新工科背景下化工設(shè)計課程教學(xué)改革研究

伍水生，蘭東輝，鄧?yán)^勇

(湖南工程學(xué)院材料與化工學(xué)院，湘潭 411104)

在第四次科技浪潮下，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息與系統(tǒng)論的發(fā)展已經(jīng)成為一種潮流，傳統(tǒng)的課程教育不適用于當(dāng)今以學(xué)科交叉、實踐優(yōu)位、科技前沿屬性為特點(diǎn)的新工科教育的需求。科技日益精細(xì)化時代的到來，使得高校工科專業(yè)亟待改革，建立新的工科專業(yè)。課程、師資、教材、硬件標(biāo)準(zhǔn)是新工科建設(shè)的重要落腳點(diǎn)，并以此為出發(fā)點(diǎn)大力培養(yǎng)雙創(chuàng)型、復(fù)合型、實踐型人才?；I(yè)學(xué)生在具備深厚理論知識的同時，還應(yīng)具備良好的實踐操作能力、工程系統(tǒng)的籌劃能力、創(chuàng)新精神、參與國際競爭的意識等綜合素質(zhì)?，F(xiàn)階段，大學(xué)生就業(yè)困難的最主要因素是社會需求與學(xué)生所學(xué)知識不相匹配，工科專業(yè)的開設(shè)與培養(yǎng)模式與實際需求有偏差，造成供求不一致的就業(yè)態(tài)勢，以及人才市場的結(jié)構(gòu)性障礙。因此，迫切需要地方高校對工科人才的培養(yǎng)模式做出創(chuàng)造性調(diào)整[1-3]。

為推動新工科教育改革與創(chuàng)新，從2007年2月開始，教育部開始注重新工科課程建設(shè)，“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”等先后落實，在新工科建設(shè)的模式上大膽創(chuàng)新、積極形成中國特色，踐行教育強(qiáng)國的根本理念。新產(chǎn)業(yè)的不斷催生，促使社會對新工科背景下的高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求量不斷增大，新工科背景下需要提升高校學(xué)生的綜合素質(zhì)與化工設(shè)計能力，利用信息技術(shù)手段實施化工設(shè)計模擬教學(xué)、仿真式案例教學(xué)、開展設(shè)計比賽等方式提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)，大力提升化工設(shè)計課程的應(yīng)用環(huán)節(jié)，堅持理論與實踐相結(jié)合、課內(nèi)學(xué)習(xí)與課外競賽相結(jié)合、步驟化、系統(tǒng)式的課程體系，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計和實踐創(chuàng)新能力。

1 完善課程體系

新時期社會經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展、企業(yè)不斷創(chuàng)新轉(zhuǎn)型升級帶來的技術(shù)創(chuàng)新，對學(xué)生綜合素質(zhì)的要求越來越高，因此，應(yīng)用型高校的教學(xué)模式作出相應(yīng)的創(chuàng)新與改革，創(chuàng)建全面的應(yīng)用型化工人才培養(yǎng)機(jī)制[4]?；ぴO(shè)計課程在囊括了基本的化工原理、化工設(shè)備安裝、化工儀表調(diào)試、化工原料分離等傳統(tǒng)專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，還要開設(shè)環(huán)境科學(xué)、化工安全與保護(hù)、化學(xué)工程計價等課程，使課程體系更加完善，滿足社會需求。傳統(tǒng)的化工學(xué)科課程以理論傳授為主導(dǎo)，課程內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)生理解較為困難，與實際脫鉤，在培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力與創(chuàng)新精神上有很大欠缺，而且課本內(nèi)容較多，無形之中給學(xué)生帶來了較大的學(xué)習(xí)壓力。課程團(tuán)隊在充分研究探討的基礎(chǔ)上，不斷整合專業(yè)課程資源，將理論知識與實踐操作有機(jī)結(jié)合，在傳授理論知識的同時注重強(qiáng)化Aspen Plus工藝流程模擬，應(yīng)用AutoCAD等計算機(jī)軟件開展教學(xué)。使學(xué)生的思維更加開闊，創(chuàng)新能力進(jìn)一步提高，同時在實踐環(huán)節(jié)中，設(shè)置了認(rèn)識實習(xí)、化工仿真訓(xùn)練、生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)實習(xí)等以企業(yè)為主導(dǎo)的工程訓(xùn)練項目教學(xué)模塊，實踐環(huán)節(jié)的加入為學(xué)生在化工學(xué)科領(lǐng)域開展創(chuàng)新活動提供專業(yè)的平臺，提升了學(xué)生在化工工程設(shè)計中的實踐能力。

