基于項(xiàng)目驅(qū)動法的化工設(shè)計(jì)概論課程教學(xué)改革探討

張耀霞+曹振恒+楊曉霞+張雪梅

【摘要】本文針對延安大學(xué)化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)概論課程的教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題，提出“以學(xué)生為中心”的項(xiàng)目驅(qū)動法教學(xué)，對化工設(shè)計(jì)概論的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)，增加化工設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)與理論教學(xué)的比例，著重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用綜合基礎(chǔ)知識分析處理實(shí)際問題的能力。項(xiàng)目驅(qū)動法可以有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的積極性，提高其學(xué)習(xí)效率。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目驅(qū)動法教學(xué)方法化工設(shè)計(jì)概論

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（16JS120）；延安大學(xué)校級項(xiàng)目（YDQ2014-35）。

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是貫徹落實(shí)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項(xiàng)目[1]。該綱要要求以社會需求為導(dǎo)向，以實(shí)際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程意識、工程實(shí)踐能力和工程素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)卓越工程師的目標(biāo)。化工設(shè)計(jì)概論課程教學(xué)的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，具有主動獲取知識的能力及解決問題的能力，有工藝過程的選擇和設(shè)計(jì)能力、設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)的能力以及化工廠設(shè)計(jì)的能力。

化工設(shè)計(jì)概論課程具有綜合性和實(shí)踐性

化工設(shè)計(jì)概論課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門重要必修課，也是最后一門專業(yè)課，既體現(xiàn)了基礎(chǔ)課程的綜合性和實(shí)踐性，同時(shí)也是大學(xué)生向工程師轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)。課程學(xué)習(xí)要求學(xué)生具備物理、化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、分離工程、化學(xué)反應(yīng)工程、化學(xué)工藝學(xué)以及化工autoCAD等課程的基礎(chǔ)知識?；诟鏖T課程與化工設(shè)計(jì)課程的聯(lián)系，能對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合優(yōu)化[2-3]。從課程內(nèi)容來看，工藝流程圖的設(shè)計(jì)、物料衡算與能量衡算、工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型主要應(yīng)用了所學(xué)到的基礎(chǔ)專業(yè)知識，而車間平面布置圖、車間工藝設(shè)備布置圖及化工管路設(shè)計(jì)等方面更多的是涉及到行業(yè)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。化工設(shè)計(jì)的課程特點(diǎn)決定，學(xué)生利用學(xué)過的基礎(chǔ)課程就已經(jīng)具有自學(xué)能力。教師應(yīng)轉(zhuǎn)換角色，以學(xué)生為中心，給學(xué)生一個(gè)實(shí)踐的過程，將學(xué)習(xí)到的知識充分消化。

化工設(shè)計(jì)概論課程在教學(xué)中存在的問題

針對延安大學(xué)化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)概論目前的教學(xué)現(xiàn)狀和存在問題，筆者結(jié)合國內(nèi)各化工設(shè)計(jì)課的教學(xué)情況[4-9]，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，尋找差距?；ぴO(shè)計(jì)概論的教學(xué)主要采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法。理論教學(xué)主要是課堂教授，偏重于化工設(shè)計(jì)方法的介紹及設(shè)計(jì)局部過程的理論計(jì)算，內(nèi)容抽象枯燥，工藝計(jì)算過程深奧難懂，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)踐環(huán)節(jié)通過設(shè)計(jì)作業(yè)和討論課來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)作業(yè)相當(dāng)于隨堂內(nèi)容的復(fù)習(xí)。例如，教師在介紹過工藝流程圖后，會讓學(xué)生繪制某工藝的工藝流程圖；講過物料衡算和能量衡算后，會讓學(xué)生按照老師指定的流程進(jìn)行物料衡算和能量衡算。學(xué)生只能例行公事的完成作業(yè)，抄襲嚴(yán)重，作業(yè)千篇一律。討論課經(jīng)常針對某個(gè)點(diǎn)展開，無論課后作業(yè)還是討論過程中往往都是針對當(dāng)堂知識點(diǎn)展開的復(fù)習(xí)和討論。這樣的學(xué)習(xí)缺少知識系統(tǒng)化的過程，導(dǎo)致知識點(diǎn)零散，工程訓(xùn)練有限，無法建立系統(tǒng)化設(shè)計(jì)概念。另外，由于課時(shí)較少，很多問題不能展開討論，學(xué)生急切需要一個(gè)實(shí)踐過程，將學(xué)習(xí)到的知識充分消化，得以應(yīng)用。

