融合工程教育专业认证理念的化工设计基础课程教改研究

范峥 　黄风林　刘菊荣　申志兵　宋绍富

［摘 要］为了在日常教学中全面适应和有效贯穿工程教育专业认证的科学理念，化工设计基础课程不断推动教学改革实践，以学生为中心，以产出为导向，通过持续改进来不断规范和优化各个教学环节，牢牢围绕毕业要求和课程目标，充分融合线上教学和线下教学，着力优化教学模式布局，通過考核评价体系改革、质量监控指标改革以及反馈跟踪机制改革来进一步增强学生作为教育本体的创造性和主动性。同时，该课程紧密结合虚拟仿真实验教学平台等现代化教学手段，以全国大学生化工设计竞赛为突破口，以教助赛、以赛促教，从源头上弥补和改进传统教学方式的不足，从而全面提高了化工专业毕业学生的专业综合水平。

［关键词］工程教育专业认证；化工设计基础；考核评价体系改革；质量监控指标改革；反馈跟踪机制改革

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）10-0146-03

作为国际通行的工程教育质量保证制度，以《华盛顿协议》为核心的工程教育专业认证体系不但有效构筑了工程教育的质量监控体系，推动了全球工程教育改革，提高了工程教育质量，还进一步强化了工程教育与工业界之间的紧密联系，促进了人才培养对产业发展的适应性，从而显著提升了我国工程技术人才的国际竞争力[1]。化学工程与工艺作为一类重要的工程类专业，旨在培养具备化学工程与化学工艺方面的知识，能在化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、医疗器械、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作的工程技术人才，其发展对于国民经济有着十分深远的影响[2]。

化工设计基础是化学工程与工艺的核心专业教育课程，它以化工厂设计过程为主线，以工艺流程设计、物料衡算和能量衡算、设备设计、车间布置设计等的基本原理和基本方法为主要内容，系统阐述了化工厂设计的基本内容与程序、化工工艺流程设计、物料衡算与能量衡算、化工设备设计与选型、化工车间布置设计、化工管道布置设计、非工艺设计、化工技术经济分析与评价以及化工建设项目管理等内容[3]。通过该课程的学习不仅能够培养学生的基础工程素养和设计实践能力，使学生掌握化工厂设计的基本原则和方法，同时还可以让学生更好地熟悉化工厂设计的主要内容和程序，理解化工设计中工艺专业的主要工作内容和常用化工设计规范，达到使学生理解和掌握化工设计基础知识，具有一定工程设计、管理能力以及一定基本工程素质的目标。

由于化工设计基础课程涵盖内容较多而课时相对较少，任课教师在实际教学过程中常常将课堂式讲授作为主要的教学活动形式，并辅以少量的随机提问和课后作业。虽然上述方法可以在一定程度上解决由于课时不足而导致的对概念理解程度不深、迁移衍生应用不足、问题解决能力不强等诸多问题，但由于其仍然受到传统教学模式的限制，仍无法从根本上解决化工设计基础教学内容和授课时数之间的矛盾。针对上述问题，本文以工程教育专业认证理念为先导，以虚拟仿真实验教学项目为平台，以全国大学生化工设计竞赛为突破口，采用教学模式布局、考核评价体系、质量监控指标以及反馈跟踪机制等多种手段来对化工设计基础课程进行深度的组合化、系统化、集成化、联动化教学改革，实际运行效果良好。

一、课程对于毕业要求达成的支撑情况

根据《工程教育认证标准》中的12条毕业要求及对其细化分解得到的39个更具体、易落实、可检测的指标点[4]，化工设计基础的课程目标主要包括：

第一，熟悉化工厂设计的主要内容和特点，掌握化工厂设计的设计程序和基本方法，了解不同设计阶段工艺专业的主要工作内容。针对不同设计阶段的工作，寻求多种技术方案，了解影响技术方案的各种因素，综合考虑多种因素以确定最优的设计方案（对应指标点3.1）。

第二，熟悉化工厂设计过程中“三废”的综合治理、采用的安全技术与卫生措施、应遵守的法律法规及行业规范，在技术方案和设计方案的优选过程中充分考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等非技术性因素，并通过相关技术经济指标评价设计方案的可行性（对应指标点3.4）。

第三，熟悉目前化工厂设计过程中各环节使用的相关软件（如流程模拟软件、绘图软件、化工设备设计校核软件等），了解其对化工设计过程的促进作用，能够基于化工专业基础知识对软件计算结果进行合理分析（对应指标点5.2）。

第四，了解化工防火防爆设计规范、环境保护设计规定、工业污水处理设计规范、污水综合排放标准、大气污染物综合排放标准、化工噪声控制设计规范等，使学生充分理解社会、健康、安全、法律、文化等因素对化工建设项目的影响和制约，并了解化工生产企业应承担的相应责任（对应指标点6.3）。

第五，了解技术和经济的关系，理解化工技术经济学和项目管理的基本概念、原理和方法，掌握项目评价中基本指标的计算及应用，熟悉项目经济评价的一般过程、基本程序、基本理论和方法（对应指标点11.1）。

