学科竞赛驱动下的《化工设计》课程教学改革与实践

马闯　焦连升　刘金玉　金铜音　王蕾

摘  要：为了强化化工设计课程在化学工程与工艺专业应用型人才培养过程中的作用，文章基于全国大学生化工设计竞赛，以培养学生应用型能力为目标，对现有化工设计课程的教学方法和内容进行了创新和重构，实践证明改革后的化工设计课程能够有效激发学生学习兴趣，改变传统课堂状态，培养学生的团队协作能力，提高学生的工程意识和工程实践能力，对推动教学改革和培养化工类应用型人才具有重要意义。

关键词：学科竞赛;应用型人才;化工设计;教学改革

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）01-0132-03

Abstract： The role of chemical engineering design courses need to be enhanced in cultivation of applied talentsin chemical engineering and technology. Based on the National Undergraduate Chemical Design Competition， this paper aims at developing students' application capability， and reconstruct and innovates on the teaching methods and contents of existing chemical design courses. The practice has proved that the reformed chemical design course can effectively stimulate students' interests in learning， change the traditional classroom state， develop their teamwork skills， as well as improve their engineering awareness and practical ability， which is of great significance to promote teaching reform and cultivate chemical application talents.

Keywords： discipline competition; application-oriented talent; chemical design; teaching reform

化工設计课程作为化学工程与工艺专业的一门必修课程，是对前期所学核心课程如：化工原理、化工热力学、化学反应工程、分离工程等基础理论课的一个综合应用，具有综合性、应用性和工程性等特点[1]，主要培养学生独立工作、独立思考和综合运用所学理论知识分析和解决实际工程问题的能力，是提高学生综合素质，使大学生向工程师转化的一个重要环节。因此化工设计课程在化工专业和行业建设过程中有着非常重要的作用，是保证化工项目建设可以顺利进行的基础，是培养化工专业应用型人才的重要过程，可以说一个学生化工设计能力水平的高低标志着其实际应用能力培养的成功与否[2]。

全国大学生化工设计竞赛（简称化工设计竞赛）是由中国化工学会、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主办，在诸多知名化工企业的赞助下，面向化工类专业学生的一项高规格学科竞赛，目前是国内级别最高、参赛人数最多、影响力最大的赛事。该学科竞赛旨在多方面培养大学生的创新思维、工程意识和团队协作精神，增强大学生的工程设计和实践应用能力，为培养高水平应用型人才，实践“卓越工程师教育培养计划”具有重要作用[3-4]。

化工设计竞赛通过每年3月份发布任务书，要求各学校参赛队伍依据设计任务书完成相应的任务，最终在7月20日前在全国大学生化工设计竞赛官网上提交参赛作品。学生在这段时间内完成设计作品，由于化工设计竞赛的任务量较大，需要综合应用化工各学科、各课程的相关理论和实践知识，要求学生以小组的形式共同来完成作品。显然传统的化工设计课程教学模式不能满足新形势下培养高水平应用型人才的需求，这就对化工设计及相关课程的理论和实践教学提出了更高的要求[4]，本文主要分析了化工设计课程的教学现状，结合化工设计竞赛，探讨了以学科竞赛为驱动，重构课程内容，改革化工设计课程的教学模式和考核办法的教学模式。

一、化工设计课程的教学现状

随着化工行业和教育行业的快速发展，化工设计课程由于其较强的应用性和实践性，使得传统的教学方法并不能满足课程目标和人才培养目标的达成，存在的问题主要体现在以下几个方面：

1. 许多青年教师都是从大学到大学，缺乏工程实践经验，在教学过程中不能熟练应用工程案例教学，容易造成照本宣科，导致学生对工程知识理解不透彻，限制了学生工程意识的培养[5]。

2. 虽然化工设计课程实践性和应用性较强，但课程主要采用教师授课的方式进行，缺乏相应的工程实践和相应的实践训练，且期末试卷的单一考核方式限制了学生应用能力的培养[6]。

3. 课程内容过度依赖教材，且教材更新落后于化工行业的发展速度，教材中大多属于落后的生产工艺流程和技术指标，教师不能联系现有行业发展情况对出现的新工艺、新设备等进行介绍，因此教学资源的落后限制了学生创新能力的培养。

4. 在信息技术快速发展的今天，传统的课堂讲授缺乏师生互动，则容易为“低头族”创造条件，使学生对本课程丧失兴趣，同时单一的课堂讲授也不利于学生团队协作能力的培养。

以上化工设计课程实施过程中的主要问题严重影响了课程教学的有效实施，也导致了学生在学习的过程中无法有效地提高学生的实践应用能力，无法促进课程目标和人才培养目标的达成，因此开展化工设计的教学模式改革显得十分必要。

