应用型本科化工专业化工设计类课程的教学探索与实践

2022-10-18张晓瑞孙永刚任艳娇雍海波

化工管理 2022年28期

张晓瑞，孙永刚，任艳娇，雍海波

(1.宁夏大学新华学院，宁夏银川 750021；2.宁夏大学化学化工学院，宁夏银川 750021)

0 引言

早在2015年，教育部发布的“关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见”强调地方应用型本科高校转型要“转到产教融合校企合作上来”，这一举措既是顺应地方经济社会发展的迫切需求，更是学校发展再上台阶的必然选择[1-2]。应用型本科应把服务地方经济社会的发展作为使命，以需求为导向，以产教融合为路径，通过教学改革来增强学生的实践能力和社会适应能力，进而推动人才培养目标转变[3-6]。本着围绕地方性、应用型，结合地方社会、经济的发展以及产业结构调整的需求，化工类专业的人才培养需要转变到实践能力和技能培养的目标上[7]。

坚持“以行业为依托、职业为特色、能力为本位”的先进教育理念，全面落实科学发展观，以就业为导向，走产学结合的发展道路[8]，主动适应化学工业发展的需求，以人才市场需求变化和学生就业为目标，立足宁夏及周边地区，努力培养“基础实、能力强、具有创新和创业意识、国际视野”化工专业高素质应用型人才，为本地区构筑化工专业人才高地提供保证[9-10]。在新的培养目标下，化学工程与工艺专业诸多课程面临着教学方面的改革，从而适应应用型本科教学的要求。

作为化工专业的一门专业必修课，化工设计课程基于工程科学，但重点是应用，即运用各种所学的化工专业基础知识，用技术经济观点系统地分析和解决实际工程问题，具有极强的综合性、实践性[11]，在专业课程中占有重要的地位，所以化工设计课程的教学改革在应用型本科化工类专业中极具代表性。由于该课程所运用到的化工基础知识非常广泛，所以如何在目前教学要求下，改进陈旧的教学方式，进而加强学生创新能力的培养，具有重要的现实意义和实用价值[12]。

1 重新修订人才培养方案

根据普通高校应用型专业人才的“基础扎实，知识面宽，实践能力强，素质高，有较强的创新精神”要求[13]，突出人才应用性的特色，构建适合化工专业的人才培养模式。重新制定人才培养方案，秉承以理论课与实践课并重，强化知识应用与工程特色，建设适用应用型本科化工类专业的优质课程的原则，将原来的化工设计课程修改为32学时的化工设计基础理论课。另外增设了32学时的化工综合设计实践课。

实现相关内容的对接，包括教学课程内容、课程标准以及与教学相关的系列过程[14]。重点强调模块化范式的教学策略，把人才培养模式深化，实现工科学生的工学交替，实景育人教育，把实际的化工生产和专业的理论教学进行对接融合。具体表现在情景式教学，利用实习实践、单元操作及仿真实训开展化工过程和生产工艺的学习和训练。生产实习模块，通过到企业进行生产性的教学过程，让学生学习化工生产工艺局部改造及设备操作优化技能，深入企业了解他们的文化底蕴和内涵，学习理解相关化工企业工艺过程和技术的运作流程，从而实现实训对象和内容及目标具体化。

2 教学内容改革

2.1 优化课程教学目标

学习及生活的需求促进了课程目标发展和形成[15]。课程目标必须是可以衡量的学习成果，并且从学生角度加以描述课程各关键部分应该协同作用，以确保学生达到预期的学习效果。优化前后的课程目标如图1所示。

图1 课程目标的优化

通过优化和完善课程目标，实现化工设计基础课程的教学任务明确化和具体化。培养学生掌握化工设计基本理论理念、规范规定和程序流程的能力。培养学生树立正确的设计思想和求是精神、严谨负责协调创新的工作作风和基本设计技能，增强学生的工程概念和技术经济意识，从而实现学生初步具备企业工程师需求的基本素养。

2.2 重整教学基本内容

对接人才培养方案和培养目标，才能达到社会需要和地方行业需要的标准，才能为地方经济建设发展培养相关行业和领域的专业人才。因此，需要强化学生的实践能力和创新意识，对该专业课程的教学内容优化重整至关重要。

教师通过深入企业调研，明确化工专业高技能人才面向的主要职业岗位。并与企业合作，依托企业生产过程和工作岗位职业标准，构建新的课程内容体系。将以前的9章内容按照其模块化教学分为4部分，具体如图2所示。

图2 优化的教学基本内容

将化工总控工岗位的职业工作过程分解成工艺设计、工艺计算、布置设计等工作环节，实现任务具体化。例如，在工艺设计环节，以化工厂合成一氯甲烷为项目任务，让学生从工程角度对原料路线、反应路线、分离路线进行选择，对路线流程化和优化。培养学生工程意识、工程能力和创新能力是实现系统化教学理念的关键，从而提升学生解决复杂化学工程问题的能力和素养。结合项目导向和任务驱动等多种教学策略，来构建实践主导型教学的模块化课程体系。

