基于应用型人才培养的化工设计课程教学改革

赵永华 周艳军 齐 平 王 欢

辽宁工业大学化学与环境工程学院 辽宁锦州 121001

应用型人才是指能将所学到的专业知识和技能应用于所从事的专业社会实践，熟练掌握社会生产或社会活动一线的基础知识和基本技能，主要从事一线生产工作的技术人才或专业人才[1]。面对日益严峻的就业形势，传统工科类本科院校的人才培养模式逐渐向应用型人才培养转变，从而更好地满足现代社会对人才的需求。强化以应用型人才培养为导向的本科教育模式，其要旨就是强化培养学生的实践工程能力。2016年，李克强总理在高等教育改革创新座谈会上强调要注重增强学生实践能力，培育工匠精神，践行知行合一，多为学生提供动手机会，提高解决实际问题的能力[2]。化工设计作为化学工程与工艺专业的一门主干课程，是对前期所学化工原理、物理化学、化学反应工程等基础理论课程的一个综合应用，具有综合性、实用性和工程性等特点，就是要培养学生综合运用所学理论知识分析和解决实际工程问题的能力，增强学生的工程意识，使学生具备化学工程师的基本素质[3,4]。可以说一个学生化工设计能力水平的高低标志着其实际应用能力培养的成功与否[5,6]。为了更好地发挥化工设计课程对培养应用型人才的作用，提高学生对所学知识的实际应用能力，在化工设计教学过程中我们进行了如下的探索与尝试，取得了较好的教学效果。

1 改革教学模式

“教师主动地教、学生被动地学”的陈旧教学模式不利于培养学生的实际动手应用能力和创新意识。2016年，李克强总理在考察清华大学、北京大学时提到“注重培养学生创新特别是原始创新意识，开展启发式、讨论式、探究式教学，激发他们丰富的想象力”[7]。为了更好地培养学生的应用及创新能力，在化工设计教学过程中实施案例启发式教学。以案例教学为手段，建立以学生“应用”为主，教师“引导”为辅的教学模式。具体实施过程如下。

1.1 明确课程要求

为了很好地进行化工设计课程“教”与“学”，在开课第一时间以书面及讲解形式告知学生本课程性质、内容、目的、目标、考核标准、课堂要求、教学方法和进度安排等，使每位学生了解本课程的教学情况及相关要求量化细则，做到心中有数，以便教学过程的实施，激发学生学习主动性。

1.2 案例启发式教学 引导学生实践“应用”

以典型案例为切入点，强化设计规范。建立以学生“应用”为主，教师“引导”为辅的教学模式，并在项目设计中进一步熟悉化工设计过程。

在课堂教学中通过学生感兴趣的案例，例如煤制甲醇(该案例在上课前就通知到学生，使学生对该案例有所了解)，在课堂上要引导学生思考需要在哪建厂？应该选择什么样的工艺？特别是环保一定要重视，在确定“三废”的处理措施时要做到“三废”治理工艺与主产品工艺同时设计、同时施工、同时投产运行的“三同时”。通过煤制甲醇建厂的具体案例，使学生对化工设计过程产生兴趣，同时启发并引导学生理解化工设计过程及各个设计规范。通过讨论、提问等环节引导学生进行积极的思维，让学生在思考中自主学习设计过程及设计规范，在此期间教师引导学生做好总结，引领学生把该设计过程和设计规范应用到各自的设计项目中，使学生能将理论与实践有机结合，更好地领悟化工设计过程。

建立教学案例资源库(包括煤制甲醇、煤制油、环己酮的生产、丙烯腈的生产等20多项)，以便更好地实施案例启发式教学，为教师及学生学习使用提供方便；建立项目设计题目库(针对教学案例建立相应的设计题目40多项)，针对不同基础的学生选择不同的设计题目，可以使不同的学生都能够顺利完成项目设计，能够很好地把化工设计规范应用于实践中。

1.3 强化计算机辅助设计的应用

在目前的化工设计行业中，计算机的应用几乎贯穿化工工艺开发和设计的全过程，计算机软件辅助化工设计已成为基本的手段。对物料衡算和热量衡算部分，不在基本原理及解题方法上花费大量的时间，不再要求学生用常规的徒手计算物料及能量衡算结果，而是要求学习利用化工流程模拟软件Aspen Plus对整个工艺流程进行模拟，给出物料和能量结果，并对操作条件做出优化。对于设计过程中所涉及的图纸的绘制，也不再要求学生尺规作图，而是要求学生利用AutoCAD绘制工艺流程图(PFD和PID)、车间布置图和全厂总图(如图1和图2所示)。同时，鼓励有能力的学生用CADWorx软件做三维配管等设计(如图3所示)。同时在设备设计过程中，要求学生利用CUP-Tower软件对塔进行设计(如图4所示)，利用HTFS软件对换热器进行设计。由于相关的基本原理在前期理论课程的学习中已经掌握，所以学生对于任何一款设计软件的学习都不会困难，很容易就能接受。计算机软件的应用使原本枯燥的计算及绘图过程变得更加有趣，这不仅增加了学生的学习兴趣，还大大加快了设计的进度。