第六，培养学生对技术项目和经济活动等进行经济分析和技术经济论证的能力，加深学生对项目管理的理解，使其能够将项目管理的基本理论和基本方法应用到相应领域的项目运作中（对应指标点11.2）。

第七，使学生了解项目管理在自己专业中的重要地位和重要作用，建立项目管理的思维体系，培养学生项目管理的思维能力，提高学生在日后的工作中应用项目管理方法与经济决策的能力，拓展项目管理思维（对应指标点11.3）。

二、课程教学模式布局改革

针对我校的“石油石化”特色，特别是石油化工过程普遍存在的原料复杂性、工艺规模性、产品多样性、控制耦合性、经济波动性等行业特征，化工设计基础课程（以下简称“本课程”）坚持将解决化学工程与工艺领域复杂工程问题的能力培养贯穿于整个教学环节中，有意识地引导学生自觉强化工程知识、分析、设计、研究等处理技术因素的能力以及社会影响、环保、管理、沟通等处理非技术因素的能力，并通过分组讨论、现场答辩、报告撰写等多种形式提出项目设计方案，从而进一步提高学生的行文规范、语言逻辑等专业综合水平。

本课程采用混合式教学模式布局，充分融合线上教学和线下教学，结合虚拟仿真实验教学、化工过程实景仿真实训等现代化教学手段和方法，面向本专业学生进行针对性的授课与培训，切实提高学生的现场适应能力和过程控制技能，为其将来从事化工设计等相关工作打下牢固的基础。同时，本课程立足石油天然气化工行业，突破旧有的传统教学模式，大幅增加实践教学的比例，并积极与华陸工程科技有限责任公司、北京中科辅龙智能技术有限公司等业内企业展开全面深度合作。通过生产现场工程案例教学、化工设计软件专题培训、与资深设计人员面对面交流座谈等多种途径来大力提高本专业学生的工程意识、工程素质和工程能力，坚持学以致用，力求体现实效。以上这些措施不仅可以使学生领悟到化工单元操作的核心要义，同时还能够给学生提供一个系统而真实的工程实践环境，使学生亲身模拟和控制可能的工艺及优化操作，实现工厂现场无法实现的环节，依托更加灵活、更有品质的创新教学模式在新常态下有效实现化工设计基础课程的顶层布局。

三、课程考核评价体系改革

考核评价体系既是实现高效教学管理的重要保障，又是衡量课程教学效果的重要指标，但是，传统的化工设计基础课程考核评价方式多局限于单一的期末闭卷考试，导致学生片面追求分数而忽略学习主体对设计知识的了解与掌握，轻实践重理论、轻过程重结果，不利于其专业综合素质的养成和提高[5]。针对上述问题，为了进一步落实学生中心、产出导向、持续改进的理念，建立健全自查自纠的质量保障机制并持续有效地实施，助力深化专业综合改革，本课程坚持学以致用、学用结合，密切结合学生的学习兴趣、学习能力和学习效率，采用多样化、个性化、定制化的考核方式来不断强化教学全过程监控，从而有效调动每一位学生的主动学习热情，以最大限度地发挥他们的潜力和创造力，从而进一步体现考核评价的公平合理，避免高分低能。

对于本课程来说，项目作品展示作为该课程的重要教学成果，是考验学生熟练、灵活运用相关专业知识解决生产实际问题的试金石。为此，本课程充分借鉴全国大学生化工设计竞赛的相关经验，引入了全方位综合考核评价指标作为衡量教学产出高低的重要内容。本课程的最终成绩由平时成绩、阶段测评成绩、期末考试成绩和项目作品展示成绩等几个环节组成，各部分比例分别为10%、20%、35%、35%。在项目作品展示环节，学生通过自由组队、随机抽签的方式被划分为工艺系统、管道材料、机械设备、建筑结构和自动控制等若干个任务小组。待授课教师下达设计任务后，由工艺系统小组在全流程物料衡算和热量衡算的基础上首先为其他小组提供基础设计条件，而其他小组则根据此基础设计条件确定各自的方案。当整体设计方案初步完成后，再由工艺系统小组牵头、其他小组协同对此设计方案进行必要的补充和完善。同时，为了鼓励学生积极发展“一专多能”，本课程规定工艺系统小组与其他小组之间应定期进行轮换交流，从而使学生更好地认识到工艺系统在化工设计过程中作为龙头专业的重要性。除此之外，本课程还要求每个小组都推选一名学生作为小组代表进行交底汇报并接受质询，以期培养学生“由此及彼”“由我及人”“由点到面”的迁移衍生、换位思考和梳理分析能力，这对于本专业学生日后无论作为设计单位代表、施工单位代表，还是建设单位代表进行技术交流都是有所裨益的。

