面向新工科建设的“课企引领、练赛融合”的《化工综合设计》教学模式探索与改革

柳 华

（北方民族大学化学与化学工程学院，宁夏银川 750021）

2017年正式提出的新工科建设是国家应对新经济的挑战，从服从国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度提出的一项深化教育改革的重大行动计划，是我国当前发展工科教育的指导性思想。化工行业是国家基础行业，化工行业的持续发展离不开高素质、工程实践能力强的化工类专业技术人才。化工类专业人才培养当前所面临的问题是学校教育与高速发展的行业难以衔接、匹配度不高的问题，尤其是学生工程实践能力不足；设计创新能力差，环境、安全意识及社会责任感有待加强。面对新技术、新产业和新模式，化工专业教育必须进一步改革发展，提高教育质量。化工类专业以新工科建设为指导思想进行教学教育改革迫在眉睫。

1 开设《化工综合设计》课程的意义

实践能力的培养和创新意识的提高离不开实践类教学环节的培养，尤其是工程设计类实践环节，当前化工类专业开设的设计类实践课程主要有《化工原理实验》《化工专业实验》《化工原理课程设计》《毕业设计（论文）》等课程。《化工原理课程设计》是化工类专业学生接触到的第一门基础类设计性实践类课程，主要针对化工过程中常见的诸如换热器、填料塔、板式塔等化工单元操作进行设计训练的一门课程，侧重于化工单元操作的工艺设计。《毕业设计（论文）》课程是学生在毕业前，综合应用大学四年所学知识进行的一次综合性实践活动，起到对学生各方面综合素质培养的目的。一般来讲，大部分学校学生在进行《毕业设计（论文）》课程时，学生可以选择性地进行毕业论文或者毕业设计。选择做毕业设计的同学可以通过该课程对化工生产过程进行全流程设计，掌握化学工程设计的全流程，熟悉传统和现代的设计方法和技术，了解影响设计目标各种因素，并能够在设计环节体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化、环境及伦理等因素。对于选择做毕业论文的同学，就缺少了工程设计方面的系统性、综合性设计训练过程。以我院为例，据统计我院化学工程与工艺系每年的《毕业设计（论文）》中有接近一半的题目为毕业论文。因此为了进一步提高学生的工程实践能力和创新能力，培养学生的工程素养，开阔学生视野，增强学生环保安全意识，加强团队协作能力，亟须一门综合性设计类课程将化工设计过程中涉及的工艺过程计算、工艺单元设计、化工图纸的绘制、化工设计软件的应用对化工过程进行优化设计，将化工环保与安全方面的设计等内容有机统一起来，学生通过该课程的学习，能够了解到化工设计过程的整体步骤、设计思路和设计方法，也能够培养学生的综合工程素养、开阔视野、提高创新意识。为此我院化学工程与工艺系以新工科专业建设为指导思想，以专业教育工程认证为基本原则，在化学工程与工艺专业2019版培养方案中，设计加入了能够集中体现化工专业专业特色的《化工综合设计》课程，学生通过该课程的学习，能够有效提高工程素养，增强创新意识，了解当前化工行业发展的新工艺、新技术、新模式，为培养适应时代发展的新型化工类专业技术人才打下坚实的基础。

2 《化工综合设计》课程的主要内容

我校化学与化学工程学院开设的《化工综合设计》课程面向化学工程与工艺专业全体同学，同学们每3人一组，学生自行组队并由学院统一指定指导老师，在指导老师的指导下以小组为单位完成相应的设计任务。设计题目的来源有两种，一种是以当年全国大学生化工设计竞赛题目为题，截取设计大赛指定的某个化工生产过程的一个工段作为该课程的设计内容。另一种是指导教师结合自己的科研方向自拟题目，要跟上述题目难度、工作量保持一致。每个小组的设计内容均包括以下六个方面。

1）查阅、收集、整理与设计内容相关的文献资料，完成文献综述部分，介绍选题的背景意义，当前发展的状况等。在该阶段学生进行分组，并由学院指定指导老师。学生通过查阅资料总结自己课题当前国内外发展状况及目前主要采取的生产工艺、各生产工艺条件的异同及各生产工艺的优缺点。

