化工設(shè)計(jì)課程群的探索實(shí)踐

魏學(xué)嶺　潘夢(mèng)　霍朝飛　石志盛

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)，化工專業(yè)面臨的挑戰(zhàn)空前嚴(yán)峻，亟須進(jìn)行優(yōu)化完善，創(chuàng)新推進(jìn)新工科教育。化工設(shè)計(jì)作為化工專業(yè)學(xué)生的必修課程，是把化工項(xiàng)目從實(shí)驗(yàn)室搬至化工現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)中間重要環(huán)節(jié)，存在著課程內(nèi)容繁雜、教學(xué)方法單一、課程考核方式與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)不對(duì)等等問(wèn)題。為此，本課程團(tuán)隊(duì)基于OBE理念，著手于化工設(shè)計(jì)課程群的整體觀建立、新型教學(xué)方法的運(yùn)用、考核方式的重構(gòu)等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究和綜合實(shí)踐。通過(guò)課程體系和教學(xué)模式的調(diào)整，建立了一種集工程思維、工程設(shè)計(jì)與操作、綜合能力培養(yǎng)為一體的化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式，確保教學(xué)質(zhì)量顯著提高。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)計(jì)課程群；新工科；OBE教育理念；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2023）04-0108-03

OBE教育理念看中的是學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得更多的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而不是先前學(xué)習(xí)的累計(jì)。因此尋求并設(shè)計(jì)適宜的教育活動(dòng)來(lái)保證學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得更多的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)顯得格外重要[1]。根據(jù)OBE教育理念，每個(gè)工程專業(yè)都需要根據(jù)世界科技發(fā)展方向、國(guó)家落后領(lǐng)域、企業(yè)需求等來(lái)確定專業(yè)的培養(yǎng)理念和方案。

當(dāng)前，我國(guó)工程教育的外部環(huán)境正在快速發(fā)生變化，國(guó)際上正在推動(dòng)發(fā)展新經(jīng)濟(jì)，世界范圍內(nèi)在搶占產(chǎn)業(yè)和科技革命的制高點(diǎn)，而國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)也正處在新舊更替的關(guān)鍵時(shí)期。為了推動(dòng)高校加快培養(yǎng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)需求、引領(lǐng)未來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)卓越工程技術(shù)人才，為我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)提供智力支持和人才保障，自2017年2月以來(lái)，教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”“新工科三部曲”的出現(xiàn)表明我國(guó)已經(jīng)步入科教融合協(xié)同的新工科教育行列，開(kāi)啟了新中國(guó)模式工程教育的新大門(mén)，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，為建成國(guó)際一流特色高水平工科鋪平道路。2019年4月，“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0啟動(dòng)大會(huì)以新工科建設(shè)為龍頭，全面推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，全力探究實(shí)施工程教育的中國(guó)模式、全面積累新工科建設(shè)的中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，全力支持建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)。新工科教育并非傳統(tǒng)工科的替代版，而是卓越教育的升級(jí)版，是對(duì)我國(guó)當(dāng)前工程教育存在問(wèn)題的全面反思，是工程教育對(duì)工程活動(dòng)“新業(yè)態(tài)”的全面回應(yīng)，是面向未來(lái)的、切實(shí)可行的“國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)”的落實(shí)路徑和創(chuàng)新舉措[2]。與此同時(shí)，新工科教育也為OBE教育理念確定了培養(yǎng)目標(biāo)。

化工學(xué)科是傳統(tǒng)的工科，但在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天也面臨這前所未有的挑戰(zhàn)。首先，目前全世界化工類產(chǎn)業(yè)正面臨著前所未有的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，將有一大批創(chuàng)新技術(shù)的突破，隨之將誕生新興產(chǎn)業(yè)，而我國(guó)的化工產(chǎn)業(yè)與世界化工強(qiáng)國(guó)相比還有一定差距，我國(guó)必須加快創(chuàng)新人才培養(yǎng)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大膽擁抱終端市場(chǎng)，向高端產(chǎn)業(yè)鏈邁進(jìn)。其次，新經(jīng)濟(jì)背景下，知識(shí)爆炸，化工領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，并與相關(guān)領(lǐng)域和技術(shù)（如生物技術(shù)、能源技術(shù)、新材料技術(shù)、信息技術(shù)、基因工程等）進(jìn)一步交叉融合，化工類專業(yè)必須重視“交叉與融合的創(chuàng)新型”人才培養(yǎng)。此外，世界各國(guó)共同面臨資源短缺、能源緊張、環(huán)境污染、氣候變化等難題，而要解決這些問(wèn)題，必然需要化工專業(yè)人才貢獻(xiàn)智慧和力量?？傊?，無(wú)論從目前化工類專業(yè)人才與“產(chǎn)業(yè)需求”的差距來(lái)看，還是從化工類專業(yè)的特點(diǎn)及“技術(shù)發(fā)展”的趨勢(shì)分析，當(dāng)前傳統(tǒng)的化工類專業(yè)教育必須進(jìn)行“升級(jí)改造”，努力推進(jìn)新工科教育[3]，使培養(yǎng)的學(xué)生不僅在本專業(yè)上學(xué)業(yè)精深，具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而且還應(yīng)具有學(xué)科交叉融合的特征，懂得經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和管理，兼具良好的人文素養(yǎng)。

