徐環(huán)斐，高 揚(yáng)，王傳興，高傳慧，劉月濤，陳秋陽，田文德

(1.青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042；2.山東三維石化工程股份有限公司 青島分公司，山東 青島 266071)

2020年2月4日教育部應(yīng)對新型冠狀病毒感染肺炎疫情工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室發(fā)布了《關(guān)于在疫情防控期間做好普通高等學(xué)校在線教學(xué)組織與管理工作的指導(dǎo)意見》。《化工設(shè)計(jì)》課程是化學(xué)工程與工藝專業(yè)必修課程，做好本科生的《化工設(shè)計(jì)》課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，進(jìn)行《化工設(shè)計(jì)》在線課程建設(shè)及教學(xué)改革，在疫情的特殊教學(xué)背景下具有十分重要的意義。

1 結(jié)合各級各類網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺資源，強(qiáng)化學(xué)生云課堂學(xué)習(xí)

積極整合利用各種在線課程教學(xué)資源，拓寬學(xué)生課程相關(guān)知識的儲備，調(diào)動學(xué)生上課的積極性。依托各級各類在線課程平臺、積極開展各類型教師線上網(wǎng)絡(luò)授課和學(xué)生線上課程學(xué)習(xí)的網(wǎng)課活動，保證特殊時(shí)期的本科生化工設(shè)計(jì)課程的教學(xué)進(jìn)度和學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，在網(wǎng)絡(luò)云平臺上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬課堂的建立，實(shí)現(xiàn)化工設(shè)計(jì)課程的“停課不停教、停課不停學(xué)”。

利用各種云端空中課堂開展“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”工作，推動信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合[1]，應(yīng)用本區(qū)域的互聯(lián)網(wǎng)和信息化教育資源為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持。如山東省高等學(xué)校在線開放課程平臺、青島科技大學(xué)校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間 “愛課程”、“超星”、“學(xué)堂在線”和“智慧樹”等課程平臺的慕課課程。

加強(qiáng)師生互動和學(xué)生小組間的交流，盡量提高課堂互動程度，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在遠(yuǎn)程網(wǎng)課上感受到超越屏幕，突破時(shí)空限制的課堂互動，讓學(xué)生盡可能地融入全新的網(wǎng)絡(luò)課堂模式[2]。通過在線回答問題，在線測試、在線小組交流、翻轉(zhuǎn)課堂等混合式學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)模式讓學(xué)生通過實(shí)踐獲得更好的學(xué)習(xí)效果[3]。下課后，通過五人小組制完成大作業(yè)的方式，調(diào)動學(xué)生們的課程參與度，更好的消化吸收所學(xué)的化工設(shè)計(jì)知識。

2 使用化工軟件資源，提高學(xué)生課堂參與度

結(jié)合專業(yè)軟件的使用，提高學(xué)生《化工設(shè)計(jì)》網(wǎng)絡(luò)課堂的積極性和參與度。能夠靈活使用現(xiàn)代工具軟件，是工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求之一，也是“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”中全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求。如生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)、穩(wěn)態(tài)模擬和優(yōu)化的大型通用流程模擬系統(tǒng)Aspen、流體傳遞和化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)設(shè)計(jì)模擬軟件Fluent、三維工廠設(shè)計(jì)軟件PDSoft、工藝過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬軟件ChemCAD、流體動力學(xué)仿真軟件CFX、石油化工工廠設(shè)計(jì)軟件PDMS、分子模擬軟件Materials Studio、工程編程語言Matlab軟件、車間和管道布置軟件Pdmax、化工工藝流程圖繪圖軟件PIDCAD、DCS控制系統(tǒng)軟件、危險(xiǎn)與可操作性分析軟件Hazop、青島科技大學(xué)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的ECSS工程化學(xué)模擬系統(tǒng)等化工設(shè)計(jì)相關(guān)軟件能夠直觀、清晰地運(yùn)用和展示化工設(shè)計(jì)的相關(guān)知識，讓學(xué)生能夠方便地看到近乎真實(shí)的化工廠場景，更為深刻地理解所學(xué)設(shè)計(jì)知識[4]。

圖1 車間管道布置圖

比如，學(xué)生通過對ECSS工程化學(xué)模擬系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，可以掌握如何在化工廠的設(shè)計(jì)中進(jìn)行裝置擴(kuò)建改造、節(jié)能降耗、優(yōu)化操作、設(shè)計(jì)計(jì)算和科研開發(fā)。再比如，學(xué)生通過對PDMS的學(xué)習(xí)，可以了解如何在平面和立面進(jìn)行設(shè)備布置、平臺框架結(jié)構(gòu)布置、工藝管道布置、采暖通風(fēng)等非工藝管道布置等方面的三維設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)此軟件時(shí)，學(xué)生能感受到全彩色的三維化工廠模型；并通過設(shè)置“模型人”在化工廠各部位中穿行，實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)審查，達(dá)到發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤能及時(shí)修改的目的。