以項(xiàng)目為基礎(chǔ)對課程內(nèi)容進(jìn)行整體設(shè)計(jì)

項(xiàng)目驅(qū)動法是20世紀(jì)80年代在德國大力推行的一種教學(xué)模式，師生通過共同實(shí)施一個(gè)完整項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動，通過教學(xué)方式的改變達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)欲望和興趣的目的，促使學(xué)生主動去學(xué)習(xí)。通過一些精心設(shè)計(jì)的項(xiàng)目將課程環(huán)節(jié)理論教學(xué)、設(shè)計(jì)作業(yè)和實(shí)踐環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生工程能力的培養(yǎng)，是一種理論和實(shí)踐雙重提高的教學(xué)方法。目前，項(xiàng)目教學(xué)法作為一種高效的理論聯(lián)系實(shí)際的方法在各個(gè)教育領(lǐng)域、管理領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用[10-12]。項(xiàng)目驅(qū)動法的方案主要包括項(xiàng)目的選擇、實(shí)施方案的制訂和執(zhí)行。

1.項(xiàng)目的選擇

項(xiàng)目題目的選擇主要面向教學(xué)過程，應(yīng)注意普遍性、實(shí)用性和典型性。此外，課題的難易程度要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際能力。太簡單的課題，學(xué)生不夠重視，應(yīng)付了事；太難的課題，學(xué)生會無從下手。選題可以采用全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽（見表1）或者兄弟院校設(shè)計(jì)大賽的題，也可以選擇企業(yè)中實(shí)踐案例。如果認(rèn)為化工設(shè)計(jì)大賽的題目過于復(fù)雜，可以適當(dāng)降低作業(yè)的難度。教師應(yīng)充分利用化工設(shè)計(jì)競賽題目設(shè)計(jì)教學(xué)活動，補(bǔ)充教學(xué)內(nèi)容，模擬學(xué)習(xí)情境，滲透化工行業(yè)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，訓(xùn)練學(xué)生工程實(shí)踐能力，在某些教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)上有所創(chuàng)新和突破。

2.實(shí)施方案的制訂

化工設(shè)計(jì)概論的課時(shí)較少，僅為36個(gè)課時(shí)，而化工設(shè)計(jì)的內(nèi)容非常廣泛，必須根據(jù)側(cè)重點(diǎn)的不同進(jìn)行刪減?；ぴO(shè)計(jì)分為工藝設(shè)計(jì)與非工藝設(shè)計(jì)。在內(nèi)容的安排上，對工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)講述，對于非工藝設(shè)計(jì)簡單帶過。在化工設(shè)計(jì)的教學(xué)中要體現(xiàn)系統(tǒng)性和全局性，按照項(xiàng)目驅(qū)動法組織課程教學(xué)內(nèi)容。即以一個(gè)典型工程設(shè)計(jì)實(shí)例為主線，將每一環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容劃分為理論教學(xué)和設(shè)計(jì)實(shí)踐兩個(gè)環(huán)節(jié)。對課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行大幅度的調(diào)整，采取實(shí)踐為主，理論為輔的模式，課時(shí)分配改變?yōu)?.25∶1。

