王立成 ， 尹曉紅 ， 范文元 ， 孫 喆

(天津理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 ， 天津 300384)

0 前言

化工專業(yè)的學(xué)生不僅要具備扎實(shí)深厚的理論知識(shí)，還要具有多學(xué)科知識(shí)交叉應(yīng)用能力、操作和設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力、工程意識(shí)和創(chuàng)新精神，以及國(guó)際視野和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。因此，我國(guó)高等工程教育的培養(yǎng)模式和課程體系急需改革。2016年，教育部首次提出了新工科理念，并先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”三個(gè)指導(dǎo)性文件。從“新理念”“新結(jié)構(gòu)”“新模式”“新質(zhì)量”和“新體系”五個(gè)方面闡述了新工科建設(shè)的深刻內(nèi)涵，即以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1-2]。為了適應(yīng)新工科建設(shè)的要求，化工專業(yè)的教育模式和培養(yǎng)體系必須打破桎梏，改革創(chuàng)新，適時(shí)發(fā)展。

1 化工設(shè)計(jì)課程存在的不足

化工設(shè)計(jì)是將實(shí)驗(yàn)室的科研成果轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)化工產(chǎn)品的橋梁和紐帶?；ぴO(shè)計(jì)課程是化工專業(yè)的主干課和必修課，是利用相關(guān)課程的理論知識(shí)和專業(yè)技能，確定生產(chǎn)采用的工藝流程，利用流程模擬軟件完成工藝流程的物料衡算和熱量衡算，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行裝置的選型和設(shè)計(jì)，完成裝置在車間的布置和管路鋪設(shè)，并對(duì)工藝的安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行評(píng)估。課程具有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范多、知識(shí)面廣、工程實(shí)踐強(qiáng)的特點(diǎn)[3]。旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新精神，具備化學(xué)工程師的基本素質(zhì)和行為準(zhǔn)則。對(duì)照新工科建設(shè)的要求和新形勢(shì)下人才培養(yǎng)模式的變化，對(duì)化工設(shè)計(jì)課程存在的問題進(jìn)行分析和梳理，發(fā)現(xiàn)該課程還存在一些不足。

1.1 課程思政建設(shè)重視不足，立德樹人效果不突出

目前化工設(shè)計(jì)課程重心在專業(yè)知識(shí)的教學(xué)上，沒有正確認(rèn)識(shí)知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)之間的關(guān)系，不重視課程思政的引入。即使能引入一些思政教育，但沒能將教學(xué)內(nèi)容與思政元素靈活融合，導(dǎo)致思政教育親和力不強(qiáng)，針對(duì)性不足，不能促進(jìn)學(xué)生思想道德的提升，也降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，起不到“潤(rùn)物細(xì)無聲”的效果，沒有達(dá)到立德樹人的更高要求。

1.2 課程內(nèi)容不合理，學(xué)時(shí)壓縮嚴(yán)重

目前的教學(xué)只能介紹化工設(shè)計(jì)的一般過程和基本原理，教授的內(nèi)容是淺嘗輒止，學(xué)生的學(xué)習(xí)也是“走馬觀花”。學(xué)時(shí)的限制導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容深度不夠，對(duì)于學(xué)生設(shè)計(jì)能力的提高和工程意識(shí)的培養(yǎng)不利。化工設(shè)計(jì)的過程是遵循國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范的過程，設(shè)計(jì)過程中要查閱眾多的設(shè)計(jì)規(guī)范。但目前的化工設(shè)計(jì)教學(xué)沒有介紹國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于如何查閱和使用設(shè)計(jì)規(guī)范，如何在設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)自主設(shè)計(jì)缺乏認(rèn)識(shí)，不利于學(xué)生規(guī)范意識(shí)的培養(yǎng)和工程師素質(zhì)的積累?；ぴO(shè)計(jì)要用到很多的設(shè)計(jì)軟件，受限于學(xué)時(shí)，對(duì)于各類軟件的介紹和使用不能講授，對(duì)于后期學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)及各種化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽的參與極為不利。