化工設(shè)計(jì)課程是化工專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課，是把化工項(xiàng)目從實(shí)驗(yàn)室搬至化工現(xiàn)場(chǎng)的一個(gè)中間環(huán)節(jié)[4]，學(xué)生可在化工設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)操作步驟和如何應(yīng)對(duì)突發(fā)問(wèn)題，從而進(jìn)一步讓學(xué)生掌握課程外的知識(shí)，培養(yǎng)其強(qiáng)大的心理素質(zhì)，并使學(xué)生具備分析和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力、正確的設(shè)計(jì)思想和化學(xué)工程師的基本素質(zhì)。隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求量不斷增大，對(duì)學(xué)生的化工設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力和分析解決問(wèn)題的能力要求更高。因此在化工設(shè)計(jì)教學(xué)中，可以增加更具有創(chuàng)新型的題目以及實(shí)際工廠中所能遇到的問(wèn)題作為題目考查學(xué)生，以及平時(shí)多向?qū)W生提問(wèn)題，讓他們積極的思考來(lái)鍛煉其分析解決問(wèn)題的能力。

1 化工設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問(wèn)題

化工設(shè)計(jì)具有理論實(shí)踐相結(jié)合、知識(shí)點(diǎn)零散且復(fù)雜、動(dòng)手能力強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)十分困難，動(dòng)手做設(shè)計(jì)時(shí)不能充分地將理論應(yīng)用于實(shí)際中。故當(dāng)前化工設(shè)計(jì)教學(xué)中主要存在以下幾方面的問(wèn)題：

1.1 課程內(nèi)容繁雜，難以系統(tǒng)掌握及運(yùn)用

化工設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性課程，不僅要求學(xué)生具備物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)[5]、化工機(jī)械設(shè)備知識(shí)等專業(yè)課程知識(shí)，還要具備計(jì)算機(jī)繪圖和設(shè)計(jì)處理能力。學(xué)校開(kāi)設(shè)了CAD繪圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和計(jì)算機(jī)編程課程，但由于學(xué)生對(duì)這些課程的不重視，使的他們?nèi)狈@些能力，導(dǎo)致平時(shí)的教學(xué)效率低下，學(xué)生不能綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課程知識(shí)來(lái)分析解決化工設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的問(wèn)題。同時(shí)，化工設(shè)計(jì)涉及較多的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但由于教師課時(shí)有限，也使得在介紹如何查詢及使用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范時(shí)，學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)全面掌握化工設(shè)計(jì)方法[5]。

1.2 教學(xué)方法單一，實(shí)踐教學(xué)缺乏

當(dāng)前的化工設(shè)計(jì)類課程以課堂傳授灌輸為主，使的學(xué)生在課堂上的互動(dòng)性不高并且缺乏自主探究、交流合作的機(jī)會(huì)，最終無(wú)法激發(fā)學(xué)生的興趣和主動(dòng)性，教師過(guò)于單一的教學(xué)方法以及學(xué)生在學(xué)習(xí)方面機(jī)械化的照搬也使得學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵制，從而使學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)的積極性。最終導(dǎo)致學(xué)生不能夠熟練地掌握化工設(shè)計(jì)知識(shí)，更不能綜合運(yùn)用化工專業(yè)知識(shí)。為此，化工設(shè)計(jì)理論教學(xué)需與工廠實(shí)際教學(xué)相結(jié)合，帶領(lǐng)學(xué)生親身感受并學(xué)習(xí)一下工廠運(yùn)行過(guò)程，從而激起學(xué)生對(duì)化工設(shè)計(jì)課程的興趣。

1.3 課程考核方式與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)不對(duì)等

化工設(shè)計(jì)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，目前課程考核仍然局限于單一的非開(kāi)放性閉卷考試方式，很難提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)實(shí)踐類知識(shí)與技能的掌握程度[5]，不利于培養(yǎng)工程教育導(dǎo)向的應(yīng)用型人才培養(yǎng)[7]。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中應(yīng)該引入新的人才培養(yǎng)模式和課程考核模式為指導(dǎo)，教師在評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)效果時(shí)，應(yīng)該也需考慮學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合實(shí)踐能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。因此，為了工程教育OBE理念培養(yǎng)的要求，全面客觀地評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，建立科學(xué)的、合適的實(shí)驗(yàn)考核方法，顯得非常必要。

