地方化工类特色高校“金课”建设探索实践——以“化工设计”课程为例

何禄英 喻发全 刘少文 陈金芳 邓伏礼

(武汉工程大学 化工与制药学院，湖北 武汉 430205)

自2018年6月教育部在成都召开“新时代全国高等学校本科教育工作会议”以来，本科教育质量的建设和提高成为各地高校关注的热点。而教育部在今年发布的《实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》，更是直击近年来高等教育的痛点，即高校本科人才培养质量面临滑坡的局面，决定围绕“扩围、拓新、提质”，建设一批“一流本科、一流专业、一流人才”示范引领基地。专业课程作为高校人才培养的核心要素，通过合理提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，提高学生专业能力来打造“金课”[1]，切实提高课程教学质量，成为响应新工科时代我国本科教育新要求的必由之路。

化工设计是化学工程与工艺专业的核心课程之一，主要面向化学工程与工艺专业本科生。课程主要涵盖了工艺流程设计、物料和能量衡算、设备计算、车间和管道布置，以及安全环保、公用工程和技术经济等方面内容。课程要求综合运用化工原理、化工热力学、反应工程、分离工程、系统工程和化工工艺学等专业基础知识，要求掌握现代化工设计的思想、方法和工具，强调理论与实践相结合，培养学生的工程设计能力和工程观念，是一门指导学生将化工专业知识应用到工程技术中的综合性专业课程[2]。作为国家化工行业直接培养专业人才的化工专业的一门核心课程，化工设计课程的“金课”建设重要性不言而喻。而具有鲜明化工特色的地方高校在这一轮人才培养变局中也应起到行业“桥头堡”的攻坚作用。化工设计课程在传统教学中一直以来存在“重课堂、轻课外，重理论、轻实践，重结果、轻过程”等问题[3-4]，而且传统课程的教学内容、手段、讲课方式以及考试方式等都不能适应现代化工建设项目的要求。为了挤走课程的“含水量”，加大“含金量”，为把这门核心课程打造成真正的“金课”，我们主要从教学内容、教学方法、教学评价这三个方面进行了教学改革，本文就我校针对“化工设计”课程“金课”改革已开展的部分实践进行分析和探讨。

1 更新教学内容，拓展课程深度

教学内容即是教什么，或者从对应面来说，就是学什么[5]。以前的课堂基于课程导向教育(curriculum-based education)理念，主要以老师和教材为主体，老师从教材中提取精华内容制作成PPT，讲解给学生听；而在工程教育专业认证体系中强调成果导向教育(outcome-based education)理念，要以学生为中心，强调学生学什么[6]。在成果导向教育理念下，课堂所传授的知识不只是照本宣科，还要与学生将来的职业需求相适应。我们教学内容要从教师教什么到学生学什么进行转变，遵循成果导向教育模式，对教学内容进行一些变革，具体措施如下。

1.1 通过线上教学延伸课时

化工设计课程一般为32学时，学时偏少，不足以完成化工设计课程内容的讲解，很容易出现“满堂灌”、“填鸭式”的“赶课时”现象，虽然满足了教学任务的要求，但明显缺乏与学生的互动，难以调动学生的学习兴趣，达不到理想的教学效果。2018年，本课程获得教育部第一批产学合作协同育人项目资助，与北京文化公司签订了慕课拍摄协议。在项目资助下，对我校“化工设计”在线视频课程按教材章节知识点进行录制，一共33个15分钟左右的微视频，总时长548分钟。线上课程内容重点突出，精炼简洁，能够涵盖教材的全部重要知识点，并通过学校网站、优学院等平台免费开放，鼓励学生在课前观看相应视频进行预习，提高课堂教学质量。不仅如此，通过在线课程教学，我们在课外能够大概延伸出来11个学时，将化工设计总学时扩充至43学时，保证教学效果。

