工程教育認(rèn)證下的《化工設(shè)計(jì)》教學(xué)改革研究

徐梅松，盧佳麗

（貴州大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，貴州貴陽 550000）

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國高等教育從撥亂反正、整頓提高為主的模式邁向全面實(shí)施素質(zhì)教育的時(shí)代[1]。現(xiàn)在，中國特色社會主義進(jìn)入新時(shí)代，高等教育在新時(shí)期有新的挑戰(zhàn)。面對新挑戰(zhàn)，高等院校應(yīng)該合理進(jìn)行教育教學(xué)改革，制定合適的教學(xué)培養(yǎng)方案。工程教育專業(yè)認(rèn)證是以培養(yǎng)工科畢業(yè)生滿足行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為核心，以滿足畢業(yè)要求為導(dǎo)向的一種評價(jià)機(jī)制[2-4]。為滿足高等教育服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)的要求，多數(shù)高校通過工程教育專業(yè)認(rèn)證的培養(yǎng)模式進(jìn)行教學(xué)改革，提高了高等教育的教學(xué)質(zhì)量。該培養(yǎng)模式要求教育者制定的教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)要求相契合，授課過程中注重培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維理念。近年來，高校工科學(xué)生多，工科專業(yè)布點(diǎn)數(shù)廣泛。所以，工程教育培養(yǎng)模式無論是對于學(xué)生成長，還是對學(xué)科發(fā)展都發(fā)揮著重要的作用。但是，工程問題日益復(fù)雜，舊的教學(xué)機(jī)制已無法滿足工程認(rèn)證的要求[5-7]。

化工設(shè)計(jì)是化工類學(xué)生的專業(yè)必修課，是在完成基礎(chǔ)專業(yè)課（如化工原理、物理化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)工程等）的學(xué)習(xí)后，開設(shè)的一門相對較綜合的課程。該課程的特點(diǎn)是：理論與實(shí)際聯(lián)系十分緊密，涉及的知識面廣，工程實(shí)踐性強(qiáng)，體現(xiàn)為復(fù)雜性、綜合性和系統(tǒng)性。本課程學(xué)生需要掌握完整工藝流程的可行性分析，其中包括工藝路線的確定、物料衡算、能量衡算、流程圖的繪制、儀表流程圖、設(shè)備選型和經(jīng)濟(jì)核算等知識點(diǎn)?；ぴO(shè)計(jì)是將實(shí)驗(yàn)室的小試實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為工廠實(shí)際生產(chǎn)的重要體現(xiàn)[8-10]。為此，要探索更加合理的教學(xué)內(nèi)容，從而增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、創(chuàng)新性和思維性，這門課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力和工藝計(jì)算能力。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的主要問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容體系不夠完善

化工設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，引導(dǎo)學(xué)生將一個(gè)理論上能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。例如：從單元操作到管道布置；從前期原材料的來源到后期的產(chǎn)品及三廢的處理；從一套裝備的設(shè)計(jì)到化工廠選址等。這些過程都體現(xiàn)了把理論知識應(yīng)用到化工設(shè)計(jì)的實(shí)際工程中。但是，這門課程的學(xué)時(shí)有限，學(xué)生要掌握的內(nèi)容不僅多且復(fù)雜，很難系統(tǒng)地掌握。另一方面，在教學(xué)過程中，由于時(shí)間和地域的限制，教師不能面面俱到，只限于介紹書本的理論知識，無法與工程應(yīng)用聯(lián)系在一起，難以做到學(xué)以致用。

1.2 教學(xué)方法過于傳統(tǒng)

