以化工设计课程群为核心的工程应用型人才培养浅析

陈 勇 程 宁 杨育兵 易 慧 黄艳玲

(1.柳州工学院 食品与化学工程学院，广西 柳州 545616；2.柳州职业技术学院 环境与食品工程学院，广西 柳州 545000)

能力、素养和知识的协调发展已成为培养工程类人才的基本目标[1]。大学是培养人才最大的场所，尤其在培养高等工程人才上地位突出。教育部自2010年开始实施了“卓越工程师教育培养计划”，然而，工程素养低、工程实践能力不足的情况在我国高等工程人才培养中依然普遍存在[2]。

化工专业作为实践性强的通用过程工程专业，为冶金、能源、轻工、医药、生物、环境等工业工程提供技术基础，并与高新技术产业息息相关[3]。随着化工产品向多元化、精细化发展，且化工过程本身具有复杂性，因而对化工专业学生的工程应用能力提出了较高的要求。但是，传统的教学往往重理论、轻应用，使得学生的工程素养和应用能力普遍较弱[4]。

化工设计是化学工程与工艺专业的必修课程之一，课程内容侧重工程设计和应用，综合性和实践性强，尤其对前期专业课程理论基础要求较高，学生普遍感觉比较吃力，而该课程对提升学生的工程应用能力、设计能力和创新能力至关重要[5]。为提升我校化工专业学生的工程应用能力，以化工设计课程群建设为载体，改革教学模式，优化教学方法，致力于培养高等工程应用型人才。

1 整合化工设计类课程群教学体系

化工设计是一门涉及知识面非常宽泛的综合性课程，技术性和工程实践性极强，对学生掌握化工原理、反应工程、热力学、设备基础、工程制图等专业理论基础的要求较高。从表面上看，学生学习的仅是一门课程，而本质上学生需要综合整个化工专业基础的应用，因此，以化工设计课程群作为载体，培养学生的工程能力尤为必要。

表1为柳州工学院化学工程与工艺专业与化工设计相关课程的教学计划。从课程设置上看，主要按照“理论-应用-实践”的线路，遵循由浅到深、由单一课程到综合训练的教学规律，最终达到提高学生工程素养和能力的目的。比如，化工原理着重强调基本化工单元操作原理，化工热力学偏向化工过程的能量基础数据和物性数据的掌握，化学反应工程介绍化学反应基本原理和过程。在这些理论课程基础上，引入仪表及自动化(化工仪表及自动化)、机械设备及工程装备(化工设备机械基础)、工程制图(化工制图)等在化学工业中的应用。在学生具备各个学科理论基础后，进行工程设计训练，并同样遵循由浅及深的规律，由基本单元过程设计(化工原理课程设计)提升至工艺流程设计(化工综合设计)，最后以化工项目设计(毕业设计)检验学生的学习效果。在实践训练过程中，着眼于化工设计规范，贴近实际工程项目，提升学生工程实践能力。

表1 与化工设计和工程能力培养相关的课程教学计划

在此课程体系当中，每门课程的教学过程是独立的，而一个项目的工程实践涉及的学科是广泛的。传统的教学模式将一个整体的工程过程进行了分割，传授的工程知识碎片化。而学生对单门课程知识的认知有限，无法串联起各门课程之间的内在关联。甚至出现各课程任课教师对培养目标认识模糊，仅停留在完成教学任务层面，而学生也仅是集中心思通过考试或考核，对一个完整的化学工程过程缺乏整体认知。每门课程涉及一个学科方向，在教学规律上确实有其独立性和完整性，但对提高学生的工程素养却不利。因此，以提升学生工程能力为主线，将课程进行有机整合，形成课程群，强化每门课程之间的联系，实现学生工程实践和应用能力的达成。图1为整个化工设计课程群的教学逻辑关系，主要分为理论教学模块和实践教学模块，两个模块相互依存、相互促进。大二年级为储备专业基础理论知识阶段，理解化工单元操作原理。大三年级为储备专业工程基础知识阶段，熟悉化工单元生产过程设计、工艺流程设计和反应器设计。大四为工程能力实际训练和效果检验阶段，提升对化工过程控制和优化的能力，熟悉项目设计全过程。

图1 化工设计课程群体系及其教学逻辑关系

2 构建以培养工程应用能力为目标的课程教学模式

教学环节是培养工程应用型人才的核心，而教学方法是提高应用型人才培养质量的关键。如何将化工设计课程群有机串联和衔接，是保证课程群建设效果的关键。为此，各科课程教学团队积极探索，坚持以学生为中心，以培养工程能力为宗旨，因材施教，提高学生的学习兴趣和对专业知识的整体认知能力。面对课程群中各门课程及教学环节的差异性，课题组对教学过程进行了全面改革。

