“课-赛”融合的化工设计类课程教学模式改革实践

姚月 樊 志 王耀环 郝庆兰

（天津科技大学化工与材料学院，天津 300457）

以学生为中心，关注学习效果的OBE 教育理念下的工程教育认证可极大地推动教学质量和学生培养质量的提高。毕业设计（论文）前的实践教学是高校人才培养的一个重要环节，是培养学生运用基础和专业理论知识去分析、判断和解决复杂工程问题的主要途径，是其它教学环节所不能取而代之的。化工设计类课程，如化工原理课程设计、化工工艺设计和化工过程分析与合成等课程，是化学工程与工艺专业学生的重要专业核心课程[1]，在上述设计类课程的教学过程中融入关注行业和企业需求与发展的学科竞赛内容，丰富化工设计类课程的教学内容，同时促使“课程导向”的传统教学向“学习导向”的OBE 理念下的工程认证教学转变，是一个值得探讨和实践的问题。

工程教育认证通用标准的非技术性要求规定了毕业生应具有的职业规范、个人和团队、沟通、项目管理、终身学习等能力要求[1]，而学科竞赛设计内容涉及面广，综合性强，以各学科主要的专业知识为基础，多学科交叉，侧重于应用理论知识进行技术创新和实践。课赛融合的设计类课程教学模式，以探求在常规传统教学中引入竞赛内容，通过课赛融合的形式多方位考察学生的综合素质和能力，为工程教育认证对学生非技术性指标要求的能力培养和提高，提供一个新的途径。

化工原理课程设计是一门实践性非常强的设计课程，着重培养和提高学生分析、判断和解决工程实际问题的能力，学生需要应用数学、自然科学、工程基础和专业知识，正确表达化学工程问题的解决方案，通过工程计算和工程设计，解决复杂化学工程问题。化工过程分析与合成是综合运用化学和工程学等知识，分析和解决化工设计、生产基本规律的工程课程，要求学生在掌握化工过程分析与合成的基本理论基础上，应用化工过程设计的基本原理、Aspen Plus 工程软件进行化工过程模拟。本文从OBE 理念下的实践课程教学设计的原则出发，总结了笔者近几年将全国化工设计竞赛与化工原理课程设计和化工过程分析与合成课程教学融合的一些经验。

一、聚焦工程教育认证，课赛融合培养学生责任意识

工程教育认证的通用标准共有12条[1]，其中1～5条为技术性因素要求，6～12条为非技术性因素要求，该标准为各专业人才培养方案制定，课程体系、实践环节和支持条件的建设提供了准则。一个大学生从学校毕业走向社会，非技术性要求的能力培养对其职业发展的作用更为重要。所以为了多方面培养大学生的创新思维和工程技能，培养团队协作精神，增强大学生的工程设计与实践能力，实践“卓越工程师教育培养计划”，中国化工学会、中国化工教育协会、教育部高等学校化工类专业教学指导委员会每年均在知名化工企业的赞助下，举办“全国大学生化工设计竞赛”，目前已举办了12届，今年是第13届。近5年“全国大学生化工设计竞赛”的设计题目和关注内容等信息如表1所示。

通过分析近5年的全国大学生化工设计竞赛关注的内容和具体竞赛设计题目可以发现，全国大学生化工设计竞赛聚焦化工行业和企业需求和未来发展，在重视专业多学科专业知识的基础上，更强调化工人才培养的责任意识和非技术性指标的要求。作为我国化工科技界将来的基础和栋梁，化工学子应该积极关注我国化工行业发展进程中的重大需求，通过全国大学生化工设计竞赛，综合运用所学的化学工程专业知识和先进技术，探讨适合我国国情的解决方案。

以2018年的竞赛设计题目为例，设计要求包含：设计基础条件（原料、产品、生产规模、安全要求、环境要求和公用工程）、工作内容及要求（项目可行性论证、工艺流程设计、设备选型及典型设备设计、车间布置设备设计、装置总体布置设计和经济分析与评价基础数）。尽管学生仅是针对竞赛完成的设计作品，但在完成设计作品的过程中，对学生能力的培养是多方面的，尤其是学生的责任意识，这是任何一门课程教学都无法达到的深度和广度。

二、课程教学渗透行业需求与发展内容，激发学生学习兴趣

传统化工类课程设计教学理论性较强，不同设计类课程之间缺乏有机的联系，学生对设计类课程所学内容在其未来职业发展中的重要性认识不足，所以学习缺乏积极性和主动性。采用课-赛融合的教学方式，首先可以充分利用化工设计竞赛对于学生多学科知识和能力的要求，有机地将专业基础课化工原理课程设计和专业课化工过程分析与合成结合起来，其次将多学科交叉的竞赛题目作为课程设计的可选题目之一，给学生们提供了一个应用理论知识解决实际复杂化学工程问题的实践平台，同时也可满足学生个性化、多样化的学习和发展要求，教学中可以充分调动学生学习的主观能动性，实现传统教学向学生中心的转变。

