新工科背景下化工设计课程教学改革研究

伍水生，兰东辉，邓继勇

(湖南工程学院材料与化工学院，湘潭 411104)

在第四次科技浪潮下，人工智能、物联网、大数据、云计算等信息与系统论的发展已经成为一种潮流，传统的课程教育不适用于当今以学科交叉、实践优位、科技前沿属性为特点的新工科教育的需求。科技日益精细化时代的到来，使得高校工科专业亟待改革，建立新的工科专业。课程、师资、教材、硬件标准是新工科建设的重要落脚点，并以此为出发点大力培养双创型、复合型、实践型人才。化工专业学生在具备深厚理论知识的同时，还应具备良好的实践操作能力、工程系统的筹划能力、创新精神、参与国际竞争的意识等综合素质。现阶段，大学生就业困难的最主要因素是社会需求与学生所学知识不相匹配，工科专业的开设与培养模式与实际需求有偏差，造成供求不一致的就业态势，以及人才市场的结构性障碍。因此，迫切需要地方高校对工科人才的培养模式做出创造性调整[1-3]。

为推动新工科教育改革与创新，从2007年2月开始，教育部开始注重新工科课程建设，“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等先后落实，在新工科建设的模式上大胆创新、积极形成中国特色，践行教育强国的根本理念。新产业的不断催生，促使社会对新工科背景下的高素质复合型人才的需求量不断增大，新工科背景下需要提升高校学生的综合素质与化工设计能力，利用信息技术手段实施化工设计模拟教学、仿真式案例教学、开展设计比赛等方式提升学生学科素养，大力提升化工设计课程的应用环节，坚持理论与实践相结合、课内学习与课外竞赛相结合、步骤化、系统式的课程体系，着力培养学生的工程设计和实践创新能力。

1 完善课程体系

新时期社会经济持续发展、企业不断创新转型升级带来的技术创新，对学生综合素质的要求越来越高，因此，应用型高校的教学模式作出相应的创新与改革，创建全面的应用型化工人才培养机制[4]。化工设计课程在囊括了基本的化工原理、化工设备安装、化工仪表调试、化工原料分离等传统专业知识的基础上，还要开设环境科学、化工安全与保护、化学工程计价等课程，使课程体系更加完善，满足社会需求。传统的化工学科课程以理论传授为主导，课程内容枯燥乏味，学生理解较为困难，与实际脱钩，在培养学生的实践能力与创新精神上有很大欠缺，而且课本内容较多，无形之中给学生带来了较大的学习压力。课程团队在充分研究探讨的基础上，不断整合专业课程资源，将理论知识与实践操作有机结合，在传授理论知识的同时注重强化Aspen Plus工艺流程模拟，应用AutoCAD等计算机软件开展教学。使学生的思维更加开阔，创新能力进一步提高，同时在实践环节中，设置了认识实习、化工仿真训练、生产实习、毕业实习等以企业为主导的工程训练项目教学模块，实践环节的加入为学生在化工学科领域开展创新活动提供专业的平台，提升了学生在化工工程设计中的实践能力。

2 创新教学模式，培养卓越人才

新工科建设与发展的道路应以关注教师和学生这两大主体为核心，转变教学理念，打破教育壁垒；树立培养目标和学术价值取向；立足专业底线，遵从国际标准，推动专业拔尖，构建星级评价；融通线下和线上两个空间，探索工程人才培养的新型教学方法，构建以学习者为中心的新工科教育生态；以市场需求为导向，强化校企实验基地。在教学中，传统的授课形式没有将学生放在课堂的中心，学生缺乏自我的真知灼见与相互协作；学生对于课堂学习的内容兴趣不高，投入程度低。新工科背景下以一切为了学生为基本理念，以绿色化工技术、虚拟仿真技术的省级教学中心为依托资源，充分运用虚拟仿真技术手段进行课堂教学改革，师生一体在做中学、在做中教，将化工设计专业中的实践环节以模拟形式引入课堂，实现了理论与实践的紧密结合，提高了学生参与课堂教学的积极性；学生在操作与问题探讨中掌握知识，提升综合素质。随着网络资源在教学中的应用，新的授课方式应运而生，慕课、微课、翻转课堂、VR等新技术在教学中不断应用，学生的学习热情被点燃。以翻转课堂为例，相比较传统的工科课堂，这种新的授课形式更加注重培养学生的知识、技能、情感等多维目标，激发学生主动探究的意识，注重培养学生的主动学习能力。同时利用信息技术所达成的实践仿真模拟效果也是传统课堂教学所不能实现的。