1.3 設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)不足，學(xué)生綜合應(yīng)用能力差

化工設(shè)計(jì)是一門涉及多學(xué)科知識(shí)交叉應(yīng)用的課程，是在“四大”化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、化工機(jī)械基礎(chǔ)、反應(yīng)工程、化工制圖等課程的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)技能，解決實(shí)際工程問題的學(xué)科。現(xiàn)在的化工設(shè)計(jì)教學(xué)仍是重理論、輕實(shí)踐，忽略了該課程的工程性和實(shí)踐性的特點(diǎn)。由于大多數(shù)教師缺乏工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在授課過程中，沒有案例教學(xué)的應(yīng)用，不能通過實(shí)際的化工工藝設(shè)計(jì)過程講解，闡述設(shè)計(jì)原理和工程經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生沒有參與感，無法激起學(xué)習(xí)興趣。課程沒有配套的設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生通過多人合作，利用所學(xué)知識(shí)親身參與具體工藝流程的設(shè)計(jì)，各學(xué)科綜合應(yīng)用能力較差。

1.4 考核方式形式單一，無法反映學(xué)生綜合能力

化工設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐能力要求較高的課程，理應(yīng)重視對(duì)學(xué)生多學(xué)科交叉應(yīng)用能力和工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力的考核。但目前的考核方式與其他的課程無異，分兩部分：一部分是平時(shí)分，主要看學(xué)生的作業(yè)和課上回答問題情況，占20%；另一部分是期末的閉卷考試，主要看學(xué)生對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的掌握能力，占80%。這種考核方式，考察的是學(xué)生的記憶能力，無法反映學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力，與培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和工程意識(shí)的教育目標(biāo)不一致，也無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和挑戰(zhàn)意識(shí)，與新工科理念不一致。

2 化工設(shè)計(jì)課程改革

針對(duì)化工設(shè)計(jì)課程存在的不足，以新工科理念為指導(dǎo)，以立德樹人為引領(lǐng)，強(qiáng)化化學(xué)工程與技術(shù)專業(yè)學(xué)生的工程意識(shí)與實(shí)踐能力，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，對(duì)化工設(shè)計(jì)課程提出一些改革措施。

2.1 加強(qiáng)課程思政建設(shè)，提升學(xué)生道德水平

化工設(shè)計(jì)課程要講授很多工程設(shè)計(jì)實(shí)例和化工生產(chǎn)現(xiàn)狀，蘊(yùn)含大量的思政元素，我們?cè)趥魇谥R(shí)、提高學(xué)生設(shè)計(jì)水平的同時(shí)，挖掘其中的人文情懷和科學(xué)精神，引領(lǐng)學(xué)生形成正確的人生觀和價(jià)值觀。在介紹化工廠建設(shè)過程的內(nèi)容時(shí)，引入一些著名化工設(shè)計(jì)工程師的感人事跡，激發(fā)學(xué)生愛國(guó)情懷和吃苦耐勞、無私奉獻(xiàn)的精神。在介紹一些通過我國(guó)學(xué)者改進(jìn)獲得提升的工藝流程時(shí)，講述研究者在科研道路上的奮勇拼搏、勇攀高峰精神，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和熱愛科研的追求。通過介紹智慧化工園區(qū)和綠色可循環(huán)工業(yè)園區(qū)的技術(shù)和建設(shè)，讓學(xué)生節(jié)約能源，珍惜自然資源，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展綠色化工、重視環(huán)境保護(hù)和與自然和諧相處的新化工理念。在講授化工裝置的選型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，穿插介紹我國(guó)在機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域取得的巨大成就，培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神和愛國(guó)意識(shí)。在介紹化工安全與環(huán)境保護(hù)方面的內(nèi)容時(shí)，結(jié)合“3·21”響水化工企業(yè)爆炸事故、“4·17”太原化工廠爆炸事故及太湖水污染事件，強(qiáng)化學(xué)生遵紀(jì)守法、關(guān)愛生命、重視環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程倫理，提升職業(yè)素養(yǎng)。

