祝 杰，李惠茗，李紅梅

(1 成都大學(xué)高等研究院，四川 成都 610106；2 成都大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，四川 成都 610106)

化工原理課程設(shè)計(jì)是化工類或近化工工程專業(yè)本科生的一門必修課程，是培養(yǎng)與提高學(xué)生運(yùn)用專業(yè)知識提升工程技能的有益實(shí)踐。本課程是基于化工原理“三傳”理論，以單元操作為分析對象，進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)[1]。學(xué)生需要針對設(shè)計(jì)任務(wù)，通過查閱資料(包括：法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、書籍、文獻(xiàn)等)，擇優(yōu)選定較為理想的工藝流程，并進(jìn)行過程和設(shè)備的工藝計(jì)算，提出保證過程正常、安全運(yùn)行所需要的監(jiān)測和計(jì)量參數(shù)，最終用精煉的語言、簡潔的文字、清晰的圖表、規(guī)范的格式來表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想和計(jì)算結(jié)果[2]。通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可以加深對化工單元操作的理解和認(rèn)識，掌握典型單元操作的理論計(jì)算，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識解決工程實(shí)際問題的應(yīng)用能力，為后續(xù)參加化工設(shè)計(jì)大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)、科研和工程實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)[3]。目前，全球新冠肺炎疫情仍處于高位，國內(nèi)眾多高校均開展了課程設(shè)計(jì)的線上教學(xué)實(shí)踐，加強(qiáng)化工原理課程設(shè)計(jì)線上教學(xué)方法探討，提高課程教學(xué)質(zhì)量，對培養(yǎng)新形勢下化工類專業(yè)應(yīng)用型人才具有重要意義。

1 線上教學(xué)的一般問題

充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)資源的豐富性與便捷性，開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已成為近年來教改熱點(diǎn)，如通過百度網(wǎng)盤、超星學(xué)習(xí)通等共享學(xué)習(xí)資料，借助騰訊課堂、雨課堂等平臺開展直播授課[4]，利用優(yōu)質(zhì)慕課資源，隨時隨地學(xué)習(xí)提升。然而，通過校際交流與文獻(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前課程設(shè)計(jì)的線上教學(xué)尚存有一些問題：

(1)多元化的公共網(wǎng)絡(luò)資源在一定程度上能拓寬學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知，提升學(xué)習(xí)興趣，但教學(xué)過程仍然以“填鴨式”為主[3]，學(xué)生多數(shù)通過聽從老師對典型計(jì)算過程的講解，不假思索按部就班地完成工藝計(jì)算，模仿工藝圖紙拼湊設(shè)計(jì)圖稿，學(xué)生并未深入理解設(shè)計(jì)過程，很難達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生靈活工程思維和創(chuàng)新工程意識的教學(xué)目的。

(2)工科專業(yè)涉及知識點(diǎn)多，涉及面廣，綜合性強(qiáng)，學(xué)科多樣化的知識結(jié)構(gòu)與有限的課時安排存在矛盾，教師備課重點(diǎn)雜而不精，學(xué)生往往在聽完概述內(nèi)容后容易產(chǎn)生“時間緊、任務(wù)重”的課程印象，降低了學(xué)習(xí)興趣和主動性，滋生的擔(dān)憂或應(yīng)付心理難以讓學(xué)生認(rèn)真完成課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練。

(3)設(shè)計(jì)任務(wù)及考評方式單一[5]，學(xué)生參與度不高，且容易在設(shè)計(jì)過程中相互“借鑒”，如參考同屆或往屆設(shè)計(jì)作業(yè)，使得本該沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的設(shè)計(jì)結(jié)果趨于一致，教師難以掌握學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)情況，并給出客觀公正的成績。

(4)網(wǎng)絡(luò)課堂缺少師生互動，教師無法及時捕獲學(xué)生疑惑點(diǎn)，問題反饋滯后并形成惡性循環(huán)，教學(xué)效果不佳。(5)缺乏課程思政教育，由于受緊張的學(xué)時限制，教師耗費(fèi)大量時間向?qū)W生傳授課程設(shè)計(jì)方法，但往往忽視了職業(yè)道德、從業(yè)規(guī)范及工程倫理等問題，未能很好地發(fā)揮社會主義核心價值觀的引領(lǐng)作用。

2 改革措施

學(xué)習(xí)是一個積極主動的建構(gòu)過程，個性化學(xué)習(xí)與自我教育是提升學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的關(guān)鍵。針對上述問題，課程創(chuàng)設(shè)時，擬采用以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式(PBL， Problem-based Learning)，并融入全員育人、全程育人、全方位育人的“三全育人”理念[6]，將學(xué)生學(xué)習(xí)方法由傳統(tǒng)的接受式教育轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾魈剿魇綄W(xué)習(xí)，在教師傳達(dá)的經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)上，通過師生互動、生生互動，主動構(gòu)建屬于學(xué)生自己的新經(jīng)驗(yàn)和知識構(gòu)架。因此，教師創(chuàng)造適宜的學(xué)習(xí)情境尤為重要，在線上教學(xué)活動中通過高效的“任務(wù)和問題驅(qū)動式”教學(xué)，并融入思政元素，可望同時提升課程的實(shí)效性與思政育人效果?；趫D1所示的設(shè)計(jì)思路，通過汲取其它高校教師在該課程線上教學(xué)過程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我校實(shí)際情況，對本課程進(jìn)行了以下創(chuàng)新實(shí)踐：