1.2 选用参考资料补充完善教学内容

一般来讲，教材是教学内容的主要来源，我校化工设计课程目前采用的教材是梁志武、陈声宗主编的《化工设计》(第四版，2015)，是该门课程经典的教材之一。但以工程教育成果导向教育理念要求，单纯讲授教材的内容已经不能满足学生对本课程的需求。我们教学团队从现代化工工程师需求出发，经过充分讨论，选取了《化工工艺手册》(第五版，2018)为教师备课的主要参考资料，并在授课内容上与教材进行高度整合，对化工设计所要求的知识要点进行扩充，例如：第一章重点增加工艺包开发阶段；第二章重点增加工艺开发放大的方法、化工装置工艺节能技术、自动控制和典型的化工单元的控制(如泵、传热设备、乙烯裂解炉、精馏塔等)和详细的工艺流程设计举例；第三章重点增加公用工程平衡介绍；第四章详细增加化工单元工艺设计，如反应器、塔设备、换热器、储罐、泵的设计等，从设备的概述、理论计算、选用、设计步骤、应用、设计举例都有全新的内容补充；第五章重点增加厂址选择和总图布置；第六章增加管道设计基础和单元配管设计(立式容器、泵、冷换设备等的配管设计)；第七章详细增加环境保护中“三废”的具体处理措施和工程经济。此外，还强调科研对教学的推进作用，要求授课老师将在研的研究项目与教材要点进行融合，讲解相关知识的最新进展和研究成果，不断补充新内容。在讲授方面，因为教材内容学生可以通过视频进行自学，所以课堂讲解内容主要为《化工工艺手册》的扩充内容。

1.3 强化化工软件学习

随着世界经济和科技(尤其是计算机知识)的快速发展，我国化工行业进入新的发展阶段，化工设计过程中工艺计算、设备选型和绘图等大量的工作也都可通过相应的化工软件来完成。在教学过程中，我们也注重把计算机技术融入到课堂教学，鼓励和要求学生深入学习相关化工软件的操作。针对课程的核心内容，对相关软件也进行了录屏教学，如图1所示。除此之外，还聘请Aspen Plus和AutoCAD专任教师到课堂进行案例教学，要求学生在课后完成相关软件的大作业，通过多种手段强化学生的化工软件运用能力。

2 改进教学方法，提升课程创新性

化工设计原有的教学方法主要以“三教”即教师、教材和教室为中心，并且以教师单向讲授为主，课堂教学中与学生的互动不足，学生发挥空间有限。因此，课程教学方法的改革主要集中在从“教师怎么教”向“学生怎么学”转变，从“以教为中心”教学模式向“以学为中心”的教学模式转变[5]，对传统的教学方法改进方式如下。

2.1 线上教学和线下教学相结合

随着互联网的发展，利用线上资源和手段完善我们的教学方法，已成为一个流行趋势。经过积极建设，化工设计课程目前已经具有完善的线上资源，包括线上讲义、课件、视频和题库等，所以改进后的课程教学主要采用线上线下相结合的混合式教学方法。在线上教学方面：1)课前要求学生提前预习线上视频资料，了解基本内容，延伸课堂学时，完成全部线上课程的学生达95%以上；2)课中，在板书和多媒体相结合的基础上，新融入了线上“优学院”、“雨课堂”中的签到、抢答、投票、选人、弹幕等功能，极大的调动了学生的学习积极性，增强了学生的学习参与度；3)课后利用线上“优学院”平台，发布讨论话题，学生回帖数达1 183次，学生通过所学知识和查阅资料，线上发表自己的观点，巩固所学知识和拓展视野，也可进行提问和答疑。在线下教学方面：1)课堂教学中授课老师对线上课程所学内容进行总结回顾，组织学生进行提问、答疑，打造翻转课堂；2)在课堂上实施案例教学法，重点通过具体的设计案例来讲解知识点，引导学生理论联系实际，巩固学习成果，加强工程思维的训练；3)授课老师在课堂上对学生进行相关化工计算、设计训练，加强与学生的互动，激发学生的学习兴趣和求知欲，给予学习创造性思考和表达的机会。4)与专业课程设计紧密衔接，理论和实践紧密结合；5)鼓励并指导学生参加全国大学生化工设计大赛，以赛促学，鼓励学生全方位地掌握化工设计的基本程序和基本技能，把所学理论知识用于工程实践，提高专业核心能力。

