關鍵課程。傳統“化工設計”課程存在課堂教學與能力培養脫節、個體問題難以解決、課程思政內容融入不佳等問題，學生工程能力培養效果不佳。教學團隊本著“沉浸式教學、階梯式實踐、成就性感受”的教學理念，秉著“以能力培養為目標、立德樹人為宗旨，以服務實踐為任務、工程實踐為抓手，提升課堂獲得感和設計成就感”的課程改革思路，通過教學內容重構、沉浸式教學、無界課堂和階梯式實踐等一系列教學策略，并多角度融入思政元素，以實現協同育人和立德樹人。創新策略的實施能夠促使學生深度參與化工設計實踐，真正實現工程知識內化，提高工程能力。

［關鍵詞］ 化工設計；工程實踐；沉浸式教學；課程思政

［基金項目］ 2021年度西北大學一流本科課程培育項目“化工設計與計算”；2021年度西北大學重點教學改革研究項目“后疫情時期化工專業校外實踐教育模式研究”

［作者簡介］ 趙彬然（1984—），女，河北石家莊人，工學博士，西北大學化工學院副教授，博士生導師，主要從事能源催化技術研究；陳立宇（1963—），女，陜西西安人，工學博士，西北大學化工學院教授，碩士生導師，主要從事化工技術開發研究；劉恩周（1984—），男，陜西咸陽人，工學博士，西北大學化工學院教學副院長，教授，博士生導師（通信作者），主要從事能源與環境光催化技術研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）10-0074-04 ［收稿日期］ 2023-01-05

一、研究背景

2018年，教育部提出，各高校“要全面梳理各門課程的教學內容，淘汰‘水課’、打造‘金課’，合理提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質量”。吳巖提出的“金課”可以歸結為“兩性一度”，即高階性、創新性和挑戰度［1］。2019年，教育部在《關于一流本科課程建設的實施意見》中要求，一流本科課程建設要“轉變觀念，理念新起來；目標導向，課程優起來；提升能力，教師強起來；改革方法，課堂活起來；科學評價，學生忙起來；強化管理，制度嚴起來；政策激勵，教學熱起來”［2］。2020年，《高等學校課程思政建設指導綱要》提出，把思想政治教育貫穿人才培養體系，全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養質量［3］。這些對高校專業課程建設提出了新的挑戰。

“化工設計”是化學工程學科的專業核心課程，旨在通過原料進廠到產品出廠的工程設計學習解決復雜工程問題，使本科生具有基本的設計能力、良好的工程素質和一定的創新能力，是工程知識向工程能力轉化的關鍵課程。本著“以學生為中心、以產出為導向”的教學理念，以課程服務于實踐為出發點，“化工設計”教學團隊分析課程特點和學生在化工設計過程中遇到的問題，探索了一套卓有成效的“沉浸式教學、階梯式實踐、成就型感受”教學策略，旨在降低學生在設計過程的痛感，促使學生深度參與“化工設計”課程實踐，實現化工知識內化。

二、“化工設計”課程存在的教學問題

在全國大學生化工設計競賽的背景下，“化工設計”課程在以賽促學、以賽促教的過程中發生了很多積極變化［4］，學生學習和教師教授的動力十足，但是學生在設計過程中依然面臨“一聽就會，一做就廢”的實際問題，難以達到知識向能力轉化的目標，學生的價值認同感不足。具體原因如下。

（一）課堂教學與實踐環節脫節，知識不能有效上升為能力

傳統教學多為手冊、標準、規范的解讀，關注的是設計完成后需要達到的質量和規范，缺少了如何建立概念和動手以達到質量標準的手段及方法的講授，學生反映課程中的標準規范內容枯燥，設計圖紙看得見圖、摸不著門。面對一個復雜的工程設計項目，學生沒有研究基礎，工程經驗不足。而傳統的教材內容和課堂教學方法，不足以支撐學生完成設計任務。學習與應用脫節，造成“一聽就會，一做就廢”的情況。

（二）課堂教學形式“一對多”，難以滿足千人千面的個體需求

課堂授課以課程內容為主，而每名學生在理解和應用時遇到的問題與困惑不同，傳統教學方法受時空限制，不能及時解決個體的特殊問題，進而造成學生進行工程設計應用時勝任力不足，時常有焦慮感。

（三）課堂思政融入效果不佳，育人功能不完善

專業課是高校思想政治教育的重要陣地，課程思政是培養具有正確世界觀、人生觀、價值觀的當代青年的重要途徑。傳統“化工設計”課程教學重知識傳授，輕能力培養，無價值引領；即使有少量的思政元素，形式也多為生搬硬套，存在“兩張皮”現象。學生在學習過程中缺少價值觀塑造，認同感不強。