該門課程的教學(xué)方法，多數(shù)還是強(qiáng)調(diào)教師的主體作用，而以學(xué)生為中心、以實(shí)踐為中心的教法例如翻轉(zhuǎn)課堂、案例教學(xué)法等還未普及，學(xué)生大多是被動地接受和死記相關(guān)理論。其次，課堂上教學(xué)方式單調(diào)，往往采取的是板書和PPT相結(jié)合，沒有引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一些與課程知識相關(guān)的課題研究。課堂氛圍不活躍，學(xué)生的興趣和積極性較低。這種教學(xué)方法弊大于利，帶來的壞結(jié)果是學(xué)生喪失學(xué)習(xí)的動力，失去深入研究課題的激情，也極大削弱了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探索化工過程研究問題的興趣。另外，雖然學(xué)生能夠通過參加各類實(shí)習(xí)，例如認(rèn)識實(shí)習(xí)等，來增加對化工工藝流程、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)規(guī)范的理性認(rèn)識。但是由于學(xué)生在實(shí)習(xí)之前對工廠工藝流程、生產(chǎn)內(nèi)容等熟悉程度不夠，就不能夠在實(shí)習(xí)過程中有效思考并提出高質(zhì)量的問題，導(dǎo)致不能把在課堂上學(xué)到的理論與工廠實(shí)際工藝流程相結(jié)合。因此，如何加強(qiáng)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是迫切需要解決的問題。從化工設(shè)計(jì)這門課程的教學(xué)方式找突破口，制定持續(xù)改進(jìn)的課程內(nèi)容是重中之重。

1.3 考核方式單一

學(xué)生的成績評級以最后考試成績?yōu)橹?，通常采用期末一張?jiān)嚲頉Q定成績的考核方式，試題質(zhì)量和考試成績分析都達(dá)不到知識性命題和能力性命題相結(jié)合要求，嚴(yán)重影響了學(xué)生學(xué)習(xí)效果?？己朔绞教珕我桓緷M足不了化工設(shè)計(jì)課程的導(dǎo)向，對解決工程問題能力的提升效果不明顯。

2 化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)改進(jìn)

化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)承擔(dān)著化工學(xué)生向化工工作者轉(zhuǎn)變的重要使命，也是化工專業(yè)實(shí)現(xiàn)工程教育認(rèn)證的重要保障。教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)將是實(shí)現(xiàn)合格性認(rèn)證工程教育的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，這就要求教育者既要抓住主線，又要守住底線。以“理論結(jié)合實(shí)踐”為主旨在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生掌握更多的工程知識，與此同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，為企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

2.1 改革教學(xué)模式，提升教學(xué)效果

2.1.1 合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

“照本宣科”的授課模式基本上是遵循教材的編排模式進(jìn)行教學(xué)，教師沒有任何拓展，不與實(shí)際相結(jié)合，旨在完成課本內(nèi)容。這樣雖然能讓學(xué)生掌握課程的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，但限制了學(xué)生的專業(yè)視野和化工及相關(guān)學(xué)科知識面的延伸和拓展，無法激起學(xué)生學(xué)習(xí)的主動積極性。

在該門課的授課過程中，應(yīng)結(jié)合課程自身特點(diǎn)，把握化工設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，充分把工藝設(shè)計(jì)與理論相結(jié)合。傳授理論知識的同時(shí)，調(diào)動課堂氛圍，從工廠實(shí)例工藝出發(fā)，通過課上和課下的討論模式，激發(fā)學(xué)生對化工設(shè)計(jì)的興趣，間接培養(yǎng)學(xué)生的工程思維能力。

根據(jù)實(shí)際工程問題的解決思路，把教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新歸納和整理。例如：將化工設(shè)計(jì)課程的主要問題以“化工過程：原料→化學(xué)反應(yīng)過程→化工分離過程→產(chǎn)品”抽提成化工過程如何建廠、如何選擇工藝技術(shù)路線、能量的最優(yōu)化匹配等。教材是課程內(nèi)容的體現(xiàn)之一，改革后不再規(guī)定具體的某本教材，而是提供多本參考書、歷年化工學(xué)科競賽中自主開發(fā)原創(chuàng)性案例，編寫案例指導(dǎo)書、講義、教學(xué)課件等，將新知識、新理論、新技術(shù)和新工藝引入課堂教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生對化工學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)化工專業(yè)類學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和自主解決問題的能力。

2.1.2 “以教師為主體”轉(zhuǎn)變成“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的互動模式。

通過翻轉(zhuǎn)課堂，活躍課堂氛圍，使整個(gè)教學(xué)過程教師和學(xué)生互動起來。教師持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法和內(nèi)容，最大程度地發(fā)揮面向產(chǎn)出的效果。