2 化工設(shè)計(jì)課程群建設(shè)

針對(duì)化工設(shè)計(jì)教學(xué)中的問(wèn)題，本專業(yè)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的工程教育人才OBE培養(yǎng)理念，結(jié)合我校的辦學(xué)定位，以面向工程教育的人才需求為目標(biāo)，構(gòu)建能適應(yīng)新形勢(shì)下化工專業(yè)工程教育要求的“化工設(shè)計(jì)”課程群。通過(guò)引入化工設(shè)計(jì)課程群的理念，以信息化教學(xué)、虛擬仿真和工程實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，并著重以產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)過(guò)程監(jiān)控為主導(dǎo)的教學(xué)考核方式，實(shí)現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)的需求。其過(guò)程實(shí)施方式如圖1所示。

2.1 一體化化工設(shè)計(jì)課程群的構(gòu)建

化工設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合性課程，不僅包含多門(mén)專業(yè)課程和輔助課程的知識(shí)內(nèi)容，而且涉及較多的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。學(xué)生難以在短時(shí)間內(nèi)將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，綜合運(yùn)用，并全面掌握化工設(shè)計(jì)方法。因此，如何將多個(gè)知識(shí)點(diǎn)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等碎片化的內(nèi)容整合在一起，形成關(guān)聯(lián)緊密的教學(xué)體系進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其動(dòng)手能力是化工設(shè)計(jì)課程建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)。以“化工設(shè)計(jì)”為中心，將相關(guān)課程交叉融合在一個(gè)課程群內(nèi)，讓學(xué)生在理解知識(shí)的途中，可以根據(jù)課程群中的其他課程知識(shí)去解釋并理解另一個(gè)課程知識(shí)，從而使學(xué)生更全面的系統(tǒng)的掌握和應(yīng)用知識(shí)。增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程群，可以提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)操作能力，帶動(dòng)整個(gè)教學(xué)水平的提升?；ぴO(shè)計(jì)課程群的設(shè)計(jì)可以根據(jù)學(xué)科的知識(shí)構(gòu)架、學(xué)生的興趣導(dǎo)向、學(xué)生的未來(lái)就業(yè)選擇出發(fā)進(jìn)行構(gòu)建，在化工設(shè)計(jì)課程的基礎(chǔ)上，融合有相通之處的課程，形成層次遞進(jìn)的課程群體系。

2.2 新型教學(xué)方法的運(yùn)用

現(xiàn)代化教學(xué)方法的運(yùn)用，不僅用來(lái)傳遞教學(xué)內(nèi)容，而且還會(huì)改變傳統(tǒng)的教與學(xué)的方法，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生深入地思考。為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，課程群建設(shè)除采用雨課堂、學(xué)習(xí)通等先進(jìn)教學(xué)方法外，擬構(gòu)建“線上線下、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課外實(shí)踐”的全過(guò)程、全方位、一體化的教學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和動(dòng)手能力。

首先，依托學(xué)院教學(xué)中心虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，能積極利用大數(shù)據(jù)中的知識(shí)和資源數(shù)據(jù)以及企業(yè)的開(kāi)發(fā)實(shí)力和支持服務(wù)能力，使學(xué)生身臨其境的模擬實(shí)驗(yàn)的操作流程，增加課堂趣味性，從而最大限度地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力以及解決問(wèn)題的能力。由于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有擴(kuò)展性、兼容性、前瞻性，故可通過(guò)共享更廣范圍內(nèi)的教學(xué)資源來(lái)提高學(xué)生的課內(nèi)外知識(shí)并培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在它的協(xié)助下，使學(xué)生更廣闊更深層的了解化工，激發(fā)學(xué)生對(duì)化工生產(chǎn)工藝的興趣，提升新時(shí)代大學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力，從而達(dá)到理論教學(xué)難以實(shí)現(xiàn)的效果。

其次，鼓勵(lì)校外專家進(jìn)課堂、專家座談會(huì)及老師走入企業(yè)的教學(xué)模式。該模式可以針對(duì)學(xué)生的薄弱之處進(jìn)行分析與講解，來(lái)強(qiáng)化并擴(kuò)展學(xué)生的工程思維，也可以加快產(chǎn)教融合，提高學(xué)生對(duì)接市場(chǎng)的能力。老師走入企業(yè)可使老師進(jìn)一步全面的了解目前工廠各生產(chǎn)系統(tǒng)和最近化工行業(yè)產(chǎn)品趨勢(shì)，校外專家進(jìn)課堂、專家座談會(huì)使學(xué)生了解到現(xiàn)代工廠生產(chǎn)的復(fù)雜化、數(shù)字化、一體化。師生共同提升使的在課堂上有更多的交流空間，從而提高課堂互動(dòng)率，提升學(xué)生的接收能力和學(xué)習(xí)效率。對(duì)一些比較復(fù)雜、晦澀難懂的課程內(nèi)容也可以通過(guò)專家進(jìn)課堂、專家座談會(huì)來(lái)講解，學(xué)生便可以綜合多位老師的講解更深刻地掌握這些課程內(nèi)容，極大程度地提高了教學(xué)效果。