三、解決問題的思路

“化工設計”教學目標的核心為將工程知識轉化為工程能力。為實現這一目標，學生深度參與設計過程是重中之重。教學團隊本著“以學生為中心、以產出為導向”的教學理念，以立德樹人為宗旨、以服務實踐為任務、以工程實踐為抓手，通過重構教學內容、打造無界課堂、混合式教學、難度螺旋上升式實踐活動等，優化創新“化工設計”教學過程，有機融入思政元素，使學生深度參與設計實踐，提升價值認同感、課堂獲得感和設計成就感，實現工程知識的內化，培養其工程素養。

（一）以立德樹人為宗旨，提升學生的認同感

立德樹人為高等教育的根本任務，以培養德才兼備、以德為先的化工工程師作為宗旨，將國家標準規范、行業發展方向、產業技術進步、清潔生產節能降耗、安全生產設計先行等概念性內容，轉化為一個個生動鮮活的生產實例，在講解我國化工行業艱難發展歷史和巨大成就的同時，提升學生的價值認同感。

（二）以服務實踐為任務，提升學生的獲得感

工程能力的獲得必須經過實踐過程的歷練。以此為出發點，“化工設計”課堂教學任務為服務于設計實踐。化工設計實踐工作復雜煩瑣、細節繁多，需要良好的設計知識和大量的設計經驗。針對設計知識掌握問題，創新團隊在教學內容上弱化對設計質量的強調，重在知識點細節講解和知識點規范溯源，使學生在課堂上能學有所得，在實踐中遇到阻力可以反芻課堂知識，解決一般性實踐問題。針對學生設計經驗不足的問題，創新團隊建立了每周定期檢查學生作業的制度，對學生實踐中遇到的難題及時回復和討論。該方法打破了課堂教學的時空限制，打造無界課堂，解決了學生學力不同和個體差異帶來的千人千面的實踐問題，可以有效提升學生學習的獲得感，提升其參與感。

（三）以工程實踐為抓手，提升學生的成就感

工程實踐是工程能力獲得的關鍵，設計過程須保證學生深度參與。在保證設計質量的前提下，將難度大的設計項目分解細化為若干個難度小的設計任務，設計難度螺旋上升，將設計任務分解至每周每人，保證學生在設計過程中逐步升級完善設計任務，提升設計成就感，培養內驅力和勝任力，循序漸進地實現學生工程知識的內化，培養其工程素質。

四、“化工設計”課程的改革實踐

教學團隊本著以學生為中心的教學理念，以課程服務于實踐為出發點，通過案例貫穿、可視化教學等沉浸式策略，保證學生設計有門，提升勝任力；通過無界課堂打破課堂時空界限，全方位輔導實踐過程；通過階梯式實踐方式提升學生的成就感，調動其內驅力，實現知識內化，培養其工程素質。

（一）以強化設計過程為指導重構教學內容

1.教學案例貫穿設計階段。在概念設計階段，以一氯甲烷生產為例貫穿工藝路線選擇（原料、反應、分離），對章節加以豐富、完善、優化等。在物衡熱衡計算階段，以丙烯腈生產為例進行講述，學生可以根據定量計算進行設備選型。以此為基礎，學生可以完成關于丙烯腈合成車間設備布置和管道布置的作業。一氯甲烷的例子在教材上只有短短的三頁，丙烯腈為教材的附錄內容，教學團隊在教學過程中加重了這兩部分的講授比例，使學生能直觀地感受整個設計過程，避免畏難情緒。

2.追隨行業發展，更新教學內容。結合專業特點，控制作為系統工程的一部分，在智能化化工廠設計中必不可少。而化工專業學生較少學習控制部分內容，是學生實踐過程的薄弱環節。因此，增加了控制基礎、常見控制方案、典型設備控制方案、過程控制設計等教學內容，填補了學生的知識空白。

（二）可視化教學手段

在講述車間布置和管道布置時，對于布置圖的繪制原則往往只有一句話：眼睛看到什么就繪制什么。而學生對布置完全沒有全局概念，教學團隊創新性地以車間的三維立體圖為素材講述布置圖的繪制過程，易使學生沉浸其中，通俗易懂。

