用虚拟仿真软件培训高分子材料与工程专业设计类课程指导教师的初步探索

郑耀臣，高正国，张月蓉

(烟台大学 化学化工学院，山东 烟台 264005)

以学生为中心是工程教育专业认证的核心理念之一，设计类课程是工程教育专业认证的一个重要内容，对于培养学生的沟通能力、协作精神、表达和思辨能力，以及综合运用所学知识解决复杂问题的能力等都具有重要意义。在教学过程中，指导教师的水平和素质对学生能力提升的作用至关重要。现在的年青教师具有高学历，甚至还拥有海外学习、工作经历，但是他们取得学位后直接应聘到高校从事科研、教学工作，没有相关工程设计的从业经历、工程实践经验缺乏。对于年青教师来说，培养方案规定的设计类课程无人愿讲、无人能讲，更不愿意指导本专业的课程设计和毕业设计。造成了设计类课程指导教师严重短缺，甚至不少学校的工科专业已出现了“去设计”的“理科化”人才培养趋势，明显影响了工科学生的培养质量。

针对青年教师缺乏工程实践经验的现状，国家层面已经推出了一系列解决方案，如推行青年教师业务能力提升计划、聘任企业教授、双师型教师等措施。但是，对于社会资源贫乏或教师不能找到对口合作企业的学校来说，实施这些利好政策的难度很大，学生和教师的培养效果大大折扣。本文结合近年来的教学实践，分享一下采用大型仿真软件提升设计类课程青年教师的教学水平的几点体会。

1 设计类课程师资缺乏的原因

设计类课程师资的缺乏已经成为制约学生设计能力和工程思维培养效果的一个瓶颈问题。造成此现状的原因主要有以下几点：(1)经过系统训练、能承担项目的设计类人才经过了多年经验积累，还掌握了与设计相关的多学科知识，年薪高、待遇好，这些最合适的设计人才应聘到学校任教的积极性和可能性不大；(2)具有博士学位是青年教师应聘教学科研岗位的基本要求，在青年博士的成长、成才过程中，他们更多的精力用在做科学研究、发表高水平研究论文方面，没有机会参与项目的工业化大生产，因此，缺乏系统的项目设计实践训练经历；(3)在学校排名和学科评估的双重压力下，学校的业绩评价政策导向不得不偏重于发表高水平SCI研究论文，青年教师的工作重心和主要精力放在耗时短、出成效快的科学研究和发表文章上，在设计类课程的研究上花时间较少；(4)虽然实施了青年教师的业务能力提升计划，但是其主要内容集中在提升青年教师的教学理念、授课技巧、应用现代教学手段、提高教育创新能力和教育管理水平等方面，有助于青年教师的工程项目设计能力提升的社会资源非常匮乏，目前也缺少切实有效、普遍适用的办法。我们利用计算机仿真软件对青年教师(尤其是未来要从事设计类课程教学的新毕业博士)进行了培训，通过对仿真软件中已有工程实例的消化、吸收，举一反三，快速提升了青年教师对相关课程的内容的把控，不仅讲授质量有了明显好转，课程设计和毕业设计规范性和指导能力也得到显著提升。

2 丰富课堂教学案例

设计类课程涉及的工程知识与生产实际联系紧密，且较为抽象。由于本科生的实践经验少、工程思维尚未建立，在设计类课程教学过程中，需要一定数量的教学案例帮助学生理解相关知识点。但是，免费获取工程案例的途径很少，现有的网络资源中，没有完整的聚合物反应工程实例提供，学习者不可能通过网络资源学习工程案例。同时，对于缺乏实践经验的青年教师而言，教学案例也是个很大的挑战。因此，缺乏工程实例的设计课堂教学枯燥乏味，学生理解困难，学习热情不高、教学效果不好。

十几年前，烟台大学化学化工学院购置了东方仿真软件包，其中含有聚氯乙烯的悬浮聚合工艺仿真内容。选取这部分内容作为课堂教学案例，给同学们讲授聚氯乙烯反应路线的设计、工艺流程图、车间的布置以及生产事故工况分析等。通过仿真软件的反复训练，将聚氯乙烯的聚合反应过程的内容全面吃透后，在课堂教学过程中结合教学内容穿插此例进行讲解，增加了解决工程问题的针对性。对于设计类课程中所涉及的那些非常抽象的内容(如设备的结构、工作原理等)，可以用仿真软件自带的动画小视频给学生进行演示，将抽象的问题可视化，便于学生的学习和理解。另外，根据课堂内容，穿插仿真软件中的生产事故工况解决方案分析。我们采用班级分组讨论的方式，讨论不同生产事故的产生原因、工况特点和解决方案。提出的问题与生产实际非常接近，学生的学习积极性和主动性高，培养了学生提出问题、分析问题及解决问题的能力，教学效果良好。

3 高质量的设计范例

除缺少典型的教学案例外，绘制带控制点的工艺流程图也是青年教师授课和指导学生过程中的难点之一。应该在工艺流程图的什么位置添加控制仪表或应该添加哪种仪表，现有的参考书对此部分内容的讲解也不详细，并且对于不同的聚合物、统一聚合物选用不同的合成路线采用的控制方案也不尽相同。如果提供一个范例供初学者参考和分析，会加快设计理念的理解、工艺路线的确定，掌握工艺流程图的绘制基本要点。东方仿真软件的悬浮法聚氯乙烯合成工艺提供了现场操作和控制室内的远程控制两种场景，其中，远程控制内容给出了带

控制点的聚合反应工艺流程图。这个工艺流程图直接来自于实际应用的生产工艺路线，是一个高质量的实例，具有一定的实用性和很高的参考价值。通过对仿真软件中带控制点工艺流程图的理解、吃透，可以在短时间内提升了指导老师对工艺流程图的读图和绘图能力，达到培训设计类课程青年教师的目的。

4 可衍生出多个设计题目

在以学生为中心、个性化培养原则的指导下，课程设计和毕业设计的命题和选题已做到了“一人一题”，题目和内容是由指导教师结合专业特点和学校对工作量的要求进行布置。对于入职时间较短的青年教师而言，设计题目的来源、是否可行、设计内容能否满足教学要求，以及题目的难易程度等这些内容都很难把握。采用计算机仿真软件培训青年教师、辅助设计类课程教学后，设计的内容更丰富、设计题目的可行性更好，可以是选用新设备、已有工艺流程的改造及新的工艺路线研究等各种内容的题目。此外，还能衍生出多个与之相关的设计题目，如管网的分区布置、工艺路线与设备的对比选择等。计算机仿真软件的引入，对青年教师指导能力的提升效果非常显著，在较短的时间内就能胜任设计类课程的指导工作，取得非常理想的教学效果。

5 结束语

将虚拟仿真软件作为培训设计类课程青年教师的一个利好手段，能快速弥补实践经验不足、缺乏工程实战经历的问题，丰富课堂教学案例，提供可参考的高质量设计范例，以仿真软件中的实例为依托可衍生出多个设计题目，解决课程设计和毕业设计题目“一人一题”的要求。并且设计题目的难度与深度与实际工程日趋接近，在设计过程中学生系统培养了各项能力，达到了培训新教师的目的。同时，对于具有多年指导设计类课程经验的老教师来说，通过对仿真软件的研习，也会有意想不到的收获。