新工科背景下化工原理課程設計教學探索

何運兵，鄒雪琳，易莉芝

(東莞理工學院 化學工程與能源技術學院，廣東 東莞 523808)

為迎接新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，主動服務國家創(chuàng)新驅動發(fā)展和“一帶一路”等戰(zhàn)略的實施，教育部推出“新工科”計劃，其核心是培養(yǎng)具有較強工程實踐能力、具備國際競爭力的創(chuàng)新型人才[1-2]。為此在專業(yè)課程教學過程中，需要進一步加強學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?；ぴ硎腔ゎ悓I(yè)的專業(yè)基礎課，在基礎課和專業(yè)課程之間，起著承上啟下、由理到工的橋梁作用。化工原理課程設計通過綜合運用化工原理、工程制圖、化工制圖、化工儀表及自動化等多門課程知識，對某一化工單元操作進行實踐性設計，達到培養(yǎng)和訓練學生工程實踐能力、創(chuàng)新能力的目的。

目前化工原理課程設計往往采取固定的教材、類似的設計題目，指導老師通過選取不同操作條件，且都是理想化、設計條件明確、物性參數(shù)齊全的簡單過程的模擬設計。學生主要根據(jù)模板進行一次演算，不管結果合理與否，只要按時提交報告基本都可拿到學分，因為課程的考核方式主要以說明書和圖紙為依據(jù)，因而難以達到培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的目的。為解決目前化工原理課程設計中存在的問題，切實提高學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力，國內很多高校都進行了諸多改革[3-6]，取得了較好的教學效果。為有效提高化工原理課程設計質量，我們在教學內容、教學方法和考核方式等方面進行了一些有益的探索。

1 基于實際工程問題的教學內容

以往通常會選擇計教材中的精餾塔、吸收塔或者換熱器等作為課程設計的教學內容。但由于學生對這些設備的認識不夠，往往停留在理論課堂上老師的講解，且大部分學生都認為他們所進行的設計僅僅是為了完成作業(yè)，因而難以引起學生的興趣。為此在設計內容的選擇上要從學生熟悉或見過的工藝中選取，盡可能讓學生覺得設計內容有實際意義。根據(jù)我校應用化學(卓越工程師計劃班)專業(yè)人才培養(yǎng)方案，在開課之前已安排為期兩周的生產(chǎn)實習，實習場所為廣東省某大型石化廠，實習車間有大量的換熱器、精餾塔等典型化工設備。實習時就提前告知學生，化工原理課程設計的內容就從這些工藝中選取，提醒學生注意工藝流程中的換熱器、精餾塔、吸收塔等設備的結構、在工藝中的位置等。此舉不僅提高了實習的效果，還為化工原理課程設計奠定了良好的基礎。學生在做課程設計時，就不再是空洞的紙上談兵，激發(fā)了學生的設計熱情，同時有利于強化學生工程意識。學生可以將自己的設計結果與實際的生產(chǎn)設備進行比較，從而發(fā)現(xiàn)自己設計過程中的問題，進而提高學生分析和解決工程問題的工程能力。

2 靈活豐富的教學方法

(1)調整設計時間。以往課程設計一般安排在理論課結束后的2周內完成，我校未安排專門時間用于課程設計，即需要學生自行安排課外時間來完成。兩周課外時間內要完成內容的熟悉、設計計算、圖紙繪制以及文本編輯等過程，很難高質量完成設計任務。在改革方案中，將設計時間由原來的兩周改為四周，且明確規(guī)定了進度要求，避免了部分同學拖沓的情況。保證了學生有著比較充足的時間去理解設計內容，能夠從容地開展設計工作，避免了以往課程設計中那種走馬觀花似的過程訓練，使學生真正得到工程設計訓練和學習。

(2)合理安排設計任務。按照精餾、吸收、干燥、萃取等單元操作的不同先分大類，然后對于每個大類按照體系、處理能力、操作條件、原料的組成等進行區(qū)分，保證每組一題(3人/組)，組員之間互相合作，保證每位學生都得到一次工程設計訓練，避免抄襲現(xiàn)象。當出現(xiàn)問題時，學生之間可以互相討論，發(fā)揮集體的智慧。學生在互相討論的基礎上完成課程設計，團結協(xié)作能力得到增強，同時獲得成就感。

