用虛擬仿真軟件培訓(xùn)高分子材料與工程專業(yè)設(shè)計類課程指導(dǎo)教師的初步探索

鄭耀臣，高正國，張月蓉

(煙臺大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 煙臺 264005)

以學(xué)生為中心是工程教育專業(yè)認證的核心理念之一，設(shè)計類課程是工程教育專業(yè)認證的一個重要內(nèi)容，對于培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力、協(xié)作精神、表達和思辨能力，以及綜合運用所學(xué)知識解決復(fù)雜問題的能力等都具有重要意義。在教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師的水平和素質(zhì)對學(xué)生能力提升的作用至關(guān)重要?，F(xiàn)在的年青教師具有高學(xué)歷，甚至還擁有海外學(xué)習(xí)、工作經(jīng)歷，但是他們?nèi)〉脤W(xué)位后直接應(yīng)聘到高校從事科研、教學(xué)工作，沒有相關(guān)工程設(shè)計的從業(yè)經(jīng)歷、工程實踐經(jīng)驗缺乏。對于年青教師來說，培養(yǎng)方案規(guī)定的設(shè)計類課程無人愿講、無人能講，更不愿意指導(dǎo)本專業(yè)的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。造成了設(shè)計類課程指導(dǎo)教師嚴重短缺，甚至不少學(xué)校的工科專業(yè)已出現(xiàn)了“去設(shè)計”的“理科化”人才培養(yǎng)趨勢，明顯影響了工科學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。

針對青年教師缺乏工程實踐經(jīng)驗的現(xiàn)狀，國家層面已經(jīng)推出了一系列解決方案，如推行青年教師業(yè)務(wù)能力提升計劃、聘任企業(yè)教授、雙師型教師等措施。但是，對于社會資源貧乏或教師不能找到對口合作企業(yè)的學(xué)校來說，實施這些利好政策的難度很大，學(xué)生和教師的培養(yǎng)效果大大折扣。本文結(jié)合近年來的教學(xué)實踐，分享一下采用大型仿真軟件提升設(shè)計類課程青年教師的教學(xué)水平的幾點體會。

1 設(shè)計類課程師資缺乏的原因

設(shè)計類課程師資的缺乏已經(jīng)成為制約學(xué)生設(shè)計能力和工程思維培養(yǎng)效果的一個瓶頸問題。造成此現(xiàn)狀的原因主要有以下幾點：(1)經(jīng)過系統(tǒng)訓(xùn)練、能承擔(dān)項目的設(shè)計類人才經(jīng)過了多年經(jīng)驗積累，還掌握了與設(shè)計相關(guān)的多學(xué)科知識，年薪高、待遇好，這些最合適的設(shè)計人才應(yīng)聘到學(xué)校任教的積極性和可能性不大；(2)具有博士學(xué)位是青年教師應(yīng)聘教學(xué)科研崗位的基本要求，在青年博士的成長、成才過程中，他們更多的精力用在做科學(xué)研究、發(fā)表高水平研究論文方面，沒有機會參與項目的工業(yè)化大生產(chǎn)，因此，缺乏系統(tǒng)的項目設(shè)計實踐訓(xùn)練經(jīng)歷；(3)在學(xué)校排名和學(xué)科評估的雙重壓力下，學(xué)校的業(yè)績評價政策導(dǎo)向不得不偏重于發(fā)表高水平SCI研究論文，青年教師的工作重心和主要精力放在耗時短、出成效快的科學(xué)研究和發(fā)表文章上，在設(shè)計類課程的研究上花時間較少；(4)雖然實施了青年教師的業(yè)務(wù)能力提升計劃，但是其主要內(nèi)容集中在提升青年教師的教學(xué)理念、授課技巧、應(yīng)用現(xiàn)代教學(xué)手段、提高教育創(chuàng)新能力和教育管理水平等方面，有助于青年教師的工程項目設(shè)計能力提升的社會資源非常匱乏，目前也缺少切實有效、普遍適用的辦法。我們利用計算機仿真軟件對青年教師(尤其是未來要從事設(shè)計類課程教學(xué)的新畢業(yè)博士)進行了培訓(xùn)，通過對仿真軟件中已有工程實例的消化、吸收，舉一反三，快速提升了青年教師對相關(guān)課程的內(nèi)容的把控，不僅講授質(zhì)量有了明顯好轉(zhuǎn)，課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計規(guī)范性和指導(dǎo)能力也得到顯著提升。

2 豐富課堂教學(xué)案例

設(shè)計類課程涉及的工程知識與生產(chǎn)實際聯(lián)系緊密，且較為抽象。由于本科生的實踐經(jīng)驗少、工程思維尚未建立，在設(shè)計類課程教學(xué)過程中，需要一定數(shù)量的教學(xué)案例幫助學(xué)生理解相關(guān)知識點。但是，免費獲取工程案例的途徑很少，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源中，沒有完整的聚合物反應(yīng)工程實例提供，學(xué)習(xí)者不可能通過網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)工程案例。同時，對于缺乏實踐經(jīng)驗的青年教師而言，教學(xué)案例也是個很大的挑戰(zhàn)。因此，缺乏工程實例的設(shè)計課堂教學(xué)枯燥乏味，學(xué)生理解困難，學(xué)習(xí)熱情不高、教學(xué)效果不好。