（三）“化工設計”無界課堂

打造“化工設計”無界課堂，通過線上課程和微信群輔導打破課堂教學的時空限制，便于教師及時即時地對學生進行線上指導。在中國大學生MOOC線上開設“化工設計”慕課，慕課內容打破了教材的章節限制，以報告的形式開設，便于學生有的放矢地選擇學習內容。

（四）階梯式實踐過程

將歷時三個月的設計實踐分解至每周，細化每周須完成的目標，并講解任務的具體要求，明確學生須完成的程度。在項目分解后，設計任務難度螺旋上升，引導學生進行階梯式實踐。例如，流程模擬的任務安排，學生須要首先了解生產流程，再依次通過原料預處理、反應、分離三個過程的模擬完成全流程模擬，最后進行流程優化和工藝循環。這樣可以提升設計成就感，提高學生的參與度，最終實現知識內化，培養其工程設計能力。

（五）課程思政

教書不忘育人。根據中共中央、國務院在《關于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》中提出的“三全育人”原則，融入了8個課程思政案例，包含家國情懷、科技創新、安全設計、愛專業、工匠精神、社會責任感、法律法規意識等主題（見表1），旨在培養愛國家、愛專業，具有社會責任感、遵守職業道德和規范的化工工程師。

五、教學改革的應用效果

（一）人才培養成效顯著

近三年來，學生的作品完成情況越來越好，參賽人數逐年上升，學生普遍感覺受益很大，工程能力得到了鍛煉。優秀作品參加全國大學生化工設計競賽連續多年獲得全國一等獎的好成績，大學四年級學生參加全國大學生Chem-E-Car比賽獲得兩冠一亞的好成績，曾被中央電視臺等多家媒體報道。

（二）教育教學成果顯著

1.“化工設計與計算”課程于2020年獲批為陜西省一流本科課程。教學團隊獲得西北大學教學成果一等獎2項，獲批西北大學教改項目5項，“化工設計MOOC”是中國大學MOOC網站首次開設的化工設計相關課程，4 000余人選課學習。全國高等院校化工類專業教師課程思政能力大賽獲得二等獎1項。

2.建設了系列課程群。以實踐中的突出問題為反饋，形成了“化工設計競賽指導”課程；以課程教學第10講為內容藍本，形成了“化工廠總圖與建模”課程。

3.形成了內容銜接、層次遞進的本科生專業實踐活動，如西北大學化工廠建模競賽活動、西北大學化工設計競賽活動、全國大學生化工設計競賽。其中西北大學化工設計競賽已連續舉辦十四屆，化工廠建模競賽連續舉辦四屆。基于以上基礎，“化工設計”課程團隊積極爭取完成了第十六屆全國大學生化工設計競賽西北賽區決賽的承辦工作，為優秀創新人才的脫穎而出搭建了交流舞臺，取得了良好的育人效果。

參考文獻

［1］吳巖.建設中國“金課”［J］.中國大學教學，2018（12）：4-9.

［2］教育部.關于一流本科課程建設的實施意見：教高〔2019〕8號［A/OL］.（2019-10-30）［2022-12-20］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.

［3］教育部.關于印發《高等學校課程思政建設指導綱要》的通知：教高〔2020〕3號［A/OL］.（2020-06-01）［2022-12-20］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

［4］周志偉，湯吉海，武文良，等.競賽聯動的化工設計教學創新改革與實踐［J］.化工高等教育，2022，39（4）：100-103.

Immersive Teaching， Stepwise Practice， Achievement Feeling： Teaching Strategy of Chemical Engineering Design Course Serving for Practice

ZHAO Bin-ran， CHEN Li-yu， HAO Qing-qing， LIU En-zhou

（School of Chemical Engineering， Northwest University， Xi’an， Shaanxi 710069， China）

Abstract： As a core course of chemical engineering and related disciplines， chemical engineering design is key for students to acquire engineering quality. While in traditional teaching， ideological and political content is poorly integrated in the course， teaching and ability training are disjoint， and it is difficult to solve individual problems. Taking “immersive teaching， stepwise practice， achievement feeling” as teaching concept， we propose teaching should take ability cultivation as goal， moral education as purpose， service practice as task， engineering practice as grasp to improve the gain sense of classroom and achievement of design. A series of teaching strategies to educate and foster virtue are adopted， such as reconstruction of teaching content， immersive teaching， unbounded classroom， stepped practice and integration of ideological and political elements. These strategies encourage students to deeply participate in chemical design practice， truly realize the internalization of engineering knowledge， and improve engineering ability.

Key words： Chemical Engineering Design; practice of engineering; immersive teaching; curriculum ideology and politics