图1 AutoCAD绘制的工艺流程图

图2 AutoCAD绘制的全厂总图

图3 CADworx绘制的三维图

图4 由CUP-Tower得到的塔板负荷性能图

2 改革考核模式

为了加强对学生的日常学习管理，强化学生的实际动手能力，在设计过程中严格遵守设计规范，培养工程意识、工程设计、工程计算、工程理论运用等工程素质，建立“平时课堂量化考核+阶段性考核+项目设计”的多样化考核模式。具体过程如下。

2.1 实施平时量化考核 培养学生自主学习能力

为更好地督促学生课堂投入，加强学生课堂及平时学习，促使学生积极认真地参与课堂教学并使之成为教学主体，培养学生自主学习能力，鼓励学生课下查阅文献资料，课上积极思考，对主动回答问题以及在课堂讨论环节踊跃发言的学生给予一定加分奖励，这使学生的主体作用得以充分发挥，调动了他们学习积极性。

2.2 实施阶段性考核 强化学生应用能力 更好领悟化工设计过程

根据化工设计课程实践性、工程性强以及设计规定多的特点，提出以学生为主体增设阶段性考核环节。学生3～4人一组，要求每组学生针对学完的设计内容(厂址选择、方案论证、物料衡算、热量衡算、设备选型及计算、管道布置、车间及厂房布置等)结合已给题目进行阶段性设计，同学之间要相互配合，共同完成。这种考核方式可以使学生更好地领悟化工设计过程，强化设计规范的应用，提高了学生动手操作和实践能力，同时培养了团结协作能力，使学生的课外科技活动更加丰富。

2.3 进行项目设计考核 激发学习兴趣 拓展学生知识 培养工程意识和能力

对于具有较强工程性和实践性的化工设计课程，不适用笔试来评价学生与教师“学”和“教”的效果，而项目设计的完成可以很好地评价学生分析、解决工程问题能力和工程计算能力，并能很好地培养学生动手实践能力、创新意识和工程意识。鉴于此，在阶段性任务完成的基础上，要求每组学生提交一份完整的项目设计初步说明书，并由教研室教师组成答辩组对每组学生所提交的项目设计进行答辩。这更合理地考查了学生对化工设计的掌握程度以及学生的工程意识和能力。

3 实践效果

3.1 增强了学生的自信心

前期专业课的教学内容偏重理论，个别学生学起来较吃力，产生了自己不适合学化工专业的消极想法。而化工设计这门课程并没有深奥的理论、繁杂的公式，只是对所学理论知识的实际运用，因此对于大多数学生而言，学好化工设计并非是难以完成的。由于学生的前期学习基础存在差异，专业理论知识掌握程度不尽相同，每个学生又各自具有不同特点，在项目的设计及选择上，针对不同的学生选择不同难度及类型的设计题目，使每个学生都能够经过自身的努力顺利完成项目设计内容。同时，在讨论环节中，教师在指出问题的同时多表扬学生、肯定学生的成绩，尽可能多给予学生肯定性评价，这极大地增加了学生对于化工设计课程学习的自信心。由于我们选择的题目都是来自于实际生产，学生对将来的就业方向也有了大致的了解，对化工专业在社会上的地位有了一定的认识，这也大大加强了学生的自信心。

3.2 激发了学生的学习兴趣和主动性

由于课堂讨论环节的设置，学生会自主查阅相关资料，给学生提供了一个相互交流的平台，通过精心设计讨论题目，有效引导学生积极思考，从而使学生通过学习更好地掌握了化工设计过程，学生的学习兴趣和主动性也大大增加。

3.3 实际应用能力大大加强

案例启发式教学模式和项目设计考核方式的引入，真正实现了从“要我学”到“我要学”的转变，学生动手操作环节大大增加，将原来所学习的理论知识付诸实际应用中。通过项目设计，学生能够根据一个化学反应或生产过程设计出合理、先进、可靠的生产工艺流程，并根据该工艺过程对生产设备、管道及仪表等进行合理的选择，同时对厂区及车间进行合理的布置设计，从而满足生产过程的需要。经过这样的实际动手设计过程，学生的实际应用能力得到了极大的锻炼。

3.4 创新意识得到了培养

教学的主体是学生，教师作为课堂教学的组织者，要积极引导学生思考，而不是把自己的想法或现成的理论强加给学生。化工设计是一项全面而系统的探索过程。通过化工设计的规范训练，能够使学生了解工艺或者工程创新的过程和方法，了解实际化工设计过程的流程和发现工程生产中的问题，并能够对其进行分析和解决。通过案例启发式教学，让学生自己发现问题，启迪学生形成开放式思维的习惯，同一个问题可以通过不同的途径实现，培养学生的创新意识，提高学生解决实际问题的能力。

3.5 团队合作意识得到了提高

学生3～4人为一组共同完成阶段性考核，这要求学生共同查阅相关资料，相互之间要共同探讨、协作，真正做到通力合作才能很好地完成规定的设计任务，这极大地提高了学生互相合作的团队精神。

4 结语

实践表明，案例启发式教学模式和“平时课堂量化考核+阶段性考核+项目设计的多样化考核”模式有效锤炼了化学工程与工艺专业学生的专业素养，更好地掌握了化工设计过程，同时强化了专业基础理论知识的运用，显著增强了学生的工程实践和创新能力，教学效果也有了明显提高。