每個(gè)設(shè)計(jì)題目要按初步設(shè)計(jì)框架作為全部設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)深度以項(xiàng)目建議書深度為參照標(biāo)準(zhǔn)?；すに囋O(shè)計(jì)的過程分為六個(gè)階段，在每個(gè)階段都有具體的任務(wù)相對應(yīng)。項(xiàng)目的可行性分析階段的主要任務(wù)是可行性分析報(bào)告的書寫（2）；化工工藝流程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是工藝流程圖及繪圖工具autoCAD的應(yīng)用（4+ 2）；物料衡算和能量衡算階段的主要任務(wù)是模擬計(jì)算軟件Aspen plus的學(xué)習(xí)和使用（2+8）；工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型的主要任務(wù)是對工藝中所使用的主要設(shè)備進(jìn)行選型（2+2）；車間布置設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是繪制車間平面布置圖和車間工藝設(shè)備布置圖（2+ 8）；化工管路設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是繪制簡單的管道布置圖（2）；了解非工藝設(shè)計(jì)（2）。其中，理論課16個(gè)課時(shí)，實(shí)踐課20個(gè)課時(shí)。endprint

此課時(shí)的分布以化工工藝設(shè)計(jì)為核心，完全體現(xiàn)了化工設(shè)計(jì)概論的實(shí)踐性特點(diǎn)。開課之前引入項(xiàng)目介紹，首先對項(xiàng)目進(jìn)行可行性分析，選擇合適的工藝路線。其次，在單元操作計(jì)算過程引進(jìn)先進(jìn)的流程模擬軟件進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，強(qiáng)化現(xiàn)代化化工設(shè)計(jì)軟件在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。再次，因?yàn)楣に囋O(shè)備的設(shè)計(jì)和選型，是化工原理課程及其課程設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容，在化工設(shè)計(jì)概論中只作簡單介紹。最后，車間布置設(shè)計(jì)和管道設(shè)計(jì)更多地涉及行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生自主查閱設(shè)計(jì)規(guī)范。整個(gè)課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)去掉了重復(fù)內(nèi)容，增加了軟件教學(xué)，減少了學(xué)生簡單計(jì)算工作。化工實(shí)踐教學(xué)是工程能力培養(yǎng)的重要目標(biāo)，在實(shí)踐中學(xué)生的創(chuàng)新能力也會隨之得到鍛煉。

3.方案的實(shí)施

項(xiàng)目驅(qū)動法的實(shí)施過程如下：（1）學(xué)生通過分析討論明確總體目標(biāo)，再根據(jù)總體目標(biāo)把總項(xiàng)目分解為幾個(gè)子項(xiàng)目，作為課堂教學(xué)內(nèi)容實(shí)施的載體；學(xué)生分組，4名或者5名學(xué)生共同完成一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)。（2）教師在講授過程中將化工設(shè)計(jì)課程中的內(nèi)容貫穿其中；學(xué)生查閱資料，提出設(shè)計(jì)的方案，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)問題，帶著問題參與教學(xué)活動，在聽課過程中與教師一起討論并解決問題，完成理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐的過渡。實(shí)施階段的成果包括工藝流程圖、物料流程圖、典型設(shè)備選型、工廠總體布置設(shè)計(jì)等。（3）項(xiàng)目結(jié)果修正展示。小組對自己的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行匯報(bào)和展示，并且在各項(xiàng)目小組進(jìn)行組內(nèi)和組間討論，找到各自項(xiàng)目說明書的缺陷和問題。

項(xiàng)目驅(qū)動法的教學(xué)效果

在化工設(shè)計(jì)概論課程教學(xué)中實(shí)施項(xiàng)目驅(qū)動法，會大大提高教學(xué)效果。

1.學(xué)習(xí)的效率得以提高

項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)法完全顛覆了傳統(tǒng)的“填鴨式”教育，讓學(xué)生實(shí)際接觸工程實(shí)踐，課堂中的理論在實(shí)訓(xùn)中得到驗(yàn)證，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。學(xué)生成為項(xiàng)目主體，經(jīng)歷了化工設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，自主查閱文獻(xiàn)確定工藝流程方案，選擇物料衡算和能量衡算的方法，進(jìn)行設(shè)備的選型與設(shè)計(jì)，繪制工藝流程圖，應(yīng)用軟件進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)及管道的設(shè)計(jì)和布置，真正實(shí)現(xiàn)由被動訓(xùn)練到自由選擇和主動參與的轉(zhuǎn)變。