通過具體實(shí)例的講解，實(shí)現(xiàn)思政教育與專業(yè)知識(shí)傳授的高效融合，使價(jià)值引領(lǐng)不突兀，學(xué)生接受不排斥，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真正起到“潤(rùn)物細(xì)無聲”的教育效果，促進(jìn)學(xué)生的思想道德提升。

2.2 增加課程學(xué)時(shí)，完善授課內(nèi)容

針對(duì)化工設(shè)計(jì)課程32學(xué)時(shí)的不足，將授課時(shí)間增加到48學(xué)時(shí)，同時(shí)改革教學(xué)方法，完善授課內(nèi)容。由于課程涉及的理論知識(shí)較多，而學(xué)生的工程經(jīng)驗(yàn)不足，單純講授書本知識(shí)，學(xué)生的興趣不大，知識(shí)接受起來也較為晦澀，達(dá)不到較好的學(xué)習(xí)效果。所以，在改革中，將設(shè)計(jì)理論與工程實(shí)際案例結(jié)合，通過具體案例的應(yīng)用分析，加深學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)悟能力，達(dá)到學(xué)以致用的效果。

化工設(shè)計(jì)過程要遵循很多的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，為此，專門拿出兩個(gè)學(xué)時(shí)，介紹設(shè)計(jì)過程各個(gè)環(huán)節(jié)需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并對(duì)其主要內(nèi)容作講解。同時(shí)，在講授其他設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，穿插介紹標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的應(yīng)用。

為了彌補(bǔ)化工專業(yè)教師非工化的不足，專業(yè)鼓勵(lì)設(shè)計(jì)院和企業(yè)專家進(jìn)入課堂。化工設(shè)計(jì)課程邀請(qǐng)?zhí)旖蚧ぴO(shè)計(jì)院、中國(guó)天辰工程有限公司、天津海水淡化所等企業(yè)的專家學(xué)者，定期為化工專業(yè)的學(xué)生講授相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展和化工行業(yè)的現(xiàn)實(shí)狀況，使學(xué)生開闊視野，了解化工企業(yè)的生產(chǎn)管理，為今后的科研深造、工作就業(yè)指明方向。

2.3 增設(shè)設(shè)計(jì)軟件教學(xué)和仿真實(shí)訓(xùn)歷練

完成一項(xiàng)化工設(shè)計(jì)需要很多設(shè)計(jì)軟件的輔助，化工設(shè)計(jì)軟件的引入體現(xiàn)了設(shè)計(jì)水平的提高。為此，化工設(shè)計(jì)課程專門拿出一些學(xué)時(shí)介紹設(shè)計(jì)各個(gè)階段需要的輔助設(shè)計(jì)軟件。對(duì)一些較為重要的軟件還進(jìn)行實(shí)例操作講解。同時(shí)，學(xué)院購(gòu)買了流程模擬軟件Aspen Plus和50臺(tái)電腦，建立了流程模擬教學(xué)室。學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)后，再進(jìn)入模擬教學(xué)室練習(xí)。通過實(shí)例教學(xué)，使學(xué)生快速掌握軟件的使用方法。學(xué)生親自動(dòng)手完成一個(gè)個(gè)工藝流程模擬實(shí)例，掌握了設(shè)計(jì)軟件的使用方法，加深了對(duì)化工知識(shí)的理解，也對(duì)化工生產(chǎn)過程有了更直觀的認(rèn)識(shí)。

為了使學(xué)生了解真實(shí)的化工生產(chǎn)過程，學(xué)院建立了化工虛擬仿真中心。仿真體系包括化工單元操作仿真、化工過程控制仿真、化工安全仿真和工藝流程模擬優(yōu)化仿真。學(xué)生通過仿真體系的DCS控制系統(tǒng)，控制原料進(jìn)料，調(diào)節(jié)操作溫度、壓力，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，為今后進(jìn)入化工廠實(shí)習(xí)或工作奠定基礎(chǔ)。

