應(yīng)用型本科化工專業(yè)化工設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)探索與實(shí)踐

張曉瑞，孫永剛，任艷嬌，雍海波

(1.寧夏大學(xué)新華學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

0 引言

早在2015年，教育部發(fā)布的“關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)意見(jiàn)”強(qiáng)調(diào)地方應(yīng)用型本科高校轉(zhuǎn)型要“轉(zhuǎn)到產(chǎn)教融合校企合作上來(lái)”，這一舉措既是順應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的迫切需求，更是學(xué)校發(fā)展再上臺(tái)階的必然選擇[1-2]。應(yīng)用型本科應(yīng)把服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展作為使命，以需求為導(dǎo)向，以產(chǎn)教融合為路徑，通過(guò)教學(xué)改革來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力和社會(huì)適應(yīng)能力，進(jìn)而推動(dòng)人才培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)變[3-6]。本著圍繞地方性、應(yīng)用型，結(jié)合地方社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需求，化工類專業(yè)的人才培養(yǎng)需要轉(zhuǎn)變到實(shí)踐能力和技能培養(yǎng)的目標(biāo)上[7]。

堅(jiān)持“以行業(yè)為依托、職業(yè)為特色、能力為本位”的先進(jìn)教育理念，全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，以就業(yè)為導(dǎo)向，走產(chǎn)學(xué)結(jié)合的發(fā)展道路[8]，主動(dòng)適應(yīng)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的需求，以人才市場(chǎng)需求變化和學(xué)生就業(yè)為目標(biāo)，立足寧夏及周邊地區(qū)，努力培養(yǎng)“基礎(chǔ)實(shí)、能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)意識(shí)、國(guó)際視野”化工專業(yè)高素質(zhì)應(yīng)用型人才，為本地區(qū)構(gòu)筑化工專業(yè)人才高地提供保證[9-10]。在新的培養(yǎng)目標(biāo)下，化學(xué)工程與工藝專業(yè)諸多課程面臨著教學(xué)方面的改革，從而適應(yīng)應(yīng)用型本科教學(xué)的要求。

作為化工專業(yè)的一門專業(yè)必修課，化工設(shè)計(jì)課程基于工程科學(xué)，但重點(diǎn)是應(yīng)用，即運(yùn)用各種所學(xué)的化工專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，用技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)系統(tǒng)地分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題，具有極強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性[11]，在專業(yè)課程中占有重要的地位，所以化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革在應(yīng)用型本科化工類專業(yè)中極具代表性。由于該課程所運(yùn)用到的化工基礎(chǔ)知識(shí)非常廣泛，所以如何在目前教學(xué)要求下，改進(jìn)陳舊的教學(xué)方式，進(jìn)而加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值[12]。

1 重新修訂人才培養(yǎng)方案

根據(jù)普通高校應(yīng)用型專業(yè)人才的“基礎(chǔ)扎實(shí)，知識(shí)面寬，實(shí)踐能力強(qiáng)，素質(zhì)高，有較強(qiáng)的創(chuàng)新精神”要求[13]，突出人才應(yīng)用性的特色，構(gòu)建適合化工專業(yè)的人才培養(yǎng)模式。重新制定人才培養(yǎng)方案，秉承以理論課與實(shí)踐課并重，強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用與工程特色，建設(shè)適用應(yīng)用型本科化工類專業(yè)的優(yōu)質(zhì)課程的原則，將原來(lái)的化工設(shè)計(jì)課程修改為32學(xué)時(shí)的化工設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論課。另外增設(shè)了32學(xué)時(shí)的化工綜合設(shè)計(jì)實(shí)踐課。