表1 近5年“全国大学生化工设计竞赛”的设计题目及关注内容[2]

关注化工行业和企业需求与未来发展的设计任务和设计要求，可以培养学生跟踪行业和企业需求与发展的意识和能力。课堂教学通过讲授和分析化工设计竞赛的设计任务，对全体学生讲授现代化工设计理念和化工设计方法，启发学生思考，引导学生自主学习，让学生们将所学的专业知识与实际问题联系起来，用学过的理论知识去分析和解决化工复杂问题，对培养和提高学生的创新意识具有积极的作用。

化工原理课程设计和化工过程分析与合成是化学工程与工艺专业学生的核心课程，将全国大学生化工设计竞赛的设计任务融入到上述2 门课程的教学中，赋予了传统课程以新活力。在完成竞赛设计作品的过程中，学生知晓了课程所学知识能够解决哪些工程实际问题，尽管参赛学生需要在教师的指导下拓展学习课堂以外的一些教学内容，但学习兴趣依然浓厚。所有参赛学生在组长的安排下，都积极查阅资料和调研，学习往年获奖设计作品的优点，努力探求自己设计作品的特色和创新点。这样的设计任务，涵盖了布鲁姆教学分类法所有6 个层次（记住、理解、应用、分析、评估和创建）[3]的教学要求，保证了学生的学习效果，体现了OBE 的教学理念。

三、丰富课程考核方式，促进“知识考核”向“能力考核”的转变

全国大学生化工设计竞赛分别针对设计作品的设计文档、工程图纸、现代设计方法和答辩四部分进行评分。设计文档主要包括生可行性报告、初步设计说明和设备设计文档。其中可行性报告参照中国石油和化学工业联合会发布的 《化工投资项目可行性研究报告编制办法》（2012年修订版）编写；初步设计说明书参照《化工工厂初步设计文件内容深度规定》（HG/T20688-2000）编写。工程图纸主要考察图纸的格式规范性以及平面布置图、设备布置图、PFD 与PID 图纸内容的正确性与完整性；现代设计方法主要考察计算机辅助过程设计、设备设计和工厂设计的完成质量。上述考核内容在考察学生专业知识的基础上，还包括了团队协作、沟通、表达、组织以及学习如何在工程实践中考虑社会、环境、法律、伦理、道德等问题，体现了对学生综合能力和学习效果的考核。

将全国大学生化工设计竞赛的评分准则引入课程的考核方式，认定学生的设计作品成果。学生在教师指导下完成的设计作品，成功完成的竞赛作品可以互换校内学分或成绩，即省部级以上的设计获奖可免做校内课程设计，获奖等级可以作为课程设计评价成绩的依据，体现了学分制的要求，允许学生在一定范围内自主选修课程、自主安排学习进程、自主选择授课教师，实现向学习者为中心的转变，以适应其个性化、多样化的学习和发展要求，释放其自主学习和实践的潜能。很多学生正是在参与竞赛的过程中，学会了如何与别人合作，如何取人之长补己之短，同时也学会了互相谦让、互相鼓励、团结合作。多样化的考核方式促进了“知识考核为主”向“能力考核为主”的转变。

课-赛融合的学科竞赛对学生专业素质的培养是普通课堂教学所远不能及的，它是实施创新教育、实现个性化培养的重要途径。课-赛融合的教学模式也为优秀人才的脱颖而出提供机会，2017年由化学工程与工艺专业5 名同学组成的“Sulfur Remover”参赛队，其“天津石化南港分厂年产十四万吨硫磺回收项目”竞赛作品在华北赛区提交的275 件设计作品中，位列14 并成功进入国赛竞争答辩环节，最终获得国家二等奖，同时获华北赛区一等奖。5 名参赛同学中3 名同学成功保研，同时2 名同学还获得了2018年校级优秀毕业生，1 名同学被中国合成油公司录用。实践证明，竞赛获奖的学生在保研和求职时，争相被招生院校和用人单位录取或录用的事实，说明课-赛融合的教学实践为高素质创新人才的培养探索了一条重要途径。

四、结束语

课-赛融合的化工设计类课程的教改实践，聚焦工程教育认证，课程教学过程中贯彻OBE 理念，可以推动专业类课程教学体系、内容、方法和手段的改革。课-赛融合是创新人才培养的重要载体，也是课程教学的检验，将竞赛思想和内容融入专业课程的教学中，可以培养学生运用多学科交叉的知识去分析和解决复杂化学工程问题的能力，可以培养学生责任感、创新意识和创新能力，实现工程教育认证对学生多方面非技术能力要求的达成，促进课程考由“知识考核为主”向“能力考核为主”的转变。

教学中通过合理安排课程教学内容和竞赛任务，科学指导学生的竞赛设计作品，通过选出设计作品参加全国赛事，有利于提升学校的影响力和内涵发展。