(3)確立以學生為中心的教學方式。在課程設計過程中，教師除了完成課程設計的教學大綱和要求，給定設計任務和相關參考資料，更重要的是引導學生自行思考。放手讓學生自己確定設計思路，分析優(yōu)化設計方案等。在設計過程中，學生經(jīng)常會問“我這么做對不對？”并且迫切希望老師給出一個明確的答復。此時，指導老師不宜過早給出判定，而是需要引導學生去思考。例如在換熱器中折流板間距選擇問題上，可以向學生提出“如果間距過大或過小會產(chǎn)生什么后果？”，引導學生從技術、經(jīng)濟、環(huán)境和安全等多方面綜合考慮，最后得出比較合理的數(shù)值；在學生問及其初步確定的設計方案是否正確時，可以讓學生按照所選的方案去嘗試，最后他們自己會不斷修正前面的設計方案，雖然過程顯得曲折，但效果遠好于直接告訴他們；還有在換熱管規(guī)格的選擇上，很多學生不清楚現(xiàn)有管材的規(guī)格，這時需要引導學生自行查找管材規(guī)格，而不是代為查找。在設計過程中，指導老師應充分利用這種非標準答案的問題去引導學生思考，從而達到培養(yǎng)學生的獨立思考、開拓創(chuàng)新能力，增強工程觀念，提高工程實踐能力的目的。

3 多元化的考核方式

我校以往的化工原理課程設計成績評定主要以設計說明書(含圖紙)和平時成績?yōu)橐罁?jù)。同組組員的設計說明書和圖紙完全相同，教師在評閱時很難給出公平的評判，而平時成績的評判是根據(jù)成員對課程設計的貢獻度，貢獻度由各小組自行提供，但學生之間礙于情面給出的差距很小，甚至完全相同，故而也很難公平合理地給出設計成績，最終造成學生參與熱情不高、設計過程缺乏鉆研、創(chuàng)新精神。在新工科背景下，為了讓參與學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力真正得到鍛煉，我們將過程考核和能力考核結合起來，引入新的多元化考核方式。改革后的成績由設計過程考核(40%)、設計報告考核(40%)和答辯考核(20%)三部分組成。

(1)設計過程考核。將整個設計過程按時間節(jié)點劃分成若干部分，每部分設置不同權重，要求各組按時間節(jié)點提交進度報告，并備注所完成的工作主要由哪位成員負責，指導老師根據(jù)進度報告的完成情況給出各成員相對應的過程成績。

(2)設計報告考核。根據(jù)教學大綱，主要考察設計思路是否正確、設計方案是否可行、設計過程中是否具有工程觀點、是否提出了創(chuàng)新想法、設計結果從技術和經(jīng)濟角度上是否合理、文本編輯排版是否規(guī)范、設備圖繪制是否規(guī)范等，從多個方面對設計報告進行全面評價。

(3)答辯考核。為評判學生是否獨立完成設計任務，避免渾水摸魚或抄襲等現(xiàn)象，引入答辯考核。答辯現(xiàn)場由指導老師隨機指定其中一名組員進行五分鐘左右的陳述，這要求所有成員必須對該組的設計作品及設計過程都很熟悉。邀請化工設備和化工設計任課老師和指導老師共同擔任答辯專家，在學生陳述完畢后，答辯專家對其進行提問，同組成員可以補充回答。答辯專家根據(jù)報告陳述情況、設計結果的合理性和經(jīng)濟性以及回答提問情況給出答辯成績，取各專家答辯成績的平均值作為最終答辯成績。學生根據(jù)答辯建議對設計說明書進行修改，最后提交設計說明書和圖紙。

實踐證明，這種考核方式比較公正合理，其中引入過程考核不但幫助學生克服了拖沓的習慣，還促使學生根據(jù)進度報告的建議及時修正設計中的錯誤，提高了設計效率，受到學生的高度認可。引入答辯考核極大地促使學生積極主動地參與課程設計的每個環(huán)節(jié)，包括查閱工程手冊和相關資料，真正讓學生掌握工程設計要領，避免了渾水摸魚和抄襲現(xiàn)象。更重要的是答辯專家的意見能促使學生對其設計過程和設計結果進行反思，部分同學甚至根據(jù)答辯意見對整個課程設計進行再次設計，設計質量得到了很大的提高。

4 結語

化工原理課程設計是化工原理實踐教學的重要組成部分，通過綜合運用多門課程知識，對某一化工單元操作設備進行綜合設計。實踐證明，基于實際工程問題的教學內容、靈活豐富的教學方法以及融入過程和能力的多元化考核方式，增強了學生的自主學習能力和學習熱情，提高了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，為新工科背景下高素質應用型工程技術人才的培養(yǎng)提供了教學思路。