2.1 理论课程教学共享工程案例

具备扎实的理论知识是高等工程应用型人才的重要特征，也是其具有创新能力的前提[6]。保证学生有效获取枯燥难懂的理论知识一直是教学改革的中心任务，比如案例教学法对提高学生的学习积极性和主动性有事半功倍的效果。但是，传统的案例教学法中，各门课程使用的案例素材互不相同，学生局限于学习各门课程案例中孤立的知识内容，接受的是碎片化的专业知识体系，抓不住各门课程之间的联系，对于整体的化工学科工程观认识模糊，缺乏对知识综合运用的能力，不利于工程思维能力的培养。为此，本课题组优化传统案例教学方式，在理论课程教学中融合综合性强的工程项目，实施共享工程案例教学。具体而言，将课程群中所有理论课进行集中规划，各课程使用相同的工程案例资源，各课程教师负责讲解本课程的知识点在共享案例中的应用，从而打通各课程之间的壁垒，把课程群串联成有机整体，使学生对于各课程学习目的和意义有一个更清晰的认识，方向明确，增强学生将理论知识应用于工程实践的能力，图2为某一共享工程案例教学示例。为保证共享案例教学法有效进行，本课题组充分发挥校级优秀教学团队建设平台，以自治区教育厅教育教学创新大赛为契机，化工教研室共同商讨，共享各课程教学资源，设计和优化“共享案例”，组建共享案例资源库，利用共享案例中各课程理论知识的综合应用，提高学生解决化学工业中的一般问题甚至是复杂问题的能力。

图2 协同工程案例教学应用：柴油的催化加氢精制过程

2.2 实践课程与学科竞赛有机结合

对于工科来讲，实践教学是必不可少的一个环节，是理论知识应用、理论联系实际的重要过程，是学生工程思维能力提升的过程，是培养高等应用型工程人才的重要平台。传统的教学模式在实践教学环节有弱化之势，“重理论，轻实践”的现象比较突出。为此，建立科学有效的实践课程教学模式也是当前教学改革的迫切任务。

本课题组以学科竞赛为主线，打通并串联化工设计课程群中的实践课程，实现各实践课程之间的协同教学，大力提高学生工程实践和设计能力。具体而言，以化工设计课程群中的理论课程体系为基础，以各类化工竞赛为抓手，比如全国大学生化工设计竞赛、化工过程实验竞赛和安全设计竞赛等，将化工原理实验、化工原理课程设计、化工综合设计以及毕业设计等实现串联，形成由点及线、注重项目团队设计协作的工程实践教学模式，促使每个学生能够参与实践一个化工项目设计前期准备、计划书编写、路线选择、三段设计和验收运行全过程。化工项目选题主要立足于以往的各类化工设计竞赛题目。结合竞赛中作品要求、设计规范性、工业背景强的特点，明确实践方向，提升学生的学习积极性以及参与竞赛的能力。具体实施过程见图3。

图3 实践课程协同教学实施方式

该协同教学模式能有效衔接各个教学阶段的实践环节，实现课程群真正意义上的统一。将阶段任务与毕业设计进行连贯结合，改变了以往毕业设计孤立且质量粗糙的现状，强化了毕业设计的系统性，使其更加规范。比如，在课程改革之前，毕业设计仅停留在初步工艺设计阶段，甚至更浅，改革之后，其深度可至施工图设计阶段，设计内容更加完整。在整个设计任务开展过程中，学校教师与企业工程师合作教学，按照企业工程设计管理模式对学生分组，学生以设计团队的形式完成任务。总而言之，协同教学模式的构建，可避免各个实践课程与整体工艺设计过程脱节，防止学生因接受孤立而碎片化的知识点造成的综合应用能力差的现象发生。将一个工程项目设计贯穿于学生整个大学生涯，完成项目可行性研究和计划任务书编写、工艺技术方案选择、工艺流程设计、设备选型与设计、车间布置、管道设计与布置、环境、安全、劳动、卫生、经济等内容，并经历从初步工艺设计至施工图设计环节，极大地提高学生的工程设计能力，培养学生的团队合作精神。

3 教学总结

以化工设计课程群为核心的协同式和共享式案例教学法以培养学生工程应用能力和实践能力为目标，把理论教学与项目设计同步实施，将化工学科竞赛融入实践教学，打造化工设计课程群有机整体，促使学生理论知识应用与工程素养协调发展。该教学模式经过实践之后，取得了一些成果，比如建立了“共享案例”教学库和教学课件，构建了以化工设计课程群为核心的工程教育基本框架和基本方案，打通了课程群中理论教学和实践教学的各个环节。教学效果凸显，学生的学习兴趣明显提高，理论知识的应用能力和工程设计能力得到较大提升，工程素养和工程意识明显加强，报名参与化工学科竞赛的人数大幅提升。该教学改革模式对于学生工程教育培养具有一定的参考性，但教学模式的推广是一个长期过程，需要不断的完善和打磨。教师缺乏工程实践经历是当前工程教育最大的短板，所以，提升教学师资队伍的工程实践水平对工程人才培养质量尤为重要。另外，可把生产实习纳入到课程群体系中，并且与工程项目设计相结合，扩大工程项目选题范围，使之更加贴近于实际生产，让学生以“实战化”的方式参与工程实践。当然，这些措施的实施将会面临生产实习模式改革以及对实习单位的选择提出更多的要求，这也是本课题组后续进一步改革的方向。