化工设计课程群的探索实践

魏学岭　潘梦　霍朝飞　石志盛

摘 要：随着科学技术和经济的突飞猛进，化工专业面临的挑战空前严峻，亟须进行优化完善，创新推进新工科教育。化工设计作为化工专业学生的必修课程，是把化工项目從实验室搬至化工现场的一个中间重要环节，存在着课程内容繁杂、教学方法单一、课程考核方式与工程实践能力培养不对等等问题。为此，本课程团队基于OBE理念，着手于化工设计课程群的整体观建立、新型教学方法的运用、考核方式的重构等方面进行系统研究和综合实践。通过课程体系和教学模式的调整，建立了一种集工程思维、工程设计与操作、综合能力培养为一体的化工设计课程教学模式，确保教学质量显著提高。

关键词：化工设计课程群；新工科；OBE教育理念；教学改革

中图分类号：G642  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）04-0108-03

OBE教育理念看中的是学习过程中获得更多的知识和经验，而不是先前学习的累计。因此寻求并设计适宜的教育活动来保证学生能够在学习过程中获得更多的知识和经验显得格外重要[1]。根据OBE教育理念，每个工程专业都需要根据世界科技发展方向、国家落后领域、企业需求等来确定专业的培养理念和方案。

当前，我国工程教育的外部环境正在快速发生变化，国际上正在推动发展新经济，世界范围内在抢占产业和科技革命的制高点，而国内经济也正处在新旧更替的关键时期。为了推动高校加快培养适应新经济需求、引领未来技术和产业发展的高素质卓越工程技术人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力支持和人才保障，自2017年2月以来，教育部积极推进“新工科”建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”“新工科三部曲”的出现表明我国已经步入科教融合协同的新工科教育行列，开启了新中国模式工程教育的新大门，奏响了人才培养主旋律，为建成国际一流特色高水平工科铺平道路。2019年4月，“六卓越一拔尖”计划2.0启动大会以新工科建设为龙头，全面推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，全力探究实施工程教育的中国模式、全面积累新工科建设的中国经验，全力支持建设高等教育强国。新工科教育并非传统工科的替代版，而是卓越教育的升级版，是对我国当前工程教育存在问题的全面反思，是工程教育对工程活动“新业态”的全面回应，是面向未来的、切实可行的“国家经济转型升级”的落实路径和创新举措[2]。与此同时，新工科教育也为OBE教育理念确定了培养目标。

化工学科是传统的工科，但在经济高速发展的今天也面临这前所未有的挑战。首先，目前全世界化工类产业正面临着前所未有的技术创新和产业结构升级，将有一大批创新技术的突破，随之将诞生新兴产业，而我国的化工产业与世界化工强国相比还有一定差距，我国必须加快创新人才培养，推动产业结构调整，大胆拥抱终端市场，向高端产业链迈进。其次，新经济背景下，知识爆炸，化工领域进一步拓宽，并与相关领域和技术（如生物技术、能源技术、新材料技术、信息技术、基因工程等）进一步交叉融合，化工类专业必须重视“交叉与融合的创新型”人才培养。此外，世界各国共同面临资源短缺、能源紧张、环境污染、气候变化等难题，而要解决这些问题，必然需要化工专业人才贡献智慧和力量。总之，无论从目前化工类专业人才与“产业需求”的差距来看，还是从化工类专业的特点及“技术发展”的趋势分析，当前传统的化工类专业教育必须进行“升级改造”，努力推进新工科教育[3]，使培养的学生不仅在本专业上学业精深，具备技术优势，而且还应具有学科交叉融合的特征，懂得经济、社会和管理，兼具良好的人文素养。

化工设计课程是化工专业学生的专业必修课，是把化工项目从实验室搬至化工现场的一个中间环节[4]，学生可在化工设计现场学习操作步骤和如何应对突发问题，从而进一步让学生掌握课程外的知识，培养其强大的心理素质，并使学生具备分析和解决实际工程问题的能力、正确的设计思想和化学工程师的基本素质。随着新兴产业的发展，社会对高素质复合型人才的需求量不断增大，对学生的化工设计创新能力和分析解决问题的能力要求更高。因此在化工设计教学中，可以增加更具有创新型的题目以及实际工厂中所能遇到的问题作为题目考查学生，以及平时多向学生提问题，让他们积极的思考来锻炼其分析解决问题的能力。

