新工科背景下化工原理课程设计教学探索

何运兵，邹雪琳，易莉芝

(东莞理工学院 化学工程与能源技术学院，广东 东莞 523808)

为迎接新一轮科技革命和产业变革的挑战，主动服务国家创新驱动发展和“一带一路”等战略的实施，教育部推出“新工科”计划，其核心是培养具有较强工程实践能力、具备国际竞争力的创新型人才[1-2]。为此在专业课程教学过程中，需要进一步加强学生工程实践能力和创新能力的培养。化工原理是化工类专业的专业基础课，在基础课和专业课程之间，起着承上启下、由理到工的桥梁作用。化工原理课程设计通过综合运用化工原理、工程制图、化工制图、化工仪表及自动化等多门课程知识，对某一化工单元操作进行实践性设计，达到培养和训练学生工程实践能力、创新能力的目的。

目前化工原理课程设计往往采取固定的教材、类似的设计题目，指导老师通过选取不同操作条件，且都是理想化、设计条件明确、物性参数齐全的简单过程的模拟设计。学生主要根据模板进行一次演算，不管结果合理与否，只要按时提交报告基本都可拿到学分，因为课程的考核方式主要以说明书和图纸为依据，因而难以达到培养学生工程实践能力和创新能力的目的。为解决目前化工原理课程设计中存在的问题，切实提高学生工程实践能力和创新能力，国内很多高校都进行了诸多改革[3-6]，取得了较好的教学效果。为有效提高化工原理课程设计质量，我们在教学内容、教学方法和考核方式等方面进行了一些有益的探索。

1 基于实际工程问题的教学内容

以往通常会选择计教材中的精馏塔、吸收塔或者换热器等作为课程设计的教学内容。但由于学生对这些设备的认识不够，往往停留在理论课堂上老师的讲解，且大部分学生都认为他们所进行的设计仅仅是为了完成作业，因而难以引起学生的兴趣。为此在设计内容的选择上要从学生熟悉或见过的工艺中选取，尽可能让学生觉得设计内容有实际意义。根据我校应用化学(卓越工程师计划班)专业人才培养方案，在开课之前已安排为期两周的生产实习，实习场所为广东省某大型石化厂，实习车间有大量的换热器、精馏塔等典型化工设备。实习时就提前告知学生，化工原理课程设计的内容就从这些工艺中选取，提醒学生注意工艺流程中的换热器、精馏塔、吸收塔等设备的结构、在工艺中的位置等。此举不仅提高了实习的效果，还为化工原理课程设计奠定了良好的基础。学生在做课程设计时，就不再是空洞的纸上谈兵，激发了学生的设计热情，同时有利于强化学生工程意识。学生可以将自己的设计结果与实际的生产设备进行比较，从而发现自己设计过程中的问题，进而提高学生分析和解决工程问题的工程能力。

2 灵活丰富的教学方法

(1)调整设计时间。以往课程设计一般安排在理论课结束后的2周内完成，我校未安排专门时间用于课程设计，即需要学生自行安排课外时间来完成。两周课外时间内要完成内容的熟悉、设计计算、图纸绘制以及文本编辑等过程，很难高质量完成设计任务。在改革方案中，将设计时间由原来的两周改为四周，且明确规定了进度要求，避免了部分同学拖沓的情况。保证了学生有着比较充足的时间去理解设计内容，能够从容地开展设计工作，避免了以往课程设计中那种走马观花似的过程训练，使学生真正得到工程设计训练和学习。

(2)合理安排设计任务。按照精馏、吸收、干燥、萃取等单元操作的不同先分大类，然后对于每个大类按照体系、处理能力、操作条件、原料的组成等进行区分，保证每组一题(3人/组)，组员之间互相合作，保证每位学生都得到一次工程设计训练，避免抄袭现象。当出现问题时，学生之间可以互相讨论，发挥集体的智慧。学生在互相讨论的基础上完成课程设计，团结协作能力得到增强，同时获得成就感。

