“以賽促教”與費(fèi)曼學(xué)習(xí)法應(yīng)用于化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程的教學(xué)改革探索

么秋香，田少鵬，任花萍，霍小平，朱艷芳

（1.西京學(xué)院電子信息學(xué)院；2.西安市先進(jìn)光電子材料與能源轉(zhuǎn)換器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710123）

一、化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程教學(xué)改革的“新工科”背景

“新工科”建設(shè)是我國(guó)高等教育主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動(dòng)，通過(guò)加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域的工程科技人才，改造升級(jí)傳統(tǒng)工科專業(yè)，主動(dòng)布局未來(lái)戰(zhàn)略，從根本上提升國(guó)家硬實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

“新工科”背景下，化工類復(fù)合人才的創(chuàng)新能力集中體現(xiàn)在工程實(shí)踐活動(dòng)中創(chuàng)造新技術(shù)成果的能力，包括新產(chǎn)品和新工藝的研發(fā)、新流程和新裝置的設(shè)計(jì)等?；ぴO(shè)計(jì)是化工項(xiàng)目建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，它是將一個(gè)系統(tǒng)（如一個(gè)工廠、一個(gè)車間或一套裝置等）的技術(shù)方案、工藝過(guò)程、生產(chǎn)裝備等轉(zhuǎn)化為工程語(yǔ)言的過(guò)程，是一門綜合性很強(qiáng)的學(xué)科[1]。化工設(shè)計(jì)課程是高等學(xué)?；ぜ捌湎嚓P(guān)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)分析和解決實(shí)際工程問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)，使學(xué)生具備化學(xué)工程師的基本素質(zhì)[2]。它是科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的橋梁和紐帶，實(shí)現(xiàn)了由理論到實(shí)踐、由基礎(chǔ)到專業(yè)的跨越式發(fā)展。

民辦高校需要緊緊圍繞國(guó)家對(duì)轉(zhuǎn)型發(fā)展和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，從理論上創(chuàng)新、在實(shí)踐中推進(jìn)和落實(shí)，積極踐行“新工科”建設(shè)和“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0”，加快專業(yè)的轉(zhuǎn)型，重點(diǎn)突破應(yīng)用型、技術(shù)技能型、創(chuàng)新型復(fù)合人才的培養(yǎng)，探索并實(shí)踐化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究。

二、化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程的課程特點(diǎn)

化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程以工藝設(shè)計(jì)為主線，詳細(xì)介紹了學(xué)習(xí)化工設(shè)計(jì)工作的程序、內(nèi)容、方法和步驟，包括工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算和能量衡算、設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)與選型、車間布置設(shè)計(jì)及管道布置設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)概算與技術(shù)經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)文件編制以及工廠選址及總布置設(shè)計(jì)等。該課程是一門涉及物理化學(xué)、化工原理、化工分離工程、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)、化工安全與環(huán)保等專業(yè)知識(shí)的綜合性課程，按照化工設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，解決從原料進(jìn)廠到產(chǎn)品出廠中間一系列單元過(guò)程的工藝、設(shè)備、布置、管道等工程計(jì)算和工程設(shè)計(jì)問題，完成一個(gè)化工廠的完整設(shè)計(jì)過(guò)程。同時(shí)在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中也涉及有Auto CAD制圖、Aspen Plus化工工藝流程的模擬與優(yōu)化、3Dmax三維建模、Lumion漫游視頻展示等，因此該課程涉及的內(nèi)容廣泛而繁雜，學(xué)科交叉多，工程的實(shí)用性很強(qiáng)，同時(shí)也意味著該課程的學(xué)習(xí)難度大，難以系統(tǒng)掌握和應(yīng)用。通過(guò)傳統(tǒng)的課堂講授與課下練習(xí)方法，大部分學(xué)生的學(xué)習(xí)浮于表面，僅僅是通過(guò)反復(fù)地純粹地記憶掌握了化工設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，耗費(fèi)了大量的時(shí)間，顯得非常勤奮，這個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程非常輕松，沒有極具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)效果差，用一個(gè)形象的比喻就是沒有給我們的知識(shí)鏈打上記憶的結(jié)，每天重復(fù)的學(xué)習(xí)，卻沒有通過(guò)知識(shí)鏈打結(jié)的形式讓學(xué)習(xí)內(nèi)容系統(tǒng)化、讓知識(shí)點(diǎn)內(nèi)化。