1 化工设计教学中存在的问题

化工设计具有理论实践相结合、知识点零散且复杂、动手能力强等特点，学生学习起来十分困难，动手做设计时不能充分地将理论应用于实际中。故当前化工设计教学中主要存在以下几方面的问题：

1.1 课程内容繁杂，难以系统掌握及运用

化工设计是一门综合性课程，不仅要求学生具备物理化学、化工原理、化工热力学[5]、化工机械设备知识等专业课程知识，还要具备计算机绘图和设计处理能力。学校开设了CAD绘图、计算机应用和计算机编程课程，但由于学生对这些课程的不重视，使的他们缺乏这些能力，导致平时的教学效率低下，学生不能综合运用基础课程知识来分析解决化工设计中所出现的问题。同时，化工设计涉及较多的设计标准和规范，但由于教师课时有限，也使得在介绍如何查询及使用标准与规范时，学生难以在短时间内全面掌握化工设计方法[5]。

1.2 教学方法单一，实践教学缺乏

当前的化工设计类课程以课堂传授灌输为主，使的学生在课堂上的互动性不高并且缺乏自主探究、交流合作的机会，最终无法激发学生的兴趣和主动性，教师过于单一的教学方法以及学生在学习方面机械化的照搬也使得学生对学习产生抵制，从而使学生丧失了学习的积极性。最终导致学生不能够熟练地掌握化工设计知识，更不能综合运用化工专业知识。为此，化工设计理论教学需与工厂实际教学相结合，带领学生亲身感受并学习一下工厂运行过程，从而激起学生对化工设计课程的兴趣。

1.3 课程考核方式与工程实践能力培养不对等

化工设计课程具有很强的实践性，目前课程考核仍然局限于单一的非开放性闭卷考试方式，很难提高学生的主观能动性，也不能准确评价学生对实践类知识与技能的掌握程度[5]，不利于培养工程教育导向的应用型人才培养[7]。在教学实践过程中应该引入新的人才培养模式和课程考核模式为指导，教师在评估学生学习效果时，应该也需考虑学生的创新能力、综合实践能力以及团队协作能力。因此，为了工程教育OBE理念培养的要求，全面客观地评估学生的学习效果，建立科学的、合适的实验考核方法，显得非常必要。

2 化工设计课程群建设

针对化工设计教学中的问题，本专业借鉴国内外先进的工程教育人才OBE培养理念，结合我校的办学定位，以面向工程教育的人才需求為目标，构建能适应新形势下化工专业工程教育要求的“化工设计”课程群。通过引入化工设计课程群的理念，以信息化教学、虚拟仿真和工程实践相结合的教学方式调动学生积极性，并着重以产品设计思路和设计过程监控为主导的教学考核方式，实现新工科人才培养的需求。其过程实施方式如图1所示。

2.1 一体化化工设计课程群的构建

化工设计是一门综合性课程，不仅包含多门专业课程和辅助课程的知识内容，而且涉及较多的设计标准和规范。学生难以在短时间内将所学的知识融会贯通，综合运用，并全面掌握化工设计方法。因此，如何将多个知识点、设计标准和规范等碎片化的内容整合在一起，形成关联紧密的教学体系进而提高学生的学习兴趣，激发其动手能力是化工设计课程建设的关键点。以“化工设计”为中心，将相关课程交叉融合在一个课程群内，让学生在理解知识的途中，可以根据课程群中的其他课程知识去解释并理解另一个课程知识，从而使学生更全面的系统的掌握和应用知识。增加实验教学课程群，可以提高学生的综合实验素质和实验操作能力，带动整个教学水平的提升。化工设计课程群的设计可以根据学科的知识构架、学生的兴趣导向、学生的未来就业选择出发进行构建，在化工设计课程的基础上，融合有相通之处的课程，形成层次递进的课程群体系。

2.2 新型教学方法的运用

现代化教学方法的运用，不仅用来传递教学内容，而且还会改变传统的教与学的方法，激发学生的好奇心和求知欲，引导学生深入地思考。为了达到更好的教学效果，课程群建设除采用雨课堂、学习通等先进教学方法外，拟构建“线上线下、实验教学、课外实践”的全过程、全方位、一体化的教学。培养学生的实践和动手能力。

首先，依托学院教学中心虚拟仿真实验教学资源，能积极利用大数据中的知识和资源数据以及企业的开发实力和支持服务能力，使学生身临其境的模拟实验的操作流程，增加课堂趣味性，从而最大限度地激发学生自主学习的能力以及解决问题的能力。由于虚拟仿真实验教学具有扩展性、兼容性、前瞻性，故可通过共享更广范围内的教学资源来提高学生的课内外知识并培养学生的自主学习能力。在它的协助下，使学生更广阔更深层的了解化工，激发学生对化工生产工艺的兴趣，提升新时代大学生的创新精神、实践能力，从而达到理论教学难以实现的效果。