2.2 校内教学和校外教学相结合

“化工设计”课程是把化工过程从设想变为现实的一个设计过程，在这过程中需要各方面知识的融合，想要提高学生的化工设计能力，除了把所学的理论知识能融会贯通外，还需进行实践环节的训练。我们在校内课堂上注重理论知识的学习和积累，而在校外，通过在大中型化工企业、设计院等单位开展生产实习、毕业实习，让学生在生产一线认识工艺流程、反应装置等，从根本上了解化工设计内容。学生可以将所学知识快速地与实际相结合，增强学习效果，培养学生的工程素质能力。

3 优化考核方式，增加课程挑战度

考核方式从“教的怎么样”向“学的怎么样”转变，通过改变以往学生死记硬背，“期末一考定成绩”的考核方式，推行全过程学业评价，综合运用笔试、在线测试、非标准答案(讨论)等多种考核形式。

以往的成绩评定方式由考勤30%+期末笔试70%(闭卷)组成，经过改革后，现在最终成绩由过程性成绩和期末成绩权重各占50%组成，具体如图2所示。除期末考试为笔试，其余全部在线上完成，由服务器后台统计学生数据完成成绩分析，其中过程性成绩由在线视频学习10%(按照规定时间完成)、课堂情况10%(签到、抢答、投票等)、讨论5%、期中测验10%和作业15%五部分组成。线上视频学习10%为课前自学，了解掌握课程基本内容，为课堂上老师进行重难点讲解和案例教学打好基础；课堂情况10%由遵守课堂纪律、认证记录学习笔记、签到、抢答、投票、提出有价值问题等多个环节组成，具体执行比例由任课老师自行分配；讨论部分5%为老师拟定题目，有设计案例阅读，纠错，具体环保问题分析等，在线上进行发帖讨论；作业15%和期中测验10%均为线上题库中题目，由任课老师随机抽题完成；在线上资源中，我们建立了线上题库，习题总数为199道，每章题目平均25题，题目类型有选择题、填空题、判断题、简答题、计算题、图形分析题等。通过改革学生的考核和成绩评定方式，进行全过程学业评价，以考促教，以考促学，激励学生主动学习，刻苦学习，最终课程通过率达到99%。

图2 成绩评定方式变更图

4 结语

化工行业在我国工业生产中占有举足轻重的地位，化工专业课程尤其是“化工设计”课程的“金课”建设对培养化工专业人才具有重要作用。我校作为化工特色鲜明的地方高校，在“化工设计”课程的教学内容、教学方法和教学评价的改革创新方面进行了积极探索，并取得了一定成效，建设了“化工设计”在线开放课程资源，拓展了案例化实践教学、讨论式教学模式、搭建了化工设计竞赛平台，完善了“线上线下、校内校外、理实结合、实践提升”的全过程、多环节、一体化的课程体系，提升了教学质量，增强了学生工程设计和实践创新能力。多年来，化工专业毕业生就业率保持在93%以上，越来越多的毕业生受到化工设计院的青睐。近三年来，化工专业约105名学生成功参加全国化工设计大赛，其中15人获全国一等奖，15人获全国二等奖，10人获全国三等奖，其余人获优秀奖，成绩斐然。随着科技进步和教学手段的日益发展，教学改革将是一个持续改进的过程，今后“化工设计”的课程改革将沿以下方向进行，1)加大化工设计课程群的建设，把化工设计软件课程如CAD、Aspen Plus等融合在化工设计课程中，教学和实践环节更加紧密衔接，进一步完善课程群课程体系；2)把化工设计大赛内容适当融合在教学内容中，进行具体的案例式教学，真正做到“以赛促教，以赛促学”；3)进一步优化考核机制，鼓励学生以团队形式完成一项课程设计大作业，增加同学们的实操训练和团队协作能力；4)加大对专业教师工程能力和创新教学模式的培训；5)积极争取打造仿真实验操作平台，提高学生的实际操作能力。这些措施在持续的改革中将会不断得到完善，力求“去水增金”，把化工设计课程打造成一门真正的“金课”，为社会培养与时俱进的高素质“新工科”人才。