三、化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)化工設(shè)計(jì)教學(xué)的激活效應(yīng)

學(xué)習(xí)是需要有挑戰(zhàn)的，輕松的學(xué)習(xí)是達(dá)不到好的學(xué)習(xí)效果的?；ぴO(shè)計(jì)競(jìng)賽對(duì)化工設(shè)計(jì)教學(xué)具有激活效應(yīng)，全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽就是這個(gè)挑戰(zhàn)環(huán)節(jié)，它給我們的知識(shí)鏈打上了牢固的結(jié)。全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽面向全國(guó)高等院?；I(yè)的學(xué)生，是國(guó)內(nèi)化工類級(jí)別最高、參賽隊(duì)伍最多、影響最大的比賽[3]。通過(guò)競(jìng)賽，學(xué)生不僅對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)綜合，而且鍛煉了工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)了其工藝設(shè)計(jì)理念，特別是在新工藝、新設(shè)備、節(jié)能降耗等方面的創(chuàng)新思維能力能對(duì)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、吃苦耐勞和堅(jiān)忍不拔的毅力培養(yǎng)方面起到積極作用。競(jìng)賽過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)團(tuán)隊(duì)面對(duì)一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，不斷爭(zhēng)辯討論、相互學(xué)習(xí)、修正改進(jìn)的一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，在這個(gè)實(shí)踐過(guò)程中，要釋放學(xué)生的創(chuàng)新潛力與活力，實(shí)現(xiàn)對(duì)化工設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的升華，強(qiáng)化工程意識(shí)和創(chuàng)新思維，使學(xué)生的專業(yè)綜合能力得到充分提升，是一種具有激活效應(yīng)的“以賽促教”教學(xué)模式。

四、MOOC在線課程的教學(xué)強(qiáng)化作用

2020年12月12日，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院研究員、著名作家周國(guó)平在中國(guó)教育三十人論壇中再次強(qiáng)調(diào)“一切教育的本質(zhì)都是自我教育，一切學(xué)習(xí)的本質(zhì)都是自我學(xué)習(xí)”，尤其體現(xiàn)在后疫情時(shí)期的MOOC在線課程。在線教育的發(fā)展凸顯自我教育、自我學(xué)習(xí)的重要性，這也是未來(lái)教育的顛覆性發(fā)展，一個(gè)大學(xué)生畢業(yè)后，決定他優(yōu)秀還是平庸最關(guān)鍵的就是他是不是具備自我教育、自主學(xué)習(xí)能力[4]。因此要在化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程中積極引入中國(guó)MOOC中的國(guó)家精品課程、優(yōu)質(zhì)課程，如化工設(shè)計(jì)、化工原理、化工單元操作、化工熱力學(xué)等。通過(guò)對(duì)教育形態(tài)進(jìn)行調(diào)整，可以更充分地發(fā)揮名校名師、優(yōu)質(zhì)教育資源的優(yōu)勢(shì)，減少部分線下教育者的教學(xué)水平和教學(xué)技能參差不齊的情況，尤其是像民辦高?；蚓€下教育資源困乏的地區(qū)。更重要的是，學(xué)生可以根據(jù)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握情況進(jìn)行自主規(guī)劃和在線學(xué)習(xí)，簡(jiǎn)單知識(shí)點(diǎn)快速瀏覽，難點(diǎn)內(nèi)容反復(fù)學(xué)習(xí)并自糾自查自考，這樣就將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交還給了學(xué)生，讓學(xué)生自己掌握自己的學(xué)習(xí)節(jié)奏。

MOOC在線課程同時(shí)也釋放了線下教師的時(shí)間和精力，使教師做好“靈魂工程師”“價(jià)值引領(lǐng)者”“成長(zhǎng)陪伴者”，幫助學(xué)生激發(fā)理想，樹立人生目標(biāo)，做“六有”大學(xué)生，保證每一個(gè)學(xué)生都獲得足夠的重視，實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)的融會(huì)貫通，全面提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