十幾年前，煙臺大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院購置了東方仿真軟件包，其中含有聚氯乙烯的懸浮聚合工藝仿真內(nèi)容。選取這部分內(nèi)容作為課堂教學(xué)案例，給同學(xué)們講授聚氯乙烯反應(yīng)路線的設(shè)計、工藝流程圖、車間的布置以及生產(chǎn)事故工況分析等。通過仿真軟件的反復(fù)訓(xùn)練，將聚氯乙烯的聚合反應(yīng)過程的內(nèi)容全面吃透后，在課堂教學(xué)過程中結(jié)合教學(xué)內(nèi)容穿插此例進行講解，增加了解決工程問題的針對性。對于設(shè)計類課程中所涉及的那些非常抽象的內(nèi)容(如設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理等)，可以用仿真軟件自帶的動畫小視頻給學(xué)生進行演示，將抽象的問題可視化，便于學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解。另外，根據(jù)課堂內(nèi)容，穿插仿真軟件中的生產(chǎn)事故工況解決方案分析。我們采用班級分組討論的方式，討論不同生產(chǎn)事故的產(chǎn)生原因、工況特點和解決方案。提出的問題與生產(chǎn)實際非常接近，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性高，培養(yǎng)了學(xué)生提出問題、分析問題及解決問題的能力，教學(xué)效果良好。

3 高質(zhì)量的設(shè)計范例

除缺少典型的教學(xué)案例外，繪制帶控制點的工藝流程圖也是青年教師授課和指導(dǎo)學(xué)生過程中的難點之一。應(yīng)該在工藝流程圖的什么位置添加控制儀表或應(yīng)該添加哪種儀表，現(xiàn)有的參考書對此部分內(nèi)容的講解也不詳細，并且對于不同的聚合物、統(tǒng)一聚合物選用不同的合成路線采用的控制方案也不盡相同。如果提供一個范例供初學(xué)者參考和分析，會加快設(shè)計理念的理解、工藝路線的確定，掌握工藝流程圖的繪制基本要點。東方仿真軟件的懸浮法聚氯乙烯合成工藝提供了現(xiàn)場操作和控制室內(nèi)的遠程控制兩種場景，其中，遠程控制內(nèi)容給出了帶

控制點的聚合反應(yīng)工藝流程圖。這個工藝流程圖直接來自于實際應(yīng)用的生產(chǎn)工藝路線，是一個高質(zhì)量的實例，具有一定的實用性和很高的參考價值。通過對仿真軟件中帶控制點工藝流程圖的理解、吃透，可以在短時間內(nèi)提升了指導(dǎo)老師對工藝流程圖的讀圖和繪圖能力，達到培訓(xùn)設(shè)計類課程青年教師的目的。

4 可衍生出多個設(shè)計題目

在以學(xué)生為中心、個性化培養(yǎng)原則的指導(dǎo)下，課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計的命題和選題已做到了“一人一題”，題目和內(nèi)容是由指導(dǎo)教師結(jié)合專業(yè)特點和學(xué)校對工作量的要求進行布置。對于入職時間較短的青年教師而言，設(shè)計題目的來源、是否可行、設(shè)計內(nèi)容能否滿足教學(xué)要求，以及題目的難易程度等這些內(nèi)容都很難把握。采用計算機仿真軟件培訓(xùn)青年教師、輔助設(shè)計類課程教學(xué)后，設(shè)計的內(nèi)容更豐富、設(shè)計題目的可行性更好，可以是選用新設(shè)備、已有工藝流程的改造及新的工藝路線研究等各種內(nèi)容的題目。此外，還能衍生出多個與之相關(guān)的設(shè)計題目，如管網(wǎng)的分區(qū)布置、工藝路線與設(shè)備的對比選擇等。計算機仿真軟件的引入，對青年教師指導(dǎo)能力的提升效果非常顯著，在較短的時間內(nèi)就能勝任設(shè)計類課程的指導(dǎo)工作，取得非常理想的教學(xué)效果。

5 結(jié)束語

將虛擬仿真軟件作為培訓(xùn)設(shè)計類課程青年教師的一個利好手段，能快速彌補實踐經(jīng)驗不足、缺乏工程實戰(zhàn)經(jīng)歷的問題，豐富課堂教學(xué)案例，提供可參考的高質(zhì)量設(shè)計范例，以仿真軟件中的實例為依托可衍生出多個設(shè)計題目，解決課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計題目“一人一題”的要求。并且設(shè)計題目的難度與深度與實際工程日趨接近，在設(shè)計過程中學(xué)生系統(tǒng)培養(yǎng)了各項能力，達到了培訓(xùn)新教師的目的。同時，對于具有多年指導(dǎo)設(shè)計類課程經(jīng)驗的老教師來說，通過對仿真軟件的研習(xí)，也會有意想不到的收獲。