2.工程素質(zhì)得以提高

項(xiàng)目涵蓋了化工設(shè)計(jì)所需要內(nèi)容，作業(yè)報(bào)告把所學(xué)基礎(chǔ)課程串聯(lián)起來。與傳統(tǒng)的作業(yè)比較，內(nèi)容的深入性和完整性都有了很大的提高。項(xiàng)目完成的壓力促使學(xué)生積極查閱文獻(xiàn)、主動思考、分析解決實(shí)踐中碰到的問題，使其工程能力得到了很好的訓(xùn)練。

3.綜合素質(zhì)得以提高

項(xiàng)目驅(qū)動法教學(xué)給學(xué)生更多的思考空間，激發(fā)學(xué)生的競爭意識，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，為以后走上工作崗位打好基礎(chǔ)。另外，項(xiàng)目的完成過程，有利于學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真、細(xì)致的態(tài)度和綜合考慮的思維習(xí)慣。

4.教師的業(yè)務(wù)能力得以提高

在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生碰到的困難各種各樣，難以預(yù)料，這就促使指導(dǎo)教師不斷學(xué)習(xí)新知識、新方法去幫助學(xué)生，提高教師的業(yè)務(wù)能力。

綜上，化工設(shè)計(jì)課程具有較強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性，是大學(xué)生向工程師轉(zhuǎn)化的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過采用“項(xiàng)目導(dǎo)入，任務(wù)驅(qū)動”的教學(xué)模式，融合多種現(xiàn)代教育理念，改變傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方式，幫助學(xué)生將所學(xué)知識融會貫通地解決實(shí)際問題，使學(xué)校教育更接近企業(yè)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王靜康：《貫徹落實(shí)〈國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）〉深化全國化工學(xué)科教育改革》，《化工高等教育》2011年第1期。

[2]劉赫揚(yáng)、成忠、王世財(cái)?shù)龋骸痘谡n程群建設(shè)的化工過程設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革》，《浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào)》2012年第24期。

[3]祝鈴鈺、許軼、姚克儉：《化工設(shè)計(jì)課程群的項(xiàng)目式教學(xué)改革探討》，《化工高等教育》2012年第2期。

[4]靳治良、楊晉、朱桂華等：《“中國石化——三井化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽模式在我?；ぴO(shè)計(jì)課程教學(xué)改革中的借鑒與實(shí)踐》，《化工高等教育》2013年第3期。

[5]陳秀麗、鄒長軍：《基于卓越工程師培養(yǎng)的要求，深化化工設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)改革》，《化工高等教育》2013年第4期。

[6]何廣湘，靳海波，楊索和等：《基于CDIO教育理念的化工設(shè)計(jì)課程改革與實(shí)踐》，《化工高等教育》2013年第2期。

[7]顧雄毅、朱開宏：《改革化工設(shè)計(jì)教學(xué)，培養(yǎng)開放思維能力》，《化工高等教育》2010年第3期。

[8]張亞濤、張文輝、陳衛(wèi)航：《化工類專業(yè)化工設(shè)計(jì)教學(xué)的改革與實(shí)踐》，《化工高等教育》2010年第5期。

[9]張琳葉、魏光濤、陳礪：《化工設(shè)計(jì)教學(xué)思考與建議》，《化工高等教育》2011年第3期。

[10]朱金秀、陳小剛、朱昌平等：《項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐》，《實(shí)驗(yàn)室研究與探索》2008年第27卷第11期，第93-95頁。

[11]趙朝暉、鄒漢波、陳姚等：《以創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)為導(dǎo)向的化工原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)》，《化工高等教育》2014年第6期。

[12]劉福德、安剛：《提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的教學(xué)改革探索》，《中國輕工教育》2014年第6期。

作者單位：延安大學(xué)化工學(xué)院陜西延安endprint