二、化工设计课程改革与实践

在化工设计课程教学过程中将学科竞赛融入到课程教学中，在教学内容、教学方法、考核方式等方面结合化工设计竞赛完成教学任务。这不仅丰富了课程教学资源，也提高了学生的综合实践能力。

（一）突出重点，重构课程教学内容

我校化学工程与工艺专业在2018级培养方案调整中，将化工设计中的物料衡算和热量衡算部分调整到计算机在化学化工中的应用课程Aspen Plus部分中讲解。根据化学工程与工艺专业毕业生在行业中的需求，将化工设计课程教师讲授内容调整为工艺流程设计和工艺流程图、设备的工艺设计及化工设备图、车间布置设计、管道布置设计、非工艺专业、工程设计概算及技术经济6大部分，共32学时。这6大部分同时也是化工设计竞赛设计的核心内容。在本课程中重点结合化工设计竞赛讲授工艺流程设计和设备的工艺设计部分，讲授本部分过程中融入安全设计和化工环保等相关思想，同时将绿色和节能等理念贯穿设计部分的始终，满足学生将来对项目设计的需要，对于Cup-Tower、SW6等设计用到的软件课程不做讲授，由学生自主学习，培养学生自主学习能力。

化工设计竞赛的引入使得每年的设计任务是不同的，这就要求教师和学生对新出现的工艺和装置进行共同学习，利用课程中讲授的设计方法和工具，查阅大量的资料结合工艺要求和特点完成一个全新的项目设计。这对培养学生的综合能力和提升教师的教学能力具有重要意义。

（二）学科竞赛，激发学生学习动力

化工设计课程改革后，将化工设计竞赛引入课程，化工设计竞赛任务书中行业前沿的设计项目，弥补了化工设计课程教材资源落后的缺点。在化工设计竞赛任务书下发时即为学期初，将化工设计竞赛的设计内容进行整理，分解为工艺流程设计、流程的物料和能量衡算、控制方案设计和设备设计、车间布置设计、管道布置设计、非工艺设计、技术经济评价和节能环保优化等部分，一一与化工设计课程内容进行对应，让学生跟随化工设计课程进度，完成化工设计竞赛设计的各个部分内容，课程中引入化工设计竞赛的项目设计，丰富课程教学资源的同时，锻炼了学生的实践应用能力，在学期末课程结束后，设计作品作为课程作业，同時化工设计竞赛的设计作品已经初步成型，在此基础上鼓励学生进行优化，补充三维配管设计、厂区漫游等设计内容，此部分内容为教师指导，学生自行研究、设计，完成后即可提交作为化工设计竞赛的参赛作品。实现了在课程实施过程中初步完成设计作品，课程结束后辅助学生进行能力拓展，通过拓展完成化工设计竞赛要求的剩余内容，这样既能够满足课程考核的需要，又能够通过简单优化成为一份完整的化工设计竞赛作品，参加竞赛的优秀作品可获得河北省及全国大学生化工设计竞赛奖项，学校对于获奖学生在课外学分认定和资金奖励等方面均给予相应的支持，这在很大程度上激发了学生对本课程的学习动力，提高了学生对项目设计的积极性。

（三）教学模式改革，培养学生综合能力

在本课程的教学改革过程中，对传统的教学模式和考核办法进行了调整。由传统的教师讲授为主，变为现在以学生小组自主设计为核心，每个小组由4-5名学生组成，教师结合项目设计内容每次课中对本周学生应完成的设计内容进行介绍、指导，课下由学生完成，定期分小组进行汇报，汇报内容包括小组分工、设计内容和完成情况、存在的问题和下一步的设计计划等内容，每次汇报的成绩作为学生平时成绩，而平时成绩也加入学生的自评和互评分，提高了学生平时学习的积极性和效率。

该课程的考核也由传统的期末试卷理论考核的方式，改革为现在多元化的考核方法，由原来的重知识考核改革为现在的重能力考核，即总成绩由平时汇报成绩（共分为4次）、设计项目答辩成绩（三个以上教师评委）、设计作品成绩三部分组成。多元化的考核方式更注重过程性考核、更注重学生能力的考核，是应用性人才培养过程中的一个重要特点。

经过课程教学模式的改革有助于培养学生的工程意识和实践能力。化工项目设计来源于化工生产实际，与现有化工行业密切相关，在不给定设计原料或产品的情况下，由学生通过查阅资料根据国家和行业政策、市场需求等确定生产原料或工艺产品，在这过程中学生需要抛弃实验室工艺设计的思维，结合所学知识和生产实际采取工程思维来思考、设计、解决相关问题等，从而让学生能够系统地利用各学科知识完成项目设计，训练学生的工程设计能力。这可以为学生毕业进入行业工作起到一个很好的桥梁作用。

