“課-賽”融合的化工設(shè)計類課程教學模式改革實踐

姚月 樊 志 王耀環(huán) 郝慶蘭

（天津科技大學化工與材料學院，天津 300457）

以學生為中心，關(guān)注學習效果的OBE 教育理念下的工程教育認證可極大地推動教學質(zhì)量和學生培養(yǎng)質(zhì)量的提高。畢業(yè)設(shè)計（論文）前的實踐教學是高校人才培養(yǎng)的一個重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生運用基礎(chǔ)和專業(yè)理論知識去分析、判斷和解決復(fù)雜工程問題的主要途徑，是其它教學環(huán)節(jié)所不能取而代之的?；ぴO(shè)計類課程，如化工原理課程設(shè)計、化工工藝設(shè)計和化工過程分析與合成等課程，是化學工程與工藝專業(yè)學生的重要專業(yè)核心課程[1]，在上述設(shè)計類課程的教學過程中融入關(guān)注行業(yè)和企業(yè)需求與發(fā)展的學科競賽內(nèi)容，豐富化工設(shè)計類課程的教學內(nèi)容，同時促使“課程導(dǎo)向”的傳統(tǒng)教學向“學習導(dǎo)向”的OBE 理念下的工程認證教學轉(zhuǎn)變，是一個值得探討和實踐的問題。

工程教育認證通用標準的非技術(shù)性要求規(guī)定了畢業(yè)生應(yīng)具有的職業(yè)規(guī)范、個人和團隊、溝通、項目管理、終身學習等能力要求[1]，而學科競賽設(shè)計內(nèi)容涉及面廣，綜合性強，以各學科主要的專業(yè)知識為基礎(chǔ)，多學科交叉，側(cè)重于應(yīng)用理論知識進行技術(shù)創(chuàng)新和實踐。課賽融合的設(shè)計類課程教學模式，以探求在常規(guī)傳統(tǒng)教學中引入競賽內(nèi)容，通過課賽融合的形式多方位考察學生的綜合素質(zhì)和能力，為工程教育認證對學生非技術(shù)性指標要求的能力培養(yǎng)和提高，提供一個新的途徑。

化工原理課程設(shè)計是一門實踐性非常強的設(shè)計課程，著重培養(yǎng)和提高學生分析、判斷和解決工程實際問題的能力，學生需要應(yīng)用數(shù)學、自然科學、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，正確表達化學工程問題的解決方案，通過工程計算和工程設(shè)計，解決復(fù)雜化學工程問題。化工過程分析與合成是綜合運用化學和工程學等知識，分析和解決化工設(shè)計、生產(chǎn)基本規(guī)律的工程課程，要求學生在掌握化工過程分析與合成的基本理論基礎(chǔ)上，應(yīng)用化工過程設(shè)計的基本原理、Aspen Plus 工程軟件進行化工過程模擬。本文從OBE 理念下的實踐課程教學設(shè)計的原則出發(fā)，總結(jié)了筆者近幾年將全國化工設(shè)計競賽與化工原理課程設(shè)計和化工過程分析與合成課程教學融合的一些經(jīng)驗。

一、聚焦工程教育認證，課賽融合培養(yǎng)學生責任意識

工程教育認證的通用標準共有12條[1]，其中1～5條為技術(shù)性因素要求，6～12條為非技術(shù)性因素要求，該標準為各專業(yè)人才培養(yǎng)方案制定，課程體系、實踐環(huán)節(jié)和支持條件的建設(shè)提供了準則。一個大學生從學校畢業(yè)走向社會，非技術(shù)性要求的能力培養(yǎng)對其職業(yè)發(fā)展的作用更為重要。所以為了多方面培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新思維和工程技能，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，增強大學生的工程設(shè)計與實踐能力，實踐“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，中國化工學會、中國化工教育協(xié)會、教育部高等學校化工類專業(yè)教學指導(dǎo)委員會每年均在知名化工企業(yè)的贊助下，舉辦“全國大學生化工設(shè)計競賽”，目前已舉辦了12屆，今年是第13屆。近5年“全國大學生化工設(shè)計競賽”的設(shè)計題目和關(guān)注內(nèi)容等信息如表1所示。