3 利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心資源，促進(jìn)學(xué)生上課積極性

利用好本校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心資源，青島科技大學(xué)擁有國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，其中的化工過程與裝備虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心具有本校自主開發(fā)化工單元虛擬仿真軟件、化工實(shí)習(xí)虛擬仿真軟件、虛擬仿真教學(xué)平臺網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。比如本校研發(fā)的苯胺工廠3D虛擬現(xiàn)實(shí)認(rèn)識實(shí)習(xí)仿真軟件和甲醇工藝3D虛擬現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)實(shí)習(xí)仿真軟件，能夠?yàn)楸究粕峁┗ぴO(shè)計(jì)課程的線上學(xué)習(xí)資源，學(xué)生遠(yuǎn)程網(wǎng)上操作即可進(jìn)入此仿真實(shí)驗(yàn)室。利用化工過程動態(tài)模擬和仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生線上學(xué)習(xí)時(shí)與虛擬真實(shí)場景中的化工設(shè)備的互動，學(xué)生可以進(jìn)行相關(guān)工藝操作。借助虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心這一線上平臺，可提高化工專業(yè)本科生使用大型計(jì)算軟件和利用化工計(jì)算工具解決工程問題的能力。

圖2 聚甲醛工藝虛擬仿真流程圖

4 借助全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽資源，強(qiáng)化學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握

全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽是在中國化工學(xué)會、中國化工教育協(xié)會等組織舉辦的化工專業(yè)最重要的全國性比賽。比賽要求隊(duì)員根據(jù)每年不同的任務(wù)書，通過所學(xué)專業(yè)知識，靈活運(yùn)用軟件，完成一個(gè)特定化工廠的廠址選擇、工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)、車間布置、管道布置、公用工程設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算等任務(wù)。因此，參加全國大學(xué)生設(shè)計(jì)競賽，是實(shí)踐“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的重要策略，可提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程技能[5]，培養(yǎng)參賽學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，增強(qiáng)了學(xué)生工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力[6]。今年的大賽題目是“為某大型化工企業(yè)設(shè)計(jì)一座分廠，以碳五烷烴為原料制備非燃料用途的化工產(chǎn)品。相對該領(lǐng)域的現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)，要求技術(shù)提升達(dá)到《中國制造 2025》中提出的綠色發(fā)展 2025 年指標(biāo)”。

網(wǎng)課進(jìn)行過程中，除了鼓勵(lì)學(xué)生積極報(bào)名參賽之外，將網(wǎng)課各章節(jié)部分的講解與大賽進(jìn)行了緊密的結(jié)合，并讓學(xué)生五人一組，進(jìn)行了以大賽題目為背景的小組作品的設(shè)計(jì)，五位同學(xué)各自有具體的分工，在整個(gè)線上課程的進(jìn)程中，同學(xué)們隨著對化工設(shè)計(jì)課程了解的不斷深入，結(jié)合設(shè)計(jì)大賽題目，能夠進(jìn)行更加深刻的思考，給出更優(yōu)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方案、節(jié)能降耗方案、核心反應(yīng)方案、分離方案、設(shè)備選型方案、環(huán)境保護(hù)方案等。以大賽促進(jìn)學(xué)習(xí)的模式，潛移默化地建立了學(xué)生的工程思維，加強(qiáng)了學(xué)生對相關(guān)知識的掌握和運(yùn)用，提升了學(xué)生發(fā)現(xiàn)化工廠設(shè)計(jì)中的主要矛盾并解決主要矛盾的能力。同時(shí)，在課程的進(jìn)行中，將一些往屆大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽國家總決賽的優(yōu)秀作品在課堂中進(jìn)行分享，尤其是對某一章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行展開討論，讓學(xué)生對知識點(diǎn)有更為直觀的理解。

5 改變考核評價(jià)體系，進(jìn)行課程考核改革

網(wǎng)絡(luò)課程目前處在發(fā)展的初期，其考核與評價(jià)仍存在許多問題[7]。相比于傳統(tǒng)的線下教室授課模式，老師對線上網(wǎng)絡(luò)課程的掌控程度存在區(qū)別，老師無法實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生們在網(wǎng)課時(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)。因此，更為全面和科學(xué)的考核評價(jià)體系，將有利于老師掌控學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展，并督促學(xué)生在課堂上保持注意力，提高學(xué)習(xí)效率。提高學(xué)生平時(shí)成績的分值，通過分析學(xué)生網(wǎng)課在線的時(shí)間和屏幕狀態(tài)的數(shù)據(jù)、考核在課堂上回答問題的情況、考核參與小組交流的情況、考核作業(yè)展示的情況等給出學(xué)生課堂參與程度的分?jǐn)?shù)。根據(jù)學(xué)生隨堂作業(yè)的作答情況、課后大作業(yè)的作答情況，給出學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握程度的分?jǐn)?shù)。增加期中考試和隨堂考試的占比，合理優(yōu)化考核評價(jià)體系中各部分的比值。從學(xué)期初就對學(xué)生進(jìn)行持續(xù)的網(wǎng)課學(xué)習(xí)進(jìn)度和掌握程度的考核，讓學(xué)生能提高課堂的效率，達(dá)到該課程的各項(xiàng)學(xué)習(xí)指標(biāo)。以最終實(shí)現(xiàn)完善《化工設(shè)計(jì)》網(wǎng)絡(luò)課程考核評價(jià)體系、提高《化工設(shè)計(jì)》網(wǎng)絡(luò)課程授課質(zhì)量。

6 總結(jié)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”和防疫時(shí)期遠(yuǎn)程網(wǎng)課的大背景下，《化工設(shè)計(jì)》課程建設(shè)及教學(xué)改革以保障學(xué)生遠(yuǎn)程網(wǎng)課質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，通過結(jié)合各級各類網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺資源、豐富課程資源庫、采用化工軟件資源，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心資源、借助全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽資源、優(yōu)化考核評價(jià)體系等方式，達(dá)到提高化工專業(yè)本科生綜合工程能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力的目的。