四、课程质量监控指标改革

加强课程质量监控既是全面提高教学质量的关键，又是保证正常教学秩序、营造良好教风学风的核心，它对于加快教学管理的科学化、规范化、制度化发展，促进课程改革的全面落实和教学质量的显著提升具有十分重要的意义[6]。所谓课程质量监控是指通过对教学质量高低的及时分析和准确判断，使教学管理者和授课教师能够获得更加详尽的评价信息，从而为教学管理活动和教学实施活动的调节与改进提供科学、可靠的数据来源。本课程按照工程教育专业认证的相关要求，定期对进行课程质量监控，分析存在问题，明确改进方向，提出改进措施，同时量化课程目标的达成情况，为毕业要求达成情况分析奠定基础。

本课程质量监控所涉及的主要指标包括课程目标达成度、课程达成度以及课程目标达成率，其计算公式如下：

式中，课程目标相关考核点的平均得分为全体学生通过课堂提问、课后作业、图纸绘制、阶段测评、期末考试、项目作品展示等考核环节总得分的平均值，课程目标相关考核点的总分为课程目标分值，而课程目标分值则是按照该课程目标对应教学内容占整个课程内容的比重和重要性来进行分配。

需要说明的是，课程目标达成度、课程达成度和课程目标达成率期望值和实际值的差异反映了课程质量监控指标对课程实际达成情况的偏离程度。上述期望值的设定不应该脱离实际、贪大求全，特别是针对不同水平层次的学生，顺序性、阶段性地确定与之相匹配的合理目标值，不但可以提高学生学习的主动性、积极性和创造性，同时还有利于提高学生的自我发展能力和自我适应能力。

五、课程反馈跟踪机制改革

本课程作为化学工程与工艺专业化工设计Ⅰ、化工设计Ⅱ和毕业设计（论文）的先修课程，其作用主要是帮助学生针对某中小型化工装置或大型化工装置的某一工段进行化工过程设计，培养学生综合运用所学知识分析和解决实际工程问题的能力，增强学生的工程概念和技术经济意识，熟悉化工设计的常用规范，使学生具备化学工程师的基本素质[7]。

本课程任课教师每年都会根据上一年度上述课程的教学环节质量形成性评价结果来不断找出本课程在具体教学环节中存在的不足与瑕疵，并就课程目标对毕业要求的支撑关系、课程内容对课程目标的支撑关系以及课程考核环节与课程目标的支撑关系来系统分析该课程对毕业要求达成的实际支撑程度。同时，所有授课教师以教学过程中收集的大量师生交互信息为基础，在课程开始前、中期和课程结束等各个阶段积极开展教学法活动研讨，并将结果及时用于后续教学。此外，由于西安石油大学在本科教学管理机制上实行学校、学院和系三级教学管理，因此，本课程任课教师还充分依托教学工作例会、听课制度、学生评教、教学督导、教学专项检查等反馈和跟踪手段来进一步明确实施主体、责任主体和实施措施，以期不断提高教学质量，保证教学过程有序、高效地运行。

六、结论

工程教育专业认证作为研判高等学校工程类专业教育效果的黄金标准，不但有助于提升专业教学质量，而且还可以促进授课教师进一步强化以本为本、以生为本的核心教育理念。本课程将工程教育专业认证理念有机融入教学模式顶层布局，利用虚拟仿真实验教学、化工过程实景仿真实训等现代化教学手段显著提升了课堂教学的有效性，持续开展综合化、全面化、系统化的深入改革。同时，本课程充分借鉴全国大学生化工设计竞赛相关经验，以教助赛、以赛促教，引入项目作品展示环节来全方位、多角度地评价课程教学质量与教学产出，有效激发了每个学生作为学习主体的主动性与自觉性。此外，本课程还并通过课程目标达成度、课程达成度和课程目标达成率来量化课程目标达成情况，并基于后续课程的教学环节质量形成性评价结果来修正和弥补该课程的不足之处。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 邢乐红，王宜鑫，隋朝，等.工程教育专业认证背景下化学工程与工艺专业人才培养模式探索[J].教育现代化，2020（7）：11-12，22.

[2］ 李贵贤，季东，周怀荣，等.化学工程与工艺专业创新型人才培养模式的探索与实践[J].广东化工，2020（24）：138，142.

[3］ 秦志宏，林喆，孟献梁，等.基于目标导向的化工专业人才培养改革与实践[J].化工高等教育，2020（3）：77-80.

[4］ 范峥，牛梦龙，黄风林，等.工程教育专业认证背景下化工专业课程教学改革研究[J].大学教育，2019（12）：48-51.

[5］ 吴鸣，刘祥玲.基于过程的桥梁工程课程多元化评价考核体系[J].濮阳职业技术学院学报，2021（1）：42-46.

[6］ 吴茜茜，常飞，于宙，等.生物工程专业教学质量监控及人才培养质量探讨：以合肥学院为例[J].安徽农业科学，2021（2）：280-282.

[7］ 张宇，贾丽华，陈朝晖，等.工程教育背景下化工设计课程教学改革途径探析[J].化工时刊，2019（9）：46-48.

［责任编辑：刘凤华］