2）生产方法的选择和工艺流程的确定。结合前面文献综述部分对各种工艺过程的分析，根据实际情况确定该课题要采用的生产方法，并在此基础上确定与生产方法相适宜的工艺流程，绘制基本的工艺流程图并简述工艺过程。

3）进行工艺过程计算。根据所确定的工艺流程，对其中的主要过程进行物料衡算、热量衡算，对主要设备的基础工艺尺寸进行计算，对通用设备进行选型设计，确定接管基本尺寸，对附属设备进行基本设计。

4）绘制相关图纸。根据工艺流程设计及工艺要求绘制带控制点的工艺流程图（PID）；根据主体设备基本工艺尺寸和工艺条件绘制主体设备条件图；根据工艺流程、设计结果及化工厂车间布置的基本要求绘制车间布置图。

5）现代化工设计方法的应用。利用Aspen Plus对设计的工艺过程进行校验校核，并对换热网络进行优化。通过HAZOP 分析提出设计本身所存在的风险并提出具体的防范措施。

6）经济技术分析与评价，并对非工艺部分提出要求。通过对该项目进行经济评价确定该项目产生的社会经济效益并对技术路线进行评价。指导老师每周需要定时召开设计工作小组例会，检查前一阶段的任务，布置下一阶段任务，认真填写《化工综合设计》指导记录，确保每位同学都能按要求、保质保量完成该课程设计任务。每个小组最终需要分别提交设计说明书、设计图纸、设计软件源程序等设计资料，并参加学院统一组织的《化工综合设计》课程答辩。该课程成绩由讨论答疑（10%）、阶段性汇报（10%）、设计说明书（40%）、设计图纸（20%）和设计答辩（20%）等几个部分构成。

3 《化工综合设计》教学模式

3.1 以新工科建设为指导思想

新工科建设是为适应当前经济发展，对现有工科专业进行改革创新的一项举措，构建与国家经济发展相适应，与学校办学定位相匹配的学科专业和课程体系。《化工综合设计》课程作为化学工程与工艺系大力发展新工科建设之际设立的一门着重体现专业特色的综合性实践类课程，就必须以新工科建设思想为指导、以工程教育专业认证的标准去建设。我院的《化工综合设计》课程是本着提高学生综合实践能力、锻炼学生设计创新能力、培养学生工程素养开设的一门综合类设计型实践类课程。该课程开设学期为第六学期，在学生学习完化学工程与工艺专业基础核心课《化工原理》《化学反应工程》《化工热力学》，在《毕业设计（论文）》前开设，通过《化工原理课程设计》《化工综合设计》《毕业设计》，从化工单元设计到化工过程全流程设计多维度、由浅至深地培养学生的综合设计能力。按照工程认证要求，基于OBE 教学理念制定了该课程的教学大纲，并以此为依据确定了教学内容、教学进度及教学评价方式，充分体现培养适应新时代化工行业发展的人才需求总目标，推动化工专业实现新工科建设总目标。

3.2 以课程思政为主要抓手

课程思政是当前课程教学的一个重要方面，“为谁培养人”“培养什么人”是当前学科建设的核心任务。在新工科建设背景下推进课程思政，课堂教学仍然是主阵地，将思政元素融入《化工综合设计》课程中，实现知识传授与价值引领的有机结合，推进“三全育人”综合改革，发挥教师的引路人职责，培养具有“工匠”精神的化工类综合性技术人才。在该课程的实施过程中，结合设计过程中用到的经验公式引出科学家在推动科学发展中勇于奉献、追求真理的精神，培养学生求真务实的工作态度，能够以“大国工匠”的精神为指引，努力成为合格的化工行业应用型技术人才。结合我国前辈科学家对化工事业的贡献，弘扬爱国主义精神，激发学生的爱国情怀。结合学生在化工设计过程中所必须遵守的设计规范和标准，以及化工行业从业标准和规范，培养学生作为化工专业学生所需具有的专业素养、职业道德和规范等。结合很多化工单元操作过程都是高耗能过程，一方面消耗大量化石资源，另一方面造成环境污染，尤其是将碳的排放造成的大气污染的情况引入环保理念，介绍国家关于“碳达峰、碳中和”的相关政策，树立环保意识。