五、費(fèi)曼學(xué)習(xí)法在化工設(shè)計(jì)中的教學(xué)強(qiáng)化作用

根據(jù)理論物理學(xué)著名學(xué)者、諾貝爾獎(jiǎng)得主理查德·菲利普斯·費(fèi)曼（Richard Phillips Feynman）的學(xué)習(xí)法總結(jié)提出的學(xué)習(xí)金字塔[5]（如圖1所示）顯示，傳統(tǒng)的課堂講授學(xué)習(xí)內(nèi)容的平均留存率非常低，僅為5%。新近涌現(xiàn)出來(lái)的在線課程開發(fā)模式：大規(guī)模開放的在線課程MOOC并沒有從根本上擺脫現(xiàn)有的學(xué)習(xí)模式，學(xué)習(xí)內(nèi)容的平均留存率依然很低，閱讀及新媒體教學(xué)模式可以進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)效果，但是上述學(xué)習(xí)方式都屬于被動(dòng)學(xué)習(xí)，最高學(xué)習(xí)內(nèi)容平均留存率僅為30%。在討論、實(shí)踐和講授的主動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)習(xí)內(nèi)容的平均留存率一般在50%-90%，學(xué)習(xí)效果會(huì)顯著提高。

圖1 費(fèi)曼學(xué)習(xí)金字塔Fig.1 The pyramid of Feynman learning method

在化工設(shè)計(jì)教學(xué)中實(shí)踐費(fèi)曼學(xué)習(xí)方法，面對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，小組內(nèi)進(jìn)行討論并確定初步方案，再進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算與模擬的實(shí)踐過(guò)程，在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問題、修改方案，再進(jìn)行實(shí)踐。以競(jìng)賽項(xiàng)目為主線，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和參與式學(xué)習(xí)，迫使自己從更深的層次上去理解概念，簡(jiǎn)化觀點(diǎn)之間的關(guān)系及聯(lián)系，并在項(xiàng)目后期進(jìn)行初步傳授，以PPT展示講解的形式找到知識(shí)的邊界，遇到講不通、講不懂的地方，抓取這些點(diǎn)繼續(xù)深度理解。接下來(lái)整體回顧項(xiàng)目涉及的知識(shí)點(diǎn)、簡(jiǎn)化知識(shí)點(diǎn)。檢查消化吸收的內(nèi)容是否完全基于自己的理解，是否有拗口的地方，并進(jìn)行不斷修改。最后把前面零碎的知識(shí)點(diǎn)吃透，并按照自己的理解進(jìn)一步精煉、簡(jiǎn)化，形成內(nèi)容精煉、文字簡(jiǎn)單的思維導(dǎo)圖。形成一個(gè)吸收知識(shí)—自我強(qiáng)化—傳授他人的學(xué)習(xí)鏈。

六、以賽促教與競(jìng)賽育人協(xié)同提高學(xué)生就業(yè)能力

在學(xué)科競(jìng)賽過(guò)程中學(xué)校要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、匠心精神與實(shí)踐能力，使學(xué)科競(jìng)賽在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮更大作用，促進(jìn)學(xué)生提升就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力?！罢n程教育+實(shí)踐鍛煉+競(jìng)賽實(shí)戰(zhàn)”是大學(xué)生就業(yè)教育的新格局，全方位、多層次、精細(xì)化和立體化地構(gòu)建“課程+實(shí)踐+競(jìng)賽”的就業(yè)教育體系將使第一課堂和第二課堂協(xié)同聯(lián)動(dòng)，使就業(yè)教育貫穿在兩個(gè)課堂的始終。大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽這類競(jìng)賽載體側(cè)重鍛煉學(xué)生對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)能力、知識(shí)綜合運(yùn)用能力及創(chuàng)新能力。團(tuán)隊(duì)要從工程實(shí)際的角度去思考問題，選擇和設(shè)計(jì)合理的工藝條件及參數(shù)，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行的工程案例進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，形成一個(gè)完整的工藝流程。隨著化工過(guò)程的大型化和復(fù)雜化，當(dāng)今化工行業(yè)越來(lái)越注重學(xué)生化工設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，現(xiàn)代化設(shè)計(jì)軟件在化工設(shè)計(jì)工作中的占比越來(lái)越高，高效利用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行廠區(qū)設(shè)計(jì)、流程模擬、校核、衡算以及圖紙編繪等，可以很大程度上減少工作量，提升效率?；ぴO(shè)計(jì)競(jìng)賽使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)變?yōu)橹鲃?dòng)探索，將現(xiàn)有的基礎(chǔ)知識(shí)理論在競(jìng)賽實(shí)戰(zhàn)中得到綜合運(yùn)用，顯著提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與協(xié)作精神，在對(duì)系統(tǒng)化工過(guò)程的認(rèn)識(shí)方面、工程制圖的制圖技能和規(guī)范化程度上以及對(duì)化工類軟件的實(shí)操運(yùn)用上都有較大提升。通過(guò)參加多屆化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽，學(xué)生都普遍感受到化工軟件的熟練使用已成為化工設(shè)計(jì)行業(yè)必不可少的一項(xiàng)技能。在目前嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)之下，參加過(guò)化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽的學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和動(dòng)手能力都較為突出，這也成為學(xué)生找到理想工作的一種行之有效的方法。

