工程教育专业认证背景下的“化工设计”课程教改探索*

孙映晖，解瑞俊，刘俞辰，米亚策，陈天嘉，李 艳，李 媖

(内蒙古工业大学化工学院，内蒙古 呼和浩特 010051)

随着化学工业的发展以及化工行业对化工设计、施工和化工产品生产要求的提高，相关行业对工程技术类人才的要求也在进一步提高。对于化工专业的本科生而言，想要做好设计方面的工作，在校期间需要培养正确的设计理念和相应的化工技术与综合运用所学知识解决实际工程问题的能力，进而提高学生的综合素质，让其从大学生转变为一名优秀的工程师。化工设计作为化工专业的必修课，是对化工原理、分离工程、化工热力学以及化学反应工程等专业核心课程的综合应用。化工设计课程对于化工、制药等相关专业的学生在毕业后从事化工厂的设计、建设、设备的正确选型、工艺路线的改进以及在设计和生产过程中发现并解决遇到的问题至关重要。同时，化工设计课程也是一门将技术和经济紧密结合的科学，它将从我国建设的根本利益出发，从符合我国技术政策和经济政策出发，能够最合理、最有效地将资源综合利用，尽可能吸取最新的科研成果，达到经济上的最大效益[1-2]。新工科背景下以及最新工程教育认证都强调化工专业培养的学生要掌握最基本的设计原理和相关设计技能，能够在毕业的时候对复杂工程问题的解决提出基本的方案，同时对系统的工程也要有初步的设计能力。因此，为了推动高等教育事业的发展与创新。在化工设计课程教学中不仅要让学生掌握基本的专业知识，同时也要不断培养学生的工程设计以及实践创新能力。

化工设计课程具有较强的综合性和系统性，要求学生对前序课程要有较好的掌握程度。课程所包含的专业内容比较全面，学生在该课程中需要掌握的内容包括生产工艺流程的选择、物料衡算、能量衡算、工艺流程图绘制、设备布置图绘制、设备选型以及安全环保和经济分析等等。其次，该课程与工程实际结合的较为紧密，注重实际操作训练，在授课过程中注重以项目为导向的教学模式和行动学习式的教学模式相结合[3]。化工设计课程较为系统地讲授了化工过程设计的基本内容、基本原理、设计规范和方法，比较系统地介绍我国现行化工行业的设计标准和规定。化工设计课程讲授的目标旨在培养学生运用专业知识解决实际工程问题的能力和综合工程素质，培养学生构建绿色、安全、节能、环保的设计思想和设计理念，培养学生的工程责任和工程理论[4]。本课程最终的学习目标是让学生能够完成完整工艺流程的可行性分析，确定生产工艺路线，并对生产工艺流程进行设计。尤其是能够在设计数据不完整或最初设计定义不明确的情况下能够对整个工艺过程给出预期的判断，应用专业所学知识和技能解决设计过程中遇到的困难。同时，要求学生要有团队合作意识，能有效地利用团队中的每位成员，充分发挥团队成员的优势，通过团队内每位成员的协同合作完成整个工艺生产流程的设计。

1 化工设计课程教学现状

目前传统的化工设计教学由于学时较短，无法详细讲解化工行业涉及的所有标准和规范，课堂上单纯地讲解设计标准和规范也容易造成学生学习兴趣低下，学习效率较低。虽然前期课程中学生已经学习了许多专业基础知识，但是学生对工程问题的直观认识和深刻体会还存在一定的欠缺，尤其是对完整工艺流程的设计、车间与车间之间的衔接，安全环保问题的深刻分析还存在很大的不足。并且大部分学生还缺少在化工生产企业的实习经历，因此对课堂上所讲解的有关车间和设备布置的标准规范理解比较困难。此外，由于目前学院只开设了制图软件和工艺流程计算相关的两门软件应用课程，学生对化工计算软件的使用能力也比较薄弱，对设备选型和计算也存在一定的不足。最后，现有课程的考核方式也不能够全面反映学生对化工设计课程内容的掌握情况，期末考试考察的内容更多的是一些标准规范的考核，而对于工艺流程的设计和工艺流程计算方面的考察相对较少[5]。基于上述问题的存在，考虑对化工设计教学提出以下几个方面的改革措施。

2 化工设计课程教改方案

2.1 改进教学方法

目前化工设计的授课方法主要是以老师和学生之间进行面对面的交流互动为主，没有给学生留下足够的时间让学生无论是以小组还是个人的形式进行自我学习。针对目前的这种授课形式以及难以调动学生学习的主动性等问题。首先要创新授课方法，优化化工设计课程的讲解方式。在课程的讲授过程中要以学生为主体，以解决实际问题为导向，以提高学生的能力为核心，通过在课堂教学中引入实际案例来提高学生对工程实际问题的重视程度，增加对实际工程问题的认识能力[6]。课堂上通过布置经典的化工设计案例，分组教学，让学生结合所学的理论知识进行讨论与交流。老师应当将更多的设计项目以小组的形式下发到学生手中，让学生通过查阅资料，相互讨论的形式完成一个完整的设计任务。例如进行反应器的选型计算，生产车间的布置等，这些均可以提高学生的学习动力，课后多与学生交流探讨，进一步强化和巩固学生对理论知识的掌握程度[7]。在学生设计过程中教师应及时对遇到的问题进行答疑，一方面能够发现学生哪方面的知识比较薄弱，其次也能够真正掌握学生的学习动态。分组教学过程中团队成员间分工要明确，团队间协作共同完成一个作品。