(3)确立以学生为中心的教学方式。在课程设计过程中，教师除了完成课程设计的教学大纲和要求，给定设计任务和相关参考资料，更重要的是引导学生自行思考。放手让学生自己确定设计思路，分析优化设计方案等。在设计过程中，学生经常会问“我这么做对不对？”并且迫切希望老师给出一个明确的答复。此时，指导老师不宜过早给出判定，而是需要引导学生去思考。例如在换热器中折流板间距选择问题上，可以向学生提出“如果间距过大或过小会产生什么后果？”，引导学生从技术、经济、环境和安全等多方面综合考虑，最后得出比较合理的数值；在学生问及其初步确定的设计方案是否正确时，可以让学生按照所选的方案去尝试，最后他们自己会不断修正前面的设计方案，虽然过程显得曲折，但效果远好于直接告诉他们；还有在换热管规格的选择上，很多学生不清楚现有管材的规格，这时需要引导学生自行查找管材规格，而不是代为查找。在设计过程中，指导老师应充分利用这种非标准答案的问题去引导学生思考，从而达到培养学生的独立思考、开拓创新能力，增强工程观念，提高工程实践能力的目的。

3 多元化的考核方式

我校以往的化工原理课程设计成绩评定主要以设计说明书(含图纸)和平时成绩为依据。同组组员的设计说明书和图纸完全相同，教师在评阅时很难给出公平的评判，而平时成绩的评判是根据成员对课程设计的贡献度，贡献度由各小组自行提供，但学生之间碍于情面给出的差距很小，甚至完全相同，故而也很难公平合理地给出设计成绩，最终造成学生参与热情不高、设计过程缺乏钻研、创新精神。在新工科背景下，为了让参与学生的工程实践能力和创新能力真正得到锻炼，我们将过程考核和能力考核结合起来，引入新的多元化考核方式。改革后的成绩由设计过程考核(40%)、设计报告考核(40%)和答辩考核(20%)三部分组成。

(1)设计过程考核。将整个设计过程按时间节点划分成若干部分，每部分设置不同权重，要求各组按时间节点提交进度报告，并备注所完成的工作主要由哪位成员负责，指导老师根据进度报告的完成情况给出各成员相对应的过程成绩。

(2)设计报告考核。根据教学大纲，主要考察设计思路是否正确、设计方案是否可行、设计过程中是否具有工程观点、是否提出了创新想法、设计结果从技术和经济角度上是否合理、文本编辑排版是否规范、设备图绘制是否规范等，从多个方面对设计报告进行全面评价。

(3)答辩考核。为评判学生是否独立完成设计任务，避免浑水摸鱼或抄袭等现象，引入答辩考核。答辩现场由指导老师随机指定其中一名组员进行五分钟左右的陈述，这要求所有成员必须对该组的设计作品及设计过程都很熟悉。邀请化工设备和化工设计任课老师和指导老师共同担任答辩专家，在学生陈述完毕后，答辩专家对其进行提问，同组成员可以补充回答。答辩专家根据报告陈述情况、设计结果的合理性和经济性以及回答提问情况给出答辩成绩，取各专家答辩成绩的平均值作为最终答辩成绩。学生根据答辩建议对设计说明书进行修改，最后提交设计说明书和图纸。

实践证明，这种考核方式比较公正合理，其中引入过程考核不但帮助学生克服了拖沓的习惯，还促使学生根据进度报告的建议及时修正设计中的错误，提高了设计效率，受到学生的高度认可。引入答辩考核极大地促使学生积极主动地参与课程设计的每个环节，包括查阅工程手册和相关资料，真正让学生掌握工程设计要领，避免了浑水摸鱼和抄袭现象。更重要的是答辩专家的意见能促使学生对其设计过程和设计结果进行反思，部分同学甚至根据答辩意见对整个课程设计进行再次设计，设计质量得到了很大的提高。

4 结语

化工原理课程设计是化工原理实践教学的重要组成部分，通过综合运用多门课程知识，对某一化工单元操作设备进行综合设计。实践证明，基于实际工程问题的教学内容、灵活丰富的教学方法以及融入过程和能力的多元化考核方式，增强了学生的自主学习能力和学习热情，提高了学生的工程实践能力和创新能力，为新工科背景下高素质应用型工程技术人才的培养提供了教学思路。