本课程的改革有效促进了学生团队协作能力的提高。在实施项目设计的过程中由于需要以小组的形式来完成，这就要求学生必须合理分工，比如工艺方案确定后，有同学进行工艺模拟优化，有同学需要进行设备设计和优化，这就需要他们在实施过程中及时沟通交流，并相互协调、配合，只有小组成员间的互相鼓励、互相沟通和交流才能按期完成设计作品，所以化工设计竞赛项目设计的引入对学生学习意志、心理素质和团队协作能力进行综合培养。

通过教学模式的改革，学生在实施项目设计的过程中以小组的形式来开展，通过在教师的指导下，要求学生按照工程设计要求自主查阅资料、自主学习系列软件、自主评估取舍相关生产工艺、新型设备、过程节能技术和自动化控制等先进的技术，从而促进了自主学习能力的培养。同时学生的实践应用能力、团队协作能力和创新能力也得到了有效的提升[7]，这有效支撑了化学工程与工艺专业学生的毕业要求的达成。

三、化工设计课程改革成效

化工设计课程教学改革3年来的实践证明，学科竞赛驱动下的化工设计教学模式改革使得教学效果不断提高，充分激发了学生学习积极性，学生的学习状态得到了明显的改善，学生应用性能力也有了明显的提高，培养效果得到了兄弟院校和社会的普遍认可。表1是化工设计课程教学改革实施以来学生参加化工设计竞赛的获奖情况，从表中可以看出3年来，学校参加化工设计竞赛的学生数不断增加，学生获得省级以上奖励的数量不断增加，在第11届河北省的大学生化工设计竞赛中，我校也是唯一一所获得特等奖的地方院校，这极大地提升了学校和专业的知名度。经历过化工设计竞赛的学生也重新对化工专业有了新的认识，明显提升了专业知识技能和综合能力，对学生研究生的考核和面试也起到了极大的促进作用。另外在指导学生参加化工设计竞赛的过程中也提升了教师的专业水平，使教师了解到了更多的行业前沿知识和技术，在后续的教学过程中能够将此经验和平时的理论知识相结合有效的开展教学。也因此两位教师获得河北省教育厅化工设计竞赛优秀指导讲师荣誉称号，同时学校还获得了第11、12届华北赛区的优秀组织奖，现代化设计方法单项奖等诸多奖项。

另外本課程以学科竞赛为驱动的教学模式目前在本校已经开始推广，学校于2018年下发了《河北民族师范学院一院一品计划实施办法》，鼓励各学院依托自身专业特点、学科优势设计高质量的品牌学科竞赛活动，积极参加国家级、省级高水平学科竞赛，使学科竞赛具有一定的水平，真正能够促进学生的专业学习，能够培养大学生创新精神和综合实践能力。力争实现一个学院一个品牌。

四、结束语

本课程采用以学科竞赛驱动《化工设计》课程的教学模式改革，经过3年实践证明化工设计竞赛引入课程能够促进学科知识的相互渗透，促进学生工程实践能力培养、促进学生自主学习能力的培养和创新能力的培养[8]，同时也对课程资源更新具有较好的作用。本专业实施课程改革后为社会行业培养了一批满足需求的高素质应用型人才。同时该教学模式的改革也为其他学科的教学模式改革和应用型人才培养提供了一条可借鉴的思路。

参考文献：

[1]赵永华，周艳军，齐平，等.基于应用型人才培养的化工设计课程教学改革[J].中国现代教育装备，2018（19）：90-93.

[2]叶飞，孙明.新工科与工程教育专业认证背景下化工设计课程教学改革[J].广东化工，2019，46（07）：229-230.

[3]王琳，张海礁，乔占平，等.化工设计大赛在应用化学专业学生工程能力培养中的地位与作用[J].南阳师范学院学报，2017，16（12）：72-75.

[4]范明霞，胡兵，袁颂东，等.以化工设计竞赛为载体推动教学改革[J].实验室科学，2019，22（01）：221-223.

[5]韩生，蔺华林，薛原，等.基于工程思维培养推动化工设计课程改革的探索[J].化工高等教育，2018，35（05）：56-58.

[6]彭啸，吴燕，张晨曦，等.化工设计课程的教学改革与实践[J].中国轻工教育，2019（01）：81-85.

[7]吴菊，杨梅，金俊成，等.化工设计竞赛对地方应用型高校化工专业教学改革的促进作用[J].皖西学院学报，2019，35（02）：13-18.

[8]赵升云，范荣玉，吴方棣，等.基于新工科理念的化工设计课程改革与实践[J].高教学刊，2018（23）：136-138.