基于OBE的《化工软件及应用》课程教学探索

龙厚昂，刘 惠，洪学壮，李 伟，邰月华，张 淼

(烟台大学 化学化工学院，山东 烟台 264005)

进入新世纪以来，随着和石化产业迅速发展中国经济水平快速的发展与不断提高，石化产业已成为国家经济实力快速提升与发展的支柱产业，同过去相比，化工行业正在发生一系列的改变[1]。随着计算机软件技术的飞速发展，计算机技术逐渐向各学科渗透，化工行业的飞速发展，已经越来越不开计算机技术。因此，大学教育需要将计算机技术引入到日常教学中。为全面贯彻党的十九大精神，作为服务地方经济发展的烟台大学，应密切联系本地区的行业人才需求，做好服务地方产业，培养优秀人才的工作[1]。化学工作者除了具有化学、化工专业知识外，还应该掌握与本专业相关的计算机应用技术[2]。因此我院开设了《化工软件及应用》专业课，意在培养化工专业学生利用化工软件解决实际问题。

1 课程现状

化工软件及应用旨在培养学生将计算机知识应用于分析/解决复杂化学工程问题的能力，借助专业模拟软件从分子层次、设备层次以及工艺流程层次深入认识和理解化工反应过程。通过掌握这些化工模拟与仿真技术，为将来的新型反应过程开发、化工设备设计以及工艺流程优化奠定基础。本课程主要介绍化工过程模包括单元设备级别和全工艺流程级别。主要以讲授Aspen Plus软件为例，全面介绍如何利用软件，在计算机上重现化工现场，从而实现化工生产中涉及到的分子性能预测、设备流场的模拟、工艺设计优化等过程的模拟与仿真。

化工软件及应用课程针对化学工程与工艺专业开设专业课，课时为64学时，其中32学时为讲述理论学时，主要讲授软件的具体应用和操作方法，32学时为学生上机学时，主要为学生自己上机学习使用软件及用软件解决复杂的化工问题。

OBE理念(Outcome-based Education)又称“成果导向教育”理念，是以“学生为中心”的教育理念，高等工程类专业要求学生具备良好的创新实践能力[3]。以OBE理念为导向，学生不仅要掌握必要的专业理论知识，同时培养学生们的创新能力和解决实际问题的综合素质。我院将工程教育专业认证与OBE教育理念相结合，将OBE理念转化为课程教学内容和、学生通过学习后所能达到的毕业要求，如表1所示。

表1 基于OBE理念的“化工软件及应用”课程内容和要求

对照工程教育专业认证和OBE教学理念，传统的授课方式已经很难满足学生的毕业要求。传统的授课方式主要是老师在课堂上讲授ASPEN软件的理论知识和操作步骤，学生在课堂上记笔记，大部分的课堂时间，学生都在记笔记，学生很难参与到教学中来，老师也很难和学生进行互动。老师讲的抽象，学生们听的模糊。在这种教学方式下，原本抽象且理论性较强的化工课程就更加让学生难以接受，更不要提及取得良好的教学效果了[4]。理论课时和上机课时各为32学时，学生先上理论课学习ASPEN软件的操作步骤，然后在上实践课学习操作ASPEN软件。理论课与上机课分别独立进行，这样这就会造成课程的分割，理论课和上机课很难很好的衔接。学生们在理论课学习之后，本身对于有些课上老师讲解的重难点理解较差，在经过几天上实践课，对于老师讲解的重难点，学生们很多时候都已经淡忘，或者对于老师讲解的内容已经模糊或者记不清楚想不起来了。上机操作之前就忘记了理论课学习的知识点，理论课与上机课严重的脱节，导致学生们无法深刻理解所学的知识，理论和实践不能有效的衔接，无法为学生建立立体感的思维，学生难以理解课堂教学中的重难点，很难提升是学生的学习效果和热情[4]。基于OBE理念，化工软件及应用课程势必要进行一次改革。

2 课程改革探索

2.1 案例教学

选取能完美体现教学内容的案例，体现ASPEN软件的强大优势和灵活性。例如，学生在学习化工软件及应用这门课之前，都要做化工原理课程设计，在进行化工原理课程设计中学生们要通过计算安托因方程 lgP0= A-B/(t + C)得出分离物质的饱和蒸汽压，再由泡点方程和露点方程可得出 X 和 Y，最后通过平衡方程的计算可得出相对挥发度 a。在通过逐板计算法计算精馏塔的理论塔板数以及精馏段和提馏段[5]。逐板计算法计算量大，而且数据处理复杂。而在ASPEN软件中只需要选中DSTWU模块，建立相应的流程，输入分离物质的轻重关键组分即可。模拟运行就可以计算出最小理论板数及进料位置，如图1所示。同学在利用ASPEN软件计算时，可以大大简化同学们的工作量，体现出ASPEN软件的强大与方便。