其次，鼓励校外专家进课堂、专家座谈会及老师走入企业的教学模式。该模式可以针对学生的薄弱之处进行分析与讲解，来强化并扩展学生的工程思维，也可以加快产教融合，提高学生对接市场的能力。老师走入企业可使老师进一步全面的了解目前工厂各生产系统和最近化工行业产品趋势，校外专家进课堂、专家座谈会使学生了解到现代工厂生产的复杂化、数字化、一体化。师生共同提升使的在课堂上有更多的交流空间，从而提高课堂互动率，提升学生的接收能力和学习效率。对一些比较复杂、晦涩难懂的课程内容也可以通过专家进课堂、专家座谈会来讲解，学生便可以综合多位老师的讲解更深刻地掌握这些课程内容，极大程度地提高了教学效果。

最后，依托化工设计竞赛，推进“以赛促教、以赛促学、以赛促育”的教学改革，通过竞赛过程可以促进师生深入交流，让学生掌握在课堂学不到的各种技术和能力，实现由大学生向工程师的角色转变。设计竞赛可以促进教学改革，因为竞赛对高校教师的教学实践能力能够起到全面深化的作用，明显提升学生的自主学习能力，从而与现代教育接轨，为国家企业培养实践创新型人才。融入学科竞赛的新教学模式，将会不断增强新工科学生的提出分析解决问题能力、创新思维能力、独立思考能力、团队合作能力等，成为新工科改革、教学改革的铺路石。

2.3 考核方式改革

化工设计的成绩通常由课堂表现、课后作业、期末考试组成。除了课堂表现，其他方面的考核都不能充分反映学生的工程实践能力和对知识综合运用能力的培养。为实现新工科建设的新要求，我们提出“产品设计创新+设计过程监控+结果审核”三位一体的考核方式。（1）产品设计创新：给予学生不同考核题目，让学生大胆创新。（2）设计过程监控：对学生的设计情况进行全程监管。（3）设计结果审核：学生完成设计后，教师结合学生在设计过程中临场分析处理问题及数据分析处理的能力对设计方案进行审核。设计合理，数据处理恰当，内容丰富，学生考核通过；设计内容不合理，数据处理不恰当，内容单一，考核不通过，安排学生重新设计。

3 结语

为了使学生较快适应新的教育方式，帮助其较好地掌握并拓展化工设计相关专业知识，并针对工程教育的人才知识结构和能力的市场需求，课程团队重点着手于化工设计课程群的整体观建立、新型教学方法的运用、考核方式的重构等方面进行系统研究和综合实践。通过课程体系和教学模式的调整，建立了一种集工程思维、工程设计与操作、综合能力培养为一体的化工设计课程教学模式，确保教学质量的显著提高，为化工专业工程教育的课程改革提供一种新思路。

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参考文献：

〔1〕巨晓洁，夏有强，李德富，等.新工科背景下基于OBE理念的化工复合型人才培养体系的构建与实践[J].化工高等教育，2021，38（04）：27-30.

〔2〕刘新风.“新工科”内涵解读与前景分析[J].招生考试通讯（高考版），2021，39（03）：60-61.

〔3〕李贞玉，戴博雅，史丰炜，等.新工科背景下地方高校化工类一流专业建设路径与实践[J].创新创业理论研究与实践，2021，4（11）：13-15.

〔4〕谭亚南.新工科背景下“化工设计”课程教学设计与改革实践[J].教育教学论坛，2021，13（31）：72-75.

〔5〕王春花.新工科背景下化工设计课程教学改革探索[J].化工高等教育，2019，36（04）：57-59+100.

〔6〕郭玉华，吕春燕，王坤燕，等.新工科背景下材料化学专业“化工设计”课程教学改革与实践[J].湖州师范学院学报，2021，43（02）：94-98.

〔7〕曹春梅，徐丽，张亚涛，等.新工科背景下化工设计及设计软件的教学改革[J].河南化工，2021，38（08）：62-64.

收稿日期：2023-01-22

基金项目：安徽省教学示范课（2020SJJXSFK0348）；安徽省线上线下混合式和社会实践课程（2020xsxxkc070）；安徽省教学示范课（2020SJJXSFK0328）