2.4 加強(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練，提高設(shè)計(jì)水平

為了提高學(xué)生的化工設(shè)計(jì)水平，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，在課程學(xué)習(xí)中增加了兩項(xiàng)設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練。實(shí)訓(xùn)一要求學(xué)生按照教師指定的生產(chǎn)工藝，選擇合適的生產(chǎn)裝置，按照流程的組織原則確定裝置的連接方法，明確裝置的操作條件，完成裝置的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)。同時(shí)提交帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和主要裝置的設(shè)備條件圖。實(shí)訓(xùn)二將學(xué)生每5人為一組，完成一種工藝流程的設(shè)計(jì)。通過Aspen Plus模擬軟件，完成工藝流程的物料衡算和能量衡算，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行裝置的選型設(shè)計(jì)，車間布置設(shè)計(jì)、車間管路設(shè)計(jì)和廠區(qū)布置設(shè)計(jì)。要求學(xué)生利用Auto CAD 繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，車間布置圖、車間管路圖和廠區(qū)布置圖。完成設(shè)計(jì)后進(jìn)行答辯匯報(bào)，由每組組長(zhǎng)介紹流程設(shè)計(jì)過程每個(gè)組員完成的工作，取得的成果，并由教師對(duì)匯報(bào)中的一些問題進(jìn)行提問，組員進(jìn)行解答。通過這兩項(xiàng)設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練，鍛煉了學(xué)生綜合應(yīng)用各學(xué)科知識(shí)的能力，提高了設(shè)計(jì)水平，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)精神，為化工設(shè)計(jì)大賽等競(jìng)賽活動(dòng)奠定了扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

2.5 增加考核內(nèi)容，突出實(shí)踐能力

化工設(shè)計(jì)課程的考核要符合新工科建設(shè)人才培養(yǎng)的要求，要改變以往考核形式單一，只注重記憶和應(yīng)試的考試形式。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的過程考核，進(jìn)行全過程學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)，特別是學(xué)生綜合應(yīng)用能力和實(shí)踐能力的考核。改革后，課程考核分為幾部分：①平時(shí)成績(jī)，主要是看學(xué)生的作業(yè)、回答問題情況和學(xué)習(xí)態(tài)度，占10%。②上機(jī)實(shí)習(xí)成績(jī)，考察學(xué)生模擬軟件的掌握程度和虛擬仿真的操作情況，占20%。③設(shè)計(jì)實(shí)踐一的成績(jī)，評(píng)價(jià)學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)一的情況，占10%。④設(shè)計(jì)實(shí)踐二的成績(jī)，評(píng)估學(xué)生完成實(shí)訓(xùn)二的情況，占20%。⑤期末考試，以閉卷考試的形式評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力，占40%。新的考核體系，突出了學(xué)科交叉應(yīng)用能力和實(shí)踐能力的考核，符合新工科建設(shè)的要求，更能真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3 結(jié)語

新工科建設(shè)理念指導(dǎo)下，對(duì)化工設(shè)計(jì)課程進(jìn)行深入分析和大力改革，取得了很好的成效。實(shí)踐證明，通過加強(qiáng)課程思政建設(shè)，學(xué)生的思想道德獲得很大提升，形成了正確的價(jià)值觀和人生觀。通過完善授課內(nèi)容，增加軟件教學(xué)和仿真實(shí)訓(xùn)，使化工設(shè)計(jì)課程更貼近設(shè)計(jì)實(shí)際，使化工專業(yè)學(xué)生更符合化工企業(yè)對(duì)人才的要求。加強(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練，改革考核方式，促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了設(shè)計(jì)水平。這些措施的實(shí)施，滿足了新工科建設(shè)的要求，也將促進(jìn)化工設(shè)計(jì)課程的良好發(fā)展。