3.3 以“课企引领”为主线

目前很多指导老师是从学校毕业后直接到高校任教，缺乏实际生产工作经验，尤其是专业性设计过程的经验，这也制约了通过设计类课程对学生工程素养、实践能力的锻炼，也是学生培养脱离当前化工行业发展实际。在《化工综合设计》课程中引入“课企引领”的模式，具体来讲就是除了以本院教师作为主要指导教师，通过课堂以集中授课的方式进行指导外，还引入化工设计行业中的资深专家对化工设计中涉及的可行性报告的编制、化工图纸的绘制、工艺流程设计、化工软件的应用做专题报告，聘请当地化工行业专家作为我院《化工综合设计》联合指导老师等形式，真正将化工设计中新的理念、方法带到课堂教学中，将化工生产实际与课堂中的“教”与“学”有机结合起来，达到以当前化工实际生产案例锻炼学生设计创新能力的目的。此外也可以借此机会培训老师，提高老师的工程实践能力和设计能力。在本轮我院《化工综合设计》课程指导过程中，除了我院具有工程实践经验的15名老师作为指导教师对学生的设计过程进行全程指导以外，还聘请了相关行业专家对学生设计进行指导。诸如聘请上海石化盈科的高级工程师对Aspen Plus 在化工设计中的综合应用给同学们做了详细生动的专题讲座。邀请宁夏工业设计院有限责任公司的工艺专业总工针对化工图纸的绘制给大家做了细致全面的解答，并对学生的图纸进行检查，指出学生在制图中常出现的错误，强调了制图的规范性。通过“课企融合”的方式，充分发挥企业专家和任课教师各自的优势和特长，努力提高学生的创新设计意识和实践能力。

3.4 以“练赛融合”为核心

设计是一个复杂的综合性过程，不能一蹴而就，之前的化工设计过程学生仅仅是按照课程要求、设计模板完成设计过程，缺乏对设计过程的思考、对工艺路线的选择、收集资料，以及分析当前行业发展形势等方面的锻炼，难以达到对学生创新意识的培养。因此，在该《化工综合设计》课程中还以“练赛融合”的方式开展《化工综合设计》课程的教学。为进一步提高学生进行化工设计的积极性、主动性，拔高学生们的设计水平，提出以全国大学生化工设计竞赛题目作为《化工综合设计》课程的主要题目，按全国大学生化工设计竞赛的标准要求学生完成设计任务，高标准、严要求完成该课程的设计任务，全面、深入锻炼学生的工程实践能力。以该课程为基础，举办了北方民族大学第一届化工设计大赛，该比赛要求化学工程与工艺专业同学全员参与，通过对各小组设计文档、设计图纸的审阅，并通过课程答辩综合评定学生《化工综合设计》课程成绩，并在此基础上评出获奖作品和获奖学生。对于表现特别优异的同学推荐代表我校参加全国大学生化工设计大赛。《化工综合设计》课程通过这种以赛促练、练赛结合的方式极大地提高了学生的学习兴趣，变被动学习为主动学习，化困难为动力，切实通过该课程达到提高学生创新意识、锻炼学生设计能力、提升实践能力的目的，实现新工科背景下对化工行业人才培养的要求。

4 结束语

在新工科背景下，结合化工行业发展需求，在我院化学工程与工艺专业中设置了《化工综合设计》课程，按照工程教育认证标准，“以学生为中心，以成果为导向”的教育理念精心布置了《化工综合设计》课程内容，通过以“课企引领”为主线和以“练赛融合”为核心的模式有效提高化学工程与工艺专业学生的实践能力和创新能力，使培养的人才能紧跟化工行业发展步伐，适应当前化工行业发展的需求。