教師引導(dǎo)學(xué)生梳理思路，構(gòu)建工藝流程體系。首先，教師應(yīng)該教學(xué)生利用中國知網(wǎng)、維普和Web of Science等網(wǎng)站進(jìn)行查閱和下載文獻(xiàn)。另外，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)工藝流程的化工國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并對文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀、整理和分析，以學(xué)習(xí)小組的形式分享文獻(xiàn)調(diào)研。老師考察的方式主要是以學(xué)習(xí)報(bào)告或PPT宣講等形式匯報(bào)。最后，評價(jià)方式通過三方點(diǎn)評：老師評，同學(xué)評和自評。整個(gè)過程都以學(xué)生為中心，老師只起到主導(dǎo)的作用，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。

2.2 改進(jìn)課程的考核模式

化工設(shè)計(jì)具有綜合性極強(qiáng)的特點(diǎn)，若單單以期末考試的形式考核，學(xué)生全面掌握課程知識能力體現(xiàn)不出來，同時(shí)不能公平公正反映學(xué)生的成績。工程教育認(rèn)證的要求是課程目標(biāo)和畢業(yè)要求相呼應(yīng)，為此制定詳細(xì)的課程目標(biāo)（表1），提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，達(dá)到畢業(yè)要求的指標(biāo)點(diǎn)。為提高面向產(chǎn)出效果，開展多種形式的考核模式。把化工設(shè)計(jì)單一的考核模式改為由文獻(xiàn)調(diào)研分享會（10%）、大作業(yè)（30%）、期中考核（15%）、小作業(yè)（15%）和期末考試（30%）五部分組成。同時(shí)，每個(gè)部分都要進(jìn)一步細(xì)化，任課教師及時(shí)跟蹤學(xué)生的反饋信息，并注重過程的考核。具體細(xì)化考核如表2所示。

表1 化工設(shè)計(jì)課程目標(biāo)

表2 課程目標(biāo)、考核方式及細(xì)化考核

3 改革效果與存在的問題

化工設(shè)計(jì)教學(xué)課程需要持續(xù)改進(jìn)，形成閉環(huán)。學(xué)生對化工項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)，弄清基本的設(shè)計(jì)思路，應(yīng)用相關(guān)化工軟件解決實(shí)際工程問題。近幾年，為了更好地使化工設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)踐得到補(bǔ)充和加強(qiáng)，將設(shè)計(jì)競賽的題目引入該門課程的考核，激勵(lì)學(xué)生主動參加各種設(shè)計(jì)大賽。另外，參賽團(tuán)隊(duì)的作品可作為該門課程大作業(yè)的考核，無需單獨(dú)準(zhǔn)備，不光為學(xué)生節(jié)約時(shí)間還提高了作業(yè)的質(zhì)量。這樣改革的目的是鍛煉化工專業(yè)學(xué)生的綜合能力，體現(xiàn)“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的教學(xué)方法。正是該門課程教學(xué)改革的進(jìn)行，增加了學(xué)生對設(shè)計(jì)的好奇和興趣，近幾年競賽成績突出，無不顯示了學(xué)生對設(shè)計(jì)的追求和挑戰(zhàn)。

但是化工設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革，極大增加了學(xué)生的工作量，要想完成一份較好的設(shè)計(jì)，學(xué)生只能利用課余時(shí)間，即使教學(xué)計(jì)劃中安排的有教學(xué)時(shí)間，也是杯水車薪。鑒于化工設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學(xué)生開放式思維和實(shí)際工作能力所能發(fā)揮的巨大作用，怎樣為這一環(huán)節(jié)安排更多一點(diǎn)時(shí)間，確實(shí)是個(gè)值得考慮的問題。

4 結(jié)語

化工設(shè)計(jì)是一門以豐富的理論基礎(chǔ)為依托、與實(shí)踐緊密聯(lián)系的課程。以工程教育認(rèn)證的要求為準(zhǔn)繩，根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)例的開展步驟和思路，重新歸納教學(xué)模塊，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)代模擬軟件技術(shù)，把化工競賽和項(xiàng)目設(shè)計(jì)引入課程內(nèi)容，將理論和實(shí)踐有效結(jié)合，改革考核方式，提升學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。