實(shí)現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容的對(duì)接，包括教學(xué)課程內(nèi)容、課程標(biāo)準(zhǔn)以及與教學(xué)相關(guān)的系列過(guò)程[14]。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)模塊化范式的教學(xué)策略，把人才培養(yǎng)模式深化，實(shí)現(xiàn)工科學(xué)生的工學(xué)交替，實(shí)景育人教育，把實(shí)際的化工生產(chǎn)和專業(yè)的理論教學(xué)進(jìn)行對(duì)接融合。具體表現(xiàn)在情景式教學(xué)，利用實(shí)習(xí)實(shí)踐、單元操作及仿真實(shí)訓(xùn)開(kāi)展化工過(guò)程和生產(chǎn)工藝的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。生產(chǎn)實(shí)習(xí)模塊，通過(guò)到企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)性的教學(xué)過(guò)程，讓學(xué)生學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)工藝局部改造及設(shè)備操作優(yōu)化技能，深入企業(yè)了解他們的文化底蘊(yùn)和內(nèi)涵，學(xué)習(xí)理解相關(guān)化工企業(yè)工藝過(guò)程和技術(shù)的運(yùn)作流程，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)對(duì)象和內(nèi)容及目標(biāo)具體化。

2 教學(xué)內(nèi)容改革

2.1 優(yōu)化課程教學(xué)目標(biāo)

學(xué)習(xí)及生活的需求促進(jìn)了課程目標(biāo)發(fā)展和形成[15]。課程目標(biāo)必須是可以衡量的學(xué)習(xí)成果，并且從學(xué)生角度加以描述課程各關(guān)鍵部分應(yīng)該協(xié)同作用，以確保學(xué)生達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。優(yōu)化前后的課程目標(biāo)如圖1所示。

圖1 課程目標(biāo)的優(yōu)化

通過(guò)優(yōu)化和完善課程目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)化工設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)任務(wù)明確化和具體化。培養(yǎng)學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)基本理論理念、規(guī)范規(guī)定和程序流程的能力。培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和求是精神、嚴(yán)謹(jǐn)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)創(chuàng)新的工作作風(fēng)和基本設(shè)計(jì)技能，增強(qiáng)學(xué)生的工程概念和技術(shù)經(jīng)濟(jì)意識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生初步具備企業(yè)工程師需求的基本素養(yǎng)。

2.2 重整教學(xué)基本內(nèi)容

對(duì)接人才培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標(biāo)，才能達(dá)到社會(huì)需要和地方行業(yè)需要的標(biāo)準(zhǔn)，才能為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展培養(yǎng)相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域的專業(yè)人才。因此，需要強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)該專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化重整至關(guān)重要。

教師通過(guò)深入企業(yè)調(diào)研，明確化工專業(yè)高技能人才面向的主要職業(yè)崗位。并與企業(yè)合作，依托企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和工作崗位職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建新的課程內(nèi)容體系。將以前的9章內(nèi)容按照其模塊化教學(xué)分為4部分，具體如圖2所示。

圖2 優(yōu)化的教學(xué)基本內(nèi)容

將化工總控工崗位的職業(yè)工作過(guò)程分解成工藝設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算、布置設(shè)計(jì)等工作環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)具體化。例如，在工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，以化工廠合成一氯甲烷為項(xiàng)目任務(wù)，讓學(xué)生從工程角度對(duì)原料路線、反應(yīng)路線、分離路線進(jìn)行選擇，對(duì)路線流程化和優(yōu)化。培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、工程能力和創(chuàng)新能力是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化教學(xué)理念的關(guān)鍵，從而提升學(xué)生解決復(fù)雜化學(xué)工程問(wèn)題的能力和素養(yǎng)。結(jié)合項(xiàng)目導(dǎo)向和任務(wù)驅(qū)動(dòng)等多種教學(xué)策略，來(lái)構(gòu)建實(shí)踐主導(dǎo)型教學(xué)的模塊化課程體系。