课程考核方式也是教学改革的重要组成部分，为了提高学生学习过程的主动性，扩大平时成绩占比。学生的考核评分需包括教师评分和团队评分两部分，这样既可以保证团队内不同成员依据自己在团队内贡献程度的不同获得不同的分数，同时也可以为后期学生参加化工设计大赛奠定一定的基础[8]。授课初期将学期内确定的设计任务以团队的形式分配下去，小组内成员共同完成项目的可行性分析以及工艺流程设计环节中的所有任务。最后所有同学均需完成设计报告的撰写，具体任务和参与形式见图1所示。这一过程不仅能够提高学生将所学知识应用在项目的设计过程中，同时每位同学就团队的总体目标达成一致，能够充分发挥每位学生在团队中的作用。学生必须说明各自将如何支持团队的工作，并就在项目设计过程对自己所承担的任务、扮演的角色和完成的成果作出详细说明，以便后期给每位学生合理的过程评价。

图1 化工设计项目任务分配以及内容结构图

2.2 强化实践能力培养

针对本专业学生毕业设计环节提交的工艺流程图(PFD)、管道仪表流程图(PID)以及设备布置图存在规范化程度相对较差等问题，在化工设计这门课程讲授过程要不断强化学生对相关标准规范的掌握以及图纸规范化能力的训练。一方面是授课过程中结合设计图纸样本和具体标准规范强调学生容易出错的地方。历届化工设计大赛的参赛作品就行很好的案例，在课堂中穿插一些获奖作品案例和图纸作品可进一步提高学对课程内容的掌握情况。其次是加强学生图纸绘制方面的训练，在课程结束阶段对学生参与的设计项目所提交图纸进行综合评价。老师对学生提交的图纸进行注释，以帮助学生在容易出错的地方进行纠正[9]。

积极鼓励并倡导学生参加相关的设计大赛。通过鼓励学生参加化工设计大赛不仅可以检验目前的教学效果，为课程的设计和调整提供有效的指导。此外，通过参加比赛也可以调动学生学习的主动性，提高学生的创新精神。在日常的授课中借助学校网络平台，让学生了解历届化工设计大赛的参赛情况，通过比赛让学生认识并了解如何将学到的专业知识运用到现代化工工程的设计当中[10]。也可以借助学院的校企合作平台，让企业的工程师通过线上教学的形式介绍现代化工厂的设计规范和标准以及现代化工设计所需要考虑到安全与环保的相关问题。在竞赛过程中，企业也可以提供相关方面的技术人员作为参赛学生的指导老师。一方面，竞赛可以作为为企业输送和培养人才的很好机会，同时企业也可以通过竞赛充分了解学生的学习情况；另一方面，企业指导老师也可以在竞赛过程中发现学生对专业知识的掌握情况以及对专业知识的灵活运用能力等问题，最后针对大部分学生存在的问题对现有的培养方案作出适当调整。在后期的毕业设计中，我们也可以通过学校导师与企业工程师合作的形式共同参与指导学生完成毕业设计。

2.3 加强设计软件的应用

目前化工设计课程要求教师以及学生对各种软件的掌握情况提出了更高的要求。学生需要熟练掌握各种制图和计算软件以便为工程设计提供更多的便利[11]。例如，在对工艺流程进行设计时学生需要经常用到的流程模拟软件有ProⅡ、Aspen Plus和Aspen HYSYS等；进行物料和热量衡算时用到的软件有Aspen Plus、Matlab和Visual Basic等；绘制图表常用的软件有Auto CAD、Smart Plant 3D和3D Max等。对于大部分学生而言，只有完成一个完整工艺项目的设计后才能对这些软件有熟练的应用。在现代化工设计中不论是工艺流程设计、化工计算、车间设备及管道布置、技术经济分析还是环境分析与安全评估都会用到一些计算机辅助软件。除了专业设置的Auto CAD和Aspen Plus必须课以外，其它有关设计软件应用的课程基本都没有开设。所以学生很难从我院目前开设的Auto CAD和Aspen Plus两门课程上系统掌握化工设计软件的具体操作与应用技巧。尤其是在工程教育认证背景下，要求学生对现代设计工具的掌握与应用提出了更高的要求。为了适应化工设计中对大量现代设计方法以及设计工具的应用，在化工设计课程授课的过程中要不断穿插一些相关设计软件的应用，调整出几个学时来介绍部分软件的应用，在课后要适当加大学生对各种软件的使用力度。

由于化工设计涉及的专业知识比较全面，可以适当增加课时量，在课堂上直接对学生进行设计的规范化训练，并对大家容易出现的各种问题进行探讨和分析，提高学生探索、分析和解决问题的能力；最后借助学院为年轻教师提供的校企合作平台，年轻教师通过在化工设计院半年时间的实习培训与学习，从而增加新教师的生产经验，提升自己的工程设计能力，把工厂设计的基本要求以及设计的步骤、内容融入到课堂教学中，同时要把企业内团队的合作精神和工程意识要在化工设计教学中体现出来[12]。此外，还可以让企业的专家到学校进行讲座，讲解一些常见的化工设计和模拟计算软件在实际设计过程中的应用，让更多的学生不出校门就可以了解到化工设计在实际生产中的应用。

3 结 语

面向新工科背景下提高工程应用型人才培养质量的要求，本文围绕提高化工专业人才培养质量这一核心，对化工设计这样实践性较强的专业课程改革进行构思，从引进化工设计实例，丰富课堂教学方法，强化设计软件学习，从重视讲授课程知识的内容和模式转变为培养学生综合素质与工程实践能力上进行改革，以培养学生的工程设计和产品开发能力，提高学生的团队合作意识和实践动手能力为出发点，着重培养新时代工科背景下的卓越工程师。