七、后疫情時(shí)期化工設(shè)計(jì)課程從傳授知識(shí)到激蕩心靈的思政建設(shè)

為全面貫徹黨的教育方針，深入落實(shí)中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳《新時(shí)代學(xué)校思想政治理論課改革創(chuàng)新實(shí)施方案》，按照循序漸進(jìn)、螺旋上升的原則，化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程要在教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)層次、教學(xué)環(huán)節(jié)上步步融入德育內(nèi)容，把做人做事的基本道理、社會(huì)主義核心價(jià)值觀的要求、實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興的理想和責(zé)任等價(jià)值觀培育和塑造“基因式”地融入化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)過(guò)程中，潤(rùn)物無(wú)聲，立德樹人。

第一，在化工設(shè)計(jì)的課程定位和課程目標(biāo)中融入化工與化工設(shè)計(jì)對(duì)推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步的重要作用，“化工新則產(chǎn)業(yè)新，產(chǎn)業(yè)強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)”“全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都離不開能源科學(xué)、材料科學(xué)、生物材料等傳統(tǒng)化工領(lǐng)域，它是全球經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)”等，激發(fā)學(xué)生的行業(yè)自豪感。第二，結(jié)合突發(fā)性公共衛(wèi)生事件時(shí)期，化工企業(yè)為支援防疫工作，滿負(fù)荷生產(chǎn)防疫急需的醫(yī)療、消毒和防護(hù)用品及其原材料，滿足防疫需要。通過(guò)展示全行業(yè)對(duì)社會(huì)熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題的解決，增強(qiáng)學(xué)生的愛國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感。第三，從科技前沿展示化工相關(guān)的關(guān)鍵核心技術(shù)，如：茂金屬聚丙烯生產(chǎn)技術(shù)、第三代甲醇制烯烴技術(shù)、復(fù)合功能化車載玻璃、動(dòng)力電池快充等，從而堅(jiān)定學(xué)生的中國(guó)特色社會(huì)主義道路自信、文化自信，培育學(xué)生的科學(xué)精神、工匠精神等[6]。在專業(yè)課教學(xué)過(guò)程中常態(tài)化地融入思政元素，就像給課程加入催化劑一樣，激蕩心靈，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)動(dòng)力以及課堂氣氛等出現(xiàn)質(zhì)的變化。

八、結(jié)論

在“新工科”建設(shè)背景下，民辦高校應(yīng)以培養(yǎng)應(yīng)用型、技術(shù)技能型、創(chuàng)新型復(fù)合人才為轉(zhuǎn)型發(fā)展目標(biāo)。以化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程為例，為實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)型發(fā)展要求，化工設(shè)計(jì)實(shí)踐課程作為一門多學(xué)科交叉和融合的綜合性課程，工程實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大，其教學(xué)改革的探索與實(shí)踐具有典型性的示范作用?；ぴO(shè)計(jì)競(jìng)賽可以起到對(duì)化工設(shè)計(jì)教學(xué)的激活效應(yīng)，在競(jìng)賽的實(shí)踐過(guò)程中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力和活力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)課程內(nèi)容的系統(tǒng)升華。在課程學(xué)習(xí)和競(jìng)賽過(guò)程中引入費(fèi)曼學(xué)習(xí)法，起到強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)效率的作用，形成一個(gè)吸收知識(shí)—自我強(qiáng)化—傳授他人的學(xué)習(xí)鏈。并且強(qiáng)調(diào)了MOOC在線課程在教育形態(tài)調(diào)整中的優(yōu)質(zhì)教育資源優(yōu)勢(shì)以及MOOC在線課程實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自我學(xué)習(xí)、自我教育的學(xué)習(xí)自主權(quán)回歸?；ぴO(shè)計(jì)實(shí)踐課程能在教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)過(guò)程、教學(xué)層次、教學(xué)環(huán)節(jié)上步步融入思政元素，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)與價(jià)值塑造的融會(huì)貫通，全面提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。