2.3 補(bǔ)充教學(xué)資源

教材是學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的主要資源，是教學(xué)內(nèi)容及知識(shí)的載體[7]?；ぴO(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的現(xiàn)用教材為婁愛(ài)娟主編的《化工設(shè)計(jì)》一書，是該門課程經(jīng)典的教材之一。但就應(yīng)用型本科教學(xué)而言，單純的教材內(nèi)容已經(jīng)完全不能滿足學(xué)生對(duì)該課程的需求。所以，要從海量的參考資料和網(wǎng)絡(luò)資源中選取適宜學(xué)生的教學(xué)資源，來(lái)補(bǔ)充完善教學(xué)內(nèi)容。推薦學(xué)生參考的線上課程是西北大學(xué)陳立宇老師的化工設(shè)計(jì)的慕課，參考書籍是《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的國(guó)家、行業(yè)規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)論壇以及往年的化工設(shè)計(jì)大賽成品資料。

3 教學(xué)方法改革

3.1 優(yōu)化PPT課件

由于化工設(shè)計(jì)課程的綜合性、實(shí)踐性，導(dǎo)致該課程普遍存在課時(shí)少、內(nèi)容多的問(wèn)題。教師為了完成教學(xué)任務(wù)，給學(xué)生講授更多的內(nèi)容，就會(huì)形成化播放PPT，這樣就導(dǎo)致學(xué)生難以跟上教師的速度，上課總是走神，聽(tīng)課很吃力。因此，教師在課前通過(guò)雨課堂發(fā)送相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的慕課視頻讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，再根據(jù)學(xué)生在雨課堂中完成的預(yù)習(xí)測(cè)試題來(lái)掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。上課時(shí)，教師著重對(duì)學(xué)生難掌握的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授。另外，教師在制作PPT課件時(shí)要注重文字、圖片、表格等多形式相結(jié)合，避免出現(xiàn)成段的文字。尤其涉及到難描述的內(nèi)容，可以選取化工企業(yè)車間典型現(xiàn)場(chǎng)照片，或者采用仿真動(dòng)畫來(lái)展示。做到PPT課件內(nèi)容簡(jiǎn)潔、清晰易懂，具有直觀性、生動(dòng)性，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3.2 增加認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生對(duì)化工裝置有感性認(rèn)識(shí)

由于化工設(shè)計(jì)課程的很多內(nèi)容與化工企業(yè)車間實(shí)際生產(chǎn)裝置相聯(lián)系，但學(xué)生缺乏實(shí)際工程概念，有時(shí)候?qū)φn上講解的內(nèi)容或者照片仍然無(wú)法理解，導(dǎo)致學(xué)生覺(jué)得該課程枯燥無(wú)味，越來(lái)越?jīng)]興趣。教師根據(jù)講授的內(nèi)容，每講授一個(gè)部分帶領(lǐng)學(xué)生到化工實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵱?xùn)車間參觀實(shí)訓(xùn)裝置，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)化工中工藝流程以及常用的設(shè)備、元件等。并結(jié)合教師講授自己去拆裝組合一些管路、換熱器、泵等化工裝置，從而更加熟悉化工設(shè)備。另外，還可以通過(guò)到化工廠的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，增加其對(duì)化工裝置的感觀認(rèn)識(shí)。

3.3 校企合作，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工程概念

鑒于化工設(shè)計(jì)的實(shí)用性和工程性，而目前我院的化工專職教師少有從事化工企業(yè)的經(jīng)歷，缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)校企合作的形式，教師帶領(lǐng)學(xué)生到寧夏慶華煤化集團(tuán)有限公司進(jìn)行為期半月的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，邀請(qǐng)化產(chǎn)、合成氨、甲醇等車間的工程師現(xiàn)場(chǎng)講授課堂上接觸到的難以理解的生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程等，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工程概念。

3.4 建立教學(xué)團(tuán)隊(duì)將教學(xué)模塊化

化工設(shè)計(jì)課程的綜合性對(duì)教師的知識(shí)面要求很高，而任課教師往往都不是對(duì)每一塊內(nèi)容都非常精通，因此可以建立一個(gè)化工設(shè)計(jì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)來(lái)替代由一個(gè)教師承擔(dān)該課程。團(tuán)隊(duì)中的教師可以根據(jù)自己的專長(zhǎng)承擔(dān)該課程的某一模塊，例如：擅長(zhǎng)工藝設(shè)計(jì)的教師可以承擔(dān)“工藝流程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化”部分，擅長(zhǎng)工藝計(jì)算的老師可以承擔(dān)“物料和能量衡算、設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)”部分，擅長(zhǎng)繪圖的老師可以承擔(dān)“帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和設(shè)備布置圖”繪制部分等。