通過分析近5年的全國大學生化工設(shè)計競賽關(guān)注的內(nèi)容和具體競賽設(shè)計題目可以發(fā)現(xiàn)，全國大學生化工設(shè)計競賽聚焦化工行業(yè)和企業(yè)需求和未來發(fā)展，在重視專業(yè)多學科專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，更強調(diào)化工人才培養(yǎng)的責任意識和非技術(shù)性指標的要求。作為我國化工科技界將來的基礎(chǔ)和棟梁，化工學子應(yīng)該積極關(guān)注我國化工行業(yè)發(fā)展進程中的重大需求，通過全國大學生化工設(shè)計競賽，綜合運用所學的化學工程專業(yè)知識和先進技術(shù)，探討適合我國國情的解決方案。

以2018年的競賽設(shè)計題目為例，設(shè)計要求包含：設(shè)計基礎(chǔ)條件（原料、產(chǎn)品、生產(chǎn)規(guī)模、安全要求、環(huán)境要求和公用工程）、工作內(nèi)容及要求（項目可行性論證、工藝流程設(shè)計、設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計、車間布置設(shè)備設(shè)計、裝置總體布置設(shè)計和經(jīng)濟分析與評價基礎(chǔ)數(shù)）。盡管學生僅是針對競賽完成的設(shè)計作品，但在完成設(shè)計作品的過程中，對學生能力的培養(yǎng)是多方面的，尤其是學生的責任意識，這是任何一門課程教學都無法達到的深度和廣度。

二、課程教學滲透行業(yè)需求與發(fā)展內(nèi)容，激發(fā)學生學習興趣

傳統(tǒng)化工類課程設(shè)計教學理論性較強，不同設(shè)計類課程之間缺乏有機的聯(lián)系，學生對設(shè)計類課程所學內(nèi)容在其未來職業(yè)發(fā)展中的重要性認識不足，所以學習缺乏積極性和主動性。采用課-賽融合的教學方式，首先可以充分利用化工設(shè)計競賽對于學生多學科知識和能力的要求，有機地將專業(yè)基礎(chǔ)課化工原理課程設(shè)計和專業(yè)課化工過程分析與合成結(jié)合起來，其次將多學科交叉的競賽題目作為課程設(shè)計的可選題目之一，給學生們提供了一個應(yīng)用理論知識解決實際復(fù)雜化學工程問題的實踐平臺，同時也可滿足學生個性化、多樣化的學習和發(fā)展要求，教學中可以充分調(diào)動學生學習的主觀能動性，實現(xiàn)傳統(tǒng)教學向?qū)W生中心的轉(zhuǎn)變。

表1 近5年“全國大學生化工設(shè)計競賽”的設(shè)計題目及關(guān)注內(nèi)容[2]

關(guān)注化工行業(yè)和企業(yè)需求與未來發(fā)展的設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求，可以培養(yǎng)學生跟蹤行業(yè)和企業(yè)需求與發(fā)展的意識和能力。課堂教學通過講授和分析化工設(shè)計競賽的設(shè)計任務(wù)，對全體學生講授現(xiàn)代化工設(shè)計理念和化工設(shè)計方法，啟發(fā)學生思考，引導(dǎo)學生自主學習，讓學生們將所學的專業(yè)知識與實際問題聯(lián)系起來，用學過的理論知識去分析和解決化工復(fù)雜問題，對培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新意識具有積極的作用。

化工原理課程設(shè)計和化工過程分析與合成是化學工程與工藝專業(yè)學生的核心課程，將全國大學生化工設(shè)計競賽的設(shè)計任務(wù)融入到上述2 門課程的教學中，賦予了傳統(tǒng)課程以新活力。在完成競賽設(shè)計作品的過程中，學生知曉了課程所學知識能夠解決哪些工程實際問題，盡管參賽學生需要在教師的指導(dǎo)下拓展學習課堂以外的一些教學內(nèi)容，但學習興趣依然濃厚。所有參賽學生在組長的安排下，都積極查閱資料和調(diào)研，學習往年獲獎設(shè)計作品的優(yōu)點，努力探求自己設(shè)計作品的特色和創(chuàng)新點。這樣的設(shè)計任務(wù)，涵蓋了布魯姆教學分類法所有6 個層次（記住、理解、應(yīng)用、分析、評估和創(chuàng)建）[3]的教學要求，保證了學生的學習效果，體現(xiàn)了OBE 的教學理念。