3 课赛融合，在继承中创新，在共享中融合

化工设计竞赛着重培养化工专业学生的化学工程设计意识与创新精神[5]。竞赛以开展项目为平台，以团队形式参赛，每五人一队，团队成员对项目实施进行预备性分析，并相互协调设计工艺的流程、核算原料消耗、选取相适应的设备、设计最优管道布局方案、倡导环境保护理念等相关内容，在项目实施的过程中还要熟练运用AspenPlus、AutoCAD等计算机设计软件，模拟完成工艺的设计过程，并能现场完成考核组的质询，完成答辩，最终评选出优秀设计项目。通过比赛，学生的化工设计水平与动手操作能力进一步提高，不仅培养了学生团队协作精神，更重要的是在竞赛的过程中，培养了学生的工艺设计理念，使学生对所学专业知识进行系统综合运用和提升，也为学生未来就业做好充分的准备。

4 案例教学，增强学生实践能力

党的十九大报告指出高等教育必须深化产教融合，加强校企合作。开放的办学模式是应用型高校创新教学模式的重要步骤，有助于经济新动能的生成[6]。近年来，学院积极促成应用型专业与企业之间的合作，使学生将课堂所学应用于企业生产中，从企业引进技术骨干走进课堂指导学生，将企业的经典案例引入到课堂教学中，增派高校教师到企业参与实地生产活动，让教师在化工企业实地生产活动中成长，在企业中担任高级工程师，促成教师产学研一体化实践模式，教师积极参与到企业技术难题攻克中，在实地生产中积累经验。学校应分批次派出教师参加化工系统内部组织的技术骨干培训，在工程设计中提高教师的实践水平，有能力的教师还可以参与到化学工程软件的设计与研发中，真正实现化学工程与计算机技术的有机结合，全面发展教师的实践能力。在教学中，课程团队充分挖掘素材，实施企业实践案例与化工专业理论知识相结合的课堂教学模式，高校与企业共同讲授同一门课程，并将企业实践案例贯穿于整学期的化工设计专业课程教学中。将企业真实项目的案例融入高校课程教学中，是高校教学改革的重要举措，教学内容相互衔接，改变了以往化工设计工程缺乏整体性的劣势，能有效帮助高校教师积累化工设计实践经验，弥补以往教师过于偏理论教学的不足。

5 注重创新创业教育，提升学生综合能力

化工设计是高校化工专业学生的必修课程，既囊括了化工设计的新工艺、新技术，也有计算机模拟仿真技术，以及工艺设备型号的选配、原料的选取、环保技术的应用等相关专业知识，课程内容既突出化工设计的实践性，同时又具备学科内容的综合性，有助于培养学生的创新能力。在教学中，融会贯通课堂教学与实践环节，坚持以教学为中心，以学生为主体，重视学科交叉及创新创业能力的培养，以培养学生具备较强的专业知识、化工设计实践能力、满足社会以及企业需求为根本目标。鼓励学生进行创新创业实践，积极实践课堂所学理论，大力提升高校化工设计专业学生的应用素养，提高专业核心能力。化工设计课程的教学改革必须紧密联系社会需求，将理论知识与企业生产实践紧密联系起来，以促进地方产业振兴为发展目标，以培养学生的工程实践能力和自主创新能力为出发点，培养新时期新工科背景下的高素质人才。

新工科背景下的人才培养必须脚踏实地做好课程改革工作，只有这样才能培养出符合现代社会与企业需求的应用型人才。以全新的眼光看待学生的发展，渗透计算机信息技术，探讨新的课程实施方式，充实现有的课程体系，加大学生参与实践生产的课程实施力度，注重发展学生的多项素质，积极增派教师到企业锻炼，以满足工科高校人才培养的需求。