3.5 教賽結(jié)合，提高學(xué)生多方面能力

將化工設(shè)計(jì)課程與全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽相結(jié)合，改變學(xué)科傳統(tǒng)型教學(xué)方法，讓學(xué)生參加化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽，按大賽要求五人組隊(duì)，以小組形式完成設(shè)計(jì)作品。根據(jù)大賽提供的題目和任務(wù)書進(jìn)行分析，查找文獻(xiàn)，分工完成項(xiàng)目可行性論證、工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計(jì)、車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)、裝置總體布置設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等內(nèi)容。由于設(shè)計(jì)的工作量很大，時(shí)間也比較長(zhǎng)，十分考驗(yàn)學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和意志力[16]。采取競(jìng)賽與課程相結(jié)合的模式，能使學(xué)生將課程中學(xué)到的知識(shí)充分應(yīng)用到競(jìng)賽中，而且還能幫助學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解和掌握，促進(jìn)和培養(yǎng)學(xué)生掌握工程設(shè)計(jì)的基本要素，為其將來(lái)開(kāi)展和從事有關(guān)于化工設(shè)計(jì)和操作等領(lǐng)域提供基礎(chǔ)科學(xué)支撐，有效實(shí)現(xiàn)所用即所用目的[17]。

3.6 利用第二課堂，學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件

開(kāi)展第二課堂，利用系里組織的化工協(xié)會(huì)，對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要而課堂上沒(méi)有學(xué)過(guò)的一些知識(shí)，如：能量集成、危險(xiǎn)性和可操作性分析、Sketchup軟件等的應(yīng)用，讓學(xué)生互相交流自學(xué)這些相關(guān)知識(shí)。還可以請(qǐng)上屆參賽的學(xué)長(zhǎng)介紹化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合大賽中應(yīng)用到的 Aspen Plus、Auto CAD、SW6、Cup-Tower等軟件進(jìn)行操作經(jīng)驗(yàn)分享。對(duì)依然存在的問(wèn)題可以邀請(qǐng)Aspen Plus、Auto CAD等相關(guān)軟件課程的專任教師在第二課堂進(jìn)行答疑。

4 考核方式改革

教學(xué)考核方式是檢查和評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)該課程掌握的一個(gè)重要依據(jù)[18]。原來(lái)的考核方式是期末成績(jī)=考勤成績(jī)(20%)+過(guò)程考核成績(jī)(30%)+考試成績(jī)(50%)。考勤成績(jī)主要考核學(xué)生到課情況，一些學(xué)生雖然到課，但是聽(tīng)課狀態(tài)不好。過(guò)程考核主要是作業(yè)，很多學(xué)生之間互相抄襲，不能很好地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。考試成績(jī)以理論內(nèi)容為主，很多學(xué)生靠著突擊復(fù)習(xí)勉強(qiáng)及格，但其實(shí)并沒(méi)有真正達(dá)到課程的培養(yǎng)目標(biāo)。為了提高教學(xué)質(zhì)量，有必要探索新的考核方式來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合考評(píng)學(xué)生的成績(jī)。優(yōu)化后的考核方式如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的考核方式

通過(guò)對(duì)考核方式的改革，可以全方面的考察學(xué)生的掌握程度，提高學(xué)生的課堂效率，達(dá)到該課程的培養(yǎng)目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)化工設(shè)計(jì)課程的人才培養(yǎng)方案、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等改革，可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生能夠樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，提高其綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的工程概念，從而促進(jìn)了應(yīng)用型本科化工類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的發(fā)展。