图1 ASPEN软件DSTWU模块计算出最小理论板

ASPEN软件尽管功能强大，方便灵活。但是再利用ASPEN软件进行计算时，同学们并不知道计算过程，只是简单的进行参数的输入，这也让同学的直观感受度大大降低。在以化工原理课程设计为例讲解ASPEN软件时，应该结合逐板计算法和软件操作一起给同学讲解精馏的简捷计算，使同学们一目了然，印象更加深刻。将计算理论计算过程与计算软件操作一起运用，加深同学们的直观理解。同时也可以对比两种计算方法的误差，找出误差原因。

2.2 改进教学方法

传统的授课方式主要是老师在课堂上讲授ASPEN软件的理论知识和操作步骤，在上机课具体操作ASPEN软件。这种教学方法导致理论和上机课严重脱节，学生们无法深刻理解所学的知识。这种传统的教学方式已经无法满足OBE教育理念下学生发展的需求，更不利于学生独立思考问题和独立动手解决问题能力的培养与提高。因此，老师要充分发挥学生的主体性，提高学生学习的积极性。为了能让学生参与到课堂上来，同时与老师形成良好的互动关系。老师提前把下一节课知识的重点和难点告诉同学，同学可以自己分组，课下同学自己查阅相关资料和预习重难点，让学生们带着问题来听课。在课堂上，首先让学生们先讲解自己课下所查阅的资料，讲解预习的重点难点。学生是主讲，教师是旁听。在学生讲课老师听课的过程中，老师通过学生对重难点的讲解情况，就能了解学生们对于知识重难点的掌握情况，老师再根据学生讲课的内容，适时调整讲课的内容与重难点，这样就能对于学生讲不清楚或者讲不懂的知识点，更加有针对性的讲解，更加有利于学生们对于知识重难点的理解，提高学生学习的热情。这样师生互动，老师尊重学生的主体地位，不仅能够建立良好的师生关系，还能够促进教师和学生互帮互助、相互学习和共同进步。

除了对课堂主客体角色的转变，老师还要充分利用现代多媒体以及互联网。现在很多学校都进行了慕课以及公开课。老师们要利用互联网的资源，与同学们分享慕课以及公开课。通过观看慕课或者公开课，提高老师的教学水平，改进教师的教课方法。同时学生们在课下观看慕课以及公开课，可以对于课堂上的疑惑点进行巩固提高。

2.3 ASPEN在其他课程中的应用

ASPEN软件在化工生产中具有广泛的应用，基于Aspen Plus 软件的强大功能，ASPEN软件可以应用在化工的很多专业课程中。将ASPEN软件与化工专业课相结合可以解决很多实际问题。例如，ASPEN软件的上机课为32学时，由于上机课时短，学生们要想掌握好ASPEN软件的操作，具有很高的挑战。将ASPEN软件与化工专业课相结合，可以解决ASPEN软件上机课时短的问题。同时，同学们学习其他专业课时，也对ASPEN软件的操作进行了巩固，防止了学生们学完ASPEN软件后长时间不操作，对于知识点的遗忘，加深了同学们对于ASPEN软件的记忆。此外，将ASPEN软件与化工专业课相结合，还可以使化工专业课更加立体，更加生动，避免化工专业课的枯燥乏味，简化同学们的很多繁琐的计算过程。

ASPEN软件可以与化工热力学课程相结合，讲授热力学中关于物性计算方法等知识。ASPEN软件与分离工程相结合，解决化工分离工程的一些复杂问题。ASPEN软件与化工原理课程设计相结合，可以比较逐板计算法和软件计算的快慢与优缺点。ASPEN软件与化工设计大赛相结合，提高学生们学以致用的能力，获得真正的感知感。

3 结论

随着计算机软件技术的飞速发展，未来的化工专业人才一定要具备良好的计算机水平和扎实的专业基础。随着国际工程教育和OBE 教育理念不断推进，课程教育质量迫切需要提高。化工软件及应用课程的改革与探索对提高化工专业人才的计算机应用能力、解决复杂工程问题的能力、培养复合型人才具有重要的意义。在教学改革过程中，将案例教学与软件应用相结合，即讲授原理又讲授软件操作，实现多样化教学，提高学生学习兴趣。通过对课堂主客体角色的转变，加深学生们对于知识重难点的理解，提高学生学习的热情。同学们利用课下的慕课和公开课资源，可以对课堂上的疑惑点进行巩固提高，解决课后知识盲点。通过将ASPEN软件与化工专业课相结合，避免化工专业课的枯燥乏味，使化工专业课更加立体，更加生动。将ASPEN软件延伸到其他课堂，提高了同学们对于ASPEN软件的操作能力以及解决实际问题的能力，提高学生们学以致用的能力，获得真正的感知感。