2.3 补充教学资源

教材是学生学习和教师教学的主要资源，是教学内容及知识的载体[7]。化工设计基础课程的现用教材为娄爱娟主编的《化工设计》一书，是该门课程经典的教材之一。但就应用型本科教学而言，单纯的教材内容已经完全不能满足学生对该课程的需求。所以，要从海量的参考资料和网络资源中选取适宜学生的教学资源，来补充完善教学内容。推荐学生参考的线上课程是西北大学陈立宇老师的化工设计的慕课，参考书籍是《化工工艺设计手册》，设计过程中涉及到的国家、行业规范、网络论坛以及往年的化工设计大赛成品资料。

3 教学方法改革

3.1 优化PPT课件

由于化工设计课程的综合性、实践性，导致该课程普遍存在课时少、内容多的问题。教师为了完成教学任务，给学生讲授更多的内容，就会形成化播放PPT，这样就导致学生难以跟上教师的速度，上课总是走神，听课很吃力。因此，教师在课前通过雨课堂发送相应知识点的慕课视频让学生进行预习，再根据学生在雨课堂中完成的预习测试题来掌握学生的预习情况。上课时，教师着重对学生难掌握的知识点进行讲授。另外，教师在制作PPT课件时要注重文字、图片、表格等多形式相结合，避免出现成段的文字。尤其涉及到难描述的内容，可以选取化工企业车间典型现场照片，或者采用仿真动画来展示。做到PPT课件内容简洁、清晰易懂，具有直观性、生动性，从而提高学生学习兴趣。

3.2 增加认识实习，让学生对化工装置有感性认识

由于化工设计课程的很多内容与化工企业车间实际生产装置相联系，但学生缺乏实际工程概念，有时候对课上讲解的内容或者照片仍然无法理解，导致学生觉得该课程枯燥无味，越来越没兴趣。教师根据讲授的内容，每讲授一个部分带领学生到化工实验室或实训车间参观实训装置，让学生认识化工中工艺流程以及常用的设备、元件等。并结合教师讲授自己去拆装组合一些管路、换热器、泵等化工装置，从而更加熟悉化工设备。另外，还可以通过到化工厂的认识实习，增加其对化工装置的感观认识。

3.3 校企合作，培养学生实际工程概念

鉴于化工设计的实用性和工程性，而目前我院的化工专职教师少有从事化工企业的经历，缺乏工程实践经验。通过校企合作的形式，教师带领学生到宁夏庆华煤化集团有限公司进行为期半月的生产实习，邀请化产、合成氨、甲醇等车间的工程师现场讲授课堂上接触到的难以理解的生产设备、工艺流程等，增强学生对教学内容的理解，培养学生实际工程概念。

3.4 建立教学团队将教学模块化

化工设计课程的综合性对教师的知识面要求很高，而任课教师往往都不是对每一块内容都非常精通，因此可以建立一个化工设计教学团队来替代由一个教师承担该课程。团队中的教师可以根据自己的专长承担该课程的某一模块，例如：擅长工艺设计的教师可以承担“工艺流程的设计和优化”部分，擅长工艺计算的老师可以承担“物料和能量衡算、设备的工艺设计”部分，擅长绘图的老师可以承担“带控制点的工艺流程图和设备布置图”绘制部分等。

3.5 教赛结合，提高学生多方面能力

将化工设计课程与全国大学生化工设计竞赛相结合，改变学科传统型教学方法，让学生参加化工设计竞赛，按大赛要求五人组队，以小组形式完成设计作品。根据大赛提供的题目和任务书进行分析，查找文献，分工完成项目可行性论证、工艺流程设计、设备选型及典型设备设计、车间设备布置设计、装置总体布置设计、经济分析与评价基础数据等内容。由于设计的工作量很大，时间也比较长，十分考验学生的创新能力、团队合作意识和意志力[16]。采取竞赛与课程相结合的模式，能使学生将课程中学到的知识充分应用到竞赛中，而且还能帮助学生加深对知识的理解和掌握，促进和培养学生掌握工程设计的基本要素，为其将来开展和从事有关于化工设计和操作等领域提供基础科学支撑，有效实现所用即所用目的[17]。

3.6 利用第二课堂，学习现代设计软件

开展第二课堂，利用系里组织的化工协会，对设计过程中需要而课堂上没有学过的一些知识，如：能量集成、危险性和可操作性分析、Sketchup软件等的应用，让学生互相交流自学这些相关知识。还可以请上届参赛的学长介绍化工设计竞赛的经验，并结合大赛中应用到的 Aspen Plus、Auto CAD、SW6、Cup-Tower等软件进行操作经验分享。对依然存在的问题可以邀请Aspen Plus、Auto CAD等相关软件课程的专任教师在第二课堂进行答疑。

4 考核方式改革

教学考核方式是检查和评价学生对该课程掌握的一个重要依据[18]。原来的考核方式是期末成绩=考勤成绩(20%)+过程考核成绩(30%)+考试成绩(50%)。考勤成绩主要考核学生到课情况，一些学生虽然到课，但是听课状态不好。过程考核主要是作业，很多学生之间互相抄袭，不能很好地反映学生的学习情况。考试成绩以理论内容为主，很多学生靠着突击复习勉强及格，但其实并没有真正达到课程的培养目标。为了提高教学质量，有必要探索新的考核方式来实现综合考评学生的成绩。优化后的考核方式如图3所示。