2 創(chuàng)新教學(xué)模式，培養(yǎng)卓越人才

新工科建設(shè)與發(fā)展的道路應(yīng)以關(guān)注教師和學(xué)生這兩大主體為核心，轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，打破教育壁壘；樹立培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)術(shù)價值取向；立足專業(yè)底線，遵從國際標(biāo)準(zhǔn)，推動專業(yè)拔尖，構(gòu)建星級評價；融通線下和線上兩個空間，探索工程人才培養(yǎng)的新型教學(xué)方法，構(gòu)建以學(xué)習(xí)者為中心的新工科教育生態(tài)；以市場需求為導(dǎo)向，強(qiáng)化校企實驗基地。在教學(xué)中，傳統(tǒng)的授課形式?jīng)]有將學(xué)生放在課堂的中心，學(xué)生缺乏自我的真知灼見與相互協(xié)作；學(xué)生對于課堂學(xué)習(xí)的內(nèi)容興趣不高，投入程度低。新工科背景下以一切為了學(xué)生為基本理念，以綠色化工技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)的省級教學(xué)中心為依托資源，充分運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)手段進(jìn)行課堂教學(xué)改革，師生一體在做中學(xué)、在做中教，將化工設(shè)計專業(yè)中的實踐環(huán)節(jié)以模擬形式引入課堂，實現(xiàn)了理論與實踐的緊密結(jié)合，提高了學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性；學(xué)生在操作與問題探討中掌握知識，提升綜合素質(zhì)。隨著網(wǎng)絡(luò)資源在教學(xué)中的應(yīng)用，新的授課方式應(yīng)運(yùn)而生，慕課、微課、翻轉(zhuǎn)課堂、VR等新技術(shù)在教學(xué)中不斷應(yīng)用，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情被點(diǎn)燃。以翻轉(zhuǎn)課堂為例，相比較傳統(tǒng)的工科課堂，這種新的授課形式更加注重培養(yǎng)學(xué)生的知識、技能、情感等多維目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生主動探究的意識，注重培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)能力。同時利用信息技術(shù)所達(dá)成的實踐仿真模擬效果也是傳統(tǒng)課堂教學(xué)所不能實現(xiàn)的。

3 課賽融合，在繼承中創(chuàng)新，在共享中融合

化工設(shè)計競賽著重培養(yǎng)化工專業(yè)學(xué)生的化學(xué)工程設(shè)計意識與創(chuàng)新精神[5]。競賽以開展項目為平臺，以團(tuán)隊形式參賽，每五人一隊，團(tuán)隊成員對項目實施進(jìn)行預(yù)備性分析，并相互協(xié)調(diào)設(shè)計工藝的流程、核算原料消耗、選取相適應(yīng)的設(shè)備、設(shè)計最優(yōu)管道布局方案、倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)理念等相關(guān)內(nèi)容，在項目實施的過程中還要熟練運(yùn)用AspenPlus、AutoCAD等計算機(jī)設(shè)計軟件，模擬完成工藝的設(shè)計過程，并能現(xiàn)場完成考核組的質(zhì)詢，完成答辯，最終評選出優(yōu)秀設(shè)計項目。通過比賽，學(xué)生的化工設(shè)計水平與動手操作能力進(jìn)一步提高，不僅培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作精神，更重要的是在競賽的過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的工藝設(shè)計理念，使學(xué)生對所學(xué)專業(yè)知識進(jìn)行系統(tǒng)綜合運(yùn)用和提升，也為學(xué)生未來就業(yè)做好充分的準(zhǔn)備。