最后，依托化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽，推進(jìn)“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促育”的教學(xué)改革，通過(guò)競(jìng)賽過(guò)程可以促進(jìn)師生深入交流，讓學(xué)生掌握在課堂學(xué)不到的各種技術(shù)和能力，實(shí)現(xiàn)由大學(xué)生向工程師的角色轉(zhuǎn)變。設(shè)計(jì)競(jìng)賽可以促進(jìn)教學(xué)改革，因?yàn)楦?jìng)賽對(duì)高校教師的教學(xué)實(shí)踐能力能夠起到全面深化的作用，明顯提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，從而與現(xiàn)代教育接軌，為國(guó)家企業(yè)培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新型人才。融入學(xué)科競(jìng)賽的新教學(xué)模式，將會(huì)不斷增強(qiáng)新工科學(xué)生的提出分析解決問(wèn)題能力、創(chuàng)新思維能力、獨(dú)立思考能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等，成為新工科改革、教學(xué)改革的鋪路石。

2.3 考核方式改革

化工設(shè)計(jì)的成績(jī)通常由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、期末考試組成。除了課堂表現(xiàn)，其他方面的考核都不能充分反映學(xué)生的工程實(shí)踐能力和對(duì)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)。為實(shí)現(xiàn)新工科建設(shè)的新要求，我們提出“產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新+設(shè)計(jì)過(guò)程監(jiān)控+結(jié)果審核”三位一體的考核方式。（1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新：給予學(xué)生不同考核題目，讓學(xué)生大膽創(chuàng)新。（2）設(shè)計(jì)過(guò)程監(jiān)控：對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行全程監(jiān)管。（3）設(shè)計(jì)結(jié)果審核：學(xué)生完成設(shè)計(jì)后，教師結(jié)合學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中臨場(chǎng)分析處理問(wèn)題及數(shù)據(jù)分析處理的能力對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行審核。設(shè)計(jì)合理，數(shù)據(jù)處理恰當(dāng)，內(nèi)容豐富，學(xué)生考核通過(guò)；設(shè)計(jì)內(nèi)容不合理，數(shù)據(jù)處理不恰當(dāng)，內(nèi)容單一，考核不通過(guò)，安排學(xué)生重新設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

為了使學(xué)生較快適應(yīng)新的教育方式，幫助其較好地掌握并拓展化工設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)，并針對(duì)工程教育的人才知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力的市場(chǎng)需求，課程團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)著手于化工設(shè)計(jì)課程群的整體觀建立、新型教學(xué)方法的運(yùn)用、考核方式的重構(gòu)等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究和綜合實(shí)踐。通過(guò)課程體系和教學(xué)模式的調(diào)整，建立了一種集工程思維、工程設(shè)計(jì)與操作、綜合能力培養(yǎng)為一體的化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式，確保教學(xué)質(zhì)量的顯著提高，為化工專業(yè)工程教育的課程改革提供一種新思路。

——————————

參考文獻(xiàn)：

〔1〕巨曉潔，夏有強(qiáng)，李德富，等.新工科背景下基于OBE理念的化工復(fù)合型人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實(shí)踐[J].化工高等教育，2021，38（04）：27-30.

〔2〕劉新風(fēng).“新工科”內(nèi)涵解讀與前景分析[J].招生考試通訊（高考版），2021，39（03）：60-61.

〔3〕李貞玉，戴博雅，史豐煒，等.新工科背景下地方高?；ゎ愐涣鲗I(yè)建設(shè)路徑與實(shí)踐[J].創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐，2021，4（11）：13-15.

〔4〕譚亞南.新工科背景下“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)設(shè)計(jì)與改革實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2021，13（31）：72-75.

〔5〕王春花.新工科背景下化工設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革探索[J].化工高等教育，2019，36（04）：57-59+100.

〔6〕郭玉華，呂春燕，王坤燕，等.新工科背景下材料化學(xué)專業(yè)“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，43（02）：94-98.

〔7〕曹春梅，徐麗，張亞濤，等.新工科背景下化工設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)軟件的教學(xué)改革[J].河南化工，2021，38（08）：62-64.

收稿日期：2023-01-22

基金項(xiàng)目：安徽省教學(xué)示范課（2020SJJXSFK0348）；安徽省線上線下混合式和社會(huì)實(shí)踐課程（2020xsxxkc070）；安徽省教學(xué)示范課（2020SJJXSFK0328）