三、豐富課程考核方式，促進“知識考核”向“能力考核”的轉(zhuǎn)變

全國大學生化工設(shè)計競賽分別針對設(shè)計作品的設(shè)計文檔、工程圖紙、現(xiàn)代設(shè)計方法和答辯四部分進行評分。設(shè)計文檔主要包括生可行性報告、初步設(shè)計說明和設(shè)備設(shè)計文檔。其中可行性報告參照中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的 《化工投資項目可行性研究報告編制辦法》（2012年修訂版）編寫；初步設(shè)計說明書參照《化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度規(guī)定》（HG/T20688-2000）編寫。工程圖紙主要考察圖紙的格式規(guī)范性以及平面布置圖、設(shè)備布置圖、PFD 與PID 圖紙內(nèi)容的正確性與完整性；現(xiàn)代設(shè)計方法主要考察計算機輔助過程設(shè)計、設(shè)備設(shè)計和工廠設(shè)計的完成質(zhì)量。上述考核內(nèi)容在考察學生專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，還包括了團隊協(xié)作、溝通、表達、組織以及學習如何在工程實踐中考慮社會、環(huán)境、法律、倫理、道德等問題，體現(xiàn)了對學生綜合能力和學習效果的考核。

將全國大學生化工設(shè)計競賽的評分準則引入課程的考核方式，認定學生的設(shè)計作品成果。學生在教師指導(dǎo)下完成的設(shè)計作品，成功完成的競賽作品可以互換校內(nèi)學分或成績，即省部級以上的設(shè)計獲獎可免做校內(nèi)課程設(shè)計，獲獎等級可以作為課程設(shè)計評價成績的依據(jù)，體現(xiàn)了學分制的要求，允許學生在一定范圍內(nèi)自主選修課程、自主安排學習進程、自主選擇授課教師，實現(xiàn)向?qū)W習者為中心的轉(zhuǎn)變，以適應(yīng)其個性化、多樣化的學習和發(fā)展要求，釋放其自主學習和實踐的潛能。很多學生正是在參與競賽的過程中，學會了如何與別人合作，如何取人之長補己之短，同時也學會了互相謙讓、互相鼓勵、團結(jié)合作。多樣化的考核方式促進了“知識考核為主”向“能力考核為主”的轉(zhuǎn)變。

課-賽融合的學科競賽對學生專業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)是普通課堂教學所遠不能及的，它是實施創(chuàng)新教育、實現(xiàn)個性化培養(yǎng)的重要途徑。課-賽融合的教學模式也為優(yōu)秀人才的脫穎而出提供機會，2017年由化學工程與工藝專業(yè)5 名同學組成的“Sulfur Remover”參賽隊，其“天津石化南港分廠年產(chǎn)十四萬噸硫磺回收項目”競賽作品在華北賽區(qū)提交的275 件設(shè)計作品中，位列14 并成功進入國賽競爭答辯環(huán)節(jié)，最終獲得國家二等獎，同時獲華北賽區(qū)一等獎。5 名參賽同學中3 名同學成功保研，同時2 名同學還獲得了2018年校級優(yōu)秀畢業(yè)生，1 名同學被中國合成油公司錄用。實踐證明，競賽獲獎的學生在保研和求職時，爭相被招生院校和用人單位錄取或錄用的事實，說明課-賽融合的教學實踐為高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)探索了一條重要途徑。

四、結(jié)束語

課-賽融合的化工設(shè)計類課程的教改實踐，聚焦工程教育認證，課程教學過程中貫徹OBE 理念，可以推動專業(yè)類課程教學體系、內(nèi)容、方法和手段的改革。課-賽融合是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要載體，也是課程教學的檢驗，將競賽思想和內(nèi)容融入專業(yè)課程的教學中，可以培養(yǎng)學生運用多學科交叉的知識去分析和解決復(fù)雜化學工程問題的能力，可以培養(yǎng)學生責任感、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)工程教育認證對學生多方面非技術(shù)能力要求的達成，促進課程考由“知識考核為主”向“能力考核為主”的轉(zhuǎn)變。

教學中通過合理安排課程教學內(nèi)容和競賽任務(wù)，科學指導(dǎo)學生的競賽設(shè)計作品，通過選出設(shè)計作品參加全國賽事，有利于提升學校的影響力和內(nèi)涵發(fā)展。