4 案例教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生實踐能力

黨的十九大報告指出高等教育必須深化產(chǎn)教融合，加強(qiáng)校企合作。開放的辦學(xué)模式是應(yīng)用型高校創(chuàng)新教學(xué)模式的重要步驟，有助于經(jīng)濟(jì)新動能的生成[6]。近年來，學(xué)院積極促成應(yīng)用型專業(yè)與企業(yè)之間的合作，使學(xué)生將課堂所學(xué)應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)中，從企業(yè)引進(jìn)技術(shù)骨干走進(jìn)課堂指導(dǎo)學(xué)生，將企業(yè)的經(jīng)典案例引入到課堂教學(xué)中，增派高校教師到企業(yè)參與實地生產(chǎn)活動，讓教師在化工企業(yè)實地生產(chǎn)活動中成長，在企業(yè)中擔(dān)任高級工程師，促成教師產(chǎn)學(xué)研一體化實踐模式，教師積極參與到企業(yè)技術(shù)難題攻克中，在實地生產(chǎn)中積累經(jīng)驗。學(xué)校應(yīng)分批次派出教師參加化工系統(tǒng)內(nèi)部組織的技術(shù)骨干培訓(xùn)，在工程設(shè)計中提高教師的實踐水平，有能力的教師還可以參與到化學(xué)工程軟件的設(shè)計與研發(fā)中，真正實現(xiàn)化學(xué)工程與計算機(jī)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，全面發(fā)展教師的實踐能力。在教學(xué)中，課程團(tuán)隊充分挖掘素材，實施企業(yè)實踐案例與化工專業(yè)理論知識相結(jié)合的課堂教學(xué)模式，高校與企業(yè)共同講授同一門課程，并將企業(yè)實踐案例貫穿于整學(xué)期的化工設(shè)計專業(yè)課程教學(xué)中。將企業(yè)真實項目的案例融入高校課程教學(xué)中，是高校教學(xué)改革的重要舉措，教學(xué)內(nèi)容相互銜接，改變了以往化工設(shè)計工程缺乏整體性的劣勢，能有效幫助高校教師積累化工設(shè)計實踐經(jīng)驗，彌補(bǔ)以往教師過于偏理論教學(xué)的不足。

5 注重創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，提升學(xué)生綜合能力

化工設(shè)計是高校化工專業(yè)學(xué)生的必修課程，既囊括了化工設(shè)計的新工藝、新技術(shù)，也有計算機(jī)模擬仿真技術(shù)，以及工藝設(shè)備型號的選配、原料的選取、環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用等相關(guān)專業(yè)知識，課程內(nèi)容既突出化工設(shè)計的實踐性，同時又具備學(xué)科內(nèi)容的綜合性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在教學(xué)中，融會貫通課堂教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)，堅持以教學(xué)為中心，以學(xué)生為主體，重視學(xué)科交叉及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生具備較強(qiáng)的專業(yè)知識、化工設(shè)計實踐能力、滿足社會以及企業(yè)需求為根本目標(biāo)。鼓勵學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐，積極實踐課堂所學(xué)理論，大力提升高校化工設(shè)計專業(yè)學(xué)生的應(yīng)用素養(yǎng)，提高專業(yè)核心能力?；ぴO(shè)計課程的教學(xué)改革必須緊密聯(lián)系社會需求，將理論知識與企業(yè)生產(chǎn)實踐緊密聯(lián)系起來，以促進(jìn)地方產(chǎn)業(yè)振興為發(fā)展目標(biāo)，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和自主創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)新時期新工科背景下的高素質(zhì)人才。

新工科背景下的人才培養(yǎng)必須腳踏實地做好課程改革工作，只有這樣才能培養(yǎng)出符合現(xiàn)代社會與企業(yè)需求的應(yīng)用型人才。以全新的眼光看待學(xué)生的發(fā)展，滲透計算機(jī)信息技術(shù)，探討新的課程實施方式，充實現(xiàn)有的課程體系，加大學(xué)生參與實踐生產(chǎn)的課程實施力度，注重發(fā)展學(xué)生的多項素質(zhì)，積極增派教師到企業(yè)鍛煉，以滿足工科高校人才培養(yǎng)的需求。