圖1 課程創(chuàng)設(shè)思路Fig.1 Ideas ofcourse design

2.1 采用引導(dǎo)式的教學(xué)方式

首先，教師在備課時提前了解學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握情況，精心準(zhǔn)備工程素材，例如可通過演示工程設(shè)計(jì)案例、化工設(shè)計(jì)大賽作品、生產(chǎn)現(xiàn)場圖片、視頻、動畫等，加深學(xué)生對工程問題的理解和認(rèn)識，使課堂教學(xué)生動形象，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。接下來，圍繞授課各專業(yè)工程背景，依托創(chuàng)設(shè)與工程實(shí)際聯(lián)系緊密的設(shè)計(jì)情境，盡可能采用學(xué)生認(rèn)知實(shí)習(xí)中已接觸的化工單元操作為實(shí)例，并根據(jù)大部分學(xué)生實(shí)際掌握的理論知識水平和工程能力對設(shè)計(jì)情境進(jìn)行簡化。最后，以理論為基礎(chǔ)，以任務(wù)為目標(biāo)，仿照設(shè)計(jì)院的工作模式，設(shè)立“項(xiàng)目組”，引導(dǎo)組內(nèi)學(xué)生明確個人職責(zé)，以團(tuán)隊(duì)力量完成設(shè)計(jì)任務(wù)。這種PBL教學(xué)方法：以學(xué)生為主體，以設(shè)計(jì)任務(wù)為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生主動參與到教學(xué)活動中，由學(xué)生得出自己的結(jié)論，可大幅度提升學(xué)生的參與感和學(xué)習(xí)興趣[7]。同時組織學(xué)生在課堂中進(jìn)行討論，形成良好的師生互動氛圍。雖然分組訓(xùn)練表面上減少了學(xué)生個人承擔(dān)的任務(wù)量，但團(tuán)隊(duì)協(xié)作可以增強(qiáng)學(xué)生對設(shè)計(jì)過程的整體認(rèn)知，在交流互動中，學(xué)生的工程實(shí)踐、溝通協(xié)調(diào)、綜合運(yùn)用等各方面能力均可得到有效鍛煉。

2.2 靈活運(yùn)用線上教學(xué)的高效性

線上教學(xué)時，資料分享、素材切換與設(shè)計(jì)技能演示更便捷，可以讓抽象內(nèi)容具體化，尤其是專業(yè)軟件實(shí)操方面，如Auto CAD制圖、Excel實(shí)現(xiàn)非線性方程求解、算表編制、公式編輯器使用等，學(xué)生可以通過重復(fù)觀看課程回看或視頻教程等方式，熟練掌握軟件使用技巧，大幅壓縮授課時間，節(jié)省出更多的課時用于學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐。在授課內(nèi)容安排方面，結(jié)合案例分析重點(diǎn)闡述設(shè)計(jì)邏輯和規(guī)范，梳理各步驟涉及的知識構(gòu)架及其相互聯(lián)系，淡化計(jì)算過程的推演和詳解，弱化對慣用設(shè)計(jì)方法的主觀認(rèn)識，鼓勵學(xué)生自主思考與創(chuàng)新。在課堂互動方面，教師可以從留言板或分組討論群中了解學(xué)生疑惑，對問題實(shí)行分類別討論。教師備課時要充分考慮學(xué)生現(xiàn)有的知識儲備和潛在的授課難點(diǎn)，提前為學(xué)生制定預(yù)習(xí)方案，分享相關(guān)教程資料，并設(shè)立加分項(xiàng)以鼓勵“師-生”、“生-生”互動。

2.3 添加隨機(jī)元素提升差異性

設(shè)計(jì)任務(wù)選題時，可針對同一種單元操作指定不同的工藝參數(shù)用于分組練習(xí)，在合理的參數(shù)范圍內(nèi)通過隨機(jī)組合，理論上將產(chǎn)生完全不同的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以有效降低設(shè)計(jì)作品的相似度。這種選題方法另一個優(yōu)點(diǎn)在于主要設(shè)計(jì)步驟大體一致，潛在問題集中且可控，課堂互動及答疑解惑更易進(jìn)行。在分組方面，由于學(xué)生的層次參差不齊，常見的自由組合形式容易出現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、散兵游勇的分組情況，部分學(xué)生得不到有效訓(xùn)練，或者出現(xiàn)一人肩負(fù)全組重任的不當(dāng)現(xiàn)象。為了提升學(xué)生參與度，遏制部分同學(xué)“渾水摸魚”的想法，采用隨機(jī)分組的方式產(chǎn)生若干個“項(xiàng)目組”，在一定程度上體現(xiàn)出分組公平性，激發(fā)全員參與課程設(shè)計(jì)的積極性。

2.4 多元化的成績評定標(biāo)準(zhǔn)

為了避免“大鍋飯”式的學(xué)生成績評定，在課程考查方面，加大教學(xué)過程中的考核。平時成績占比50%，課程設(shè)計(jì)作品成績占比50%。其中，平時成績積分類別包括：個人考勤(30%)、師生互動(20%)、組內(nèi)互動(30%)及樂于助人(20%)。個人考勤中還包含組員全勤的基礎(chǔ)成績部分，達(dá)到學(xué)生相互監(jiān)督的目的，提高出勤率。值得注意的是，設(shè)定樂于助人項(xiàng)主要是為了增進(jìn)組與組之間的交流互助，可以通過軟件安裝指導(dǎo)、經(jīng)驗(yàn)分享等形式體現(xiàn)。課程設(shè)計(jì)成績以分組完成的最終設(shè)計(jì)作品成績?yōu)閰⒖?，個人成績則是在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際表現(xiàn)體現(xiàn)差異。具體可借鑒設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員角色劃分方法：項(xiàng)目組由一名推選組長(類似項(xiàng)目經(jīng)理)及各組員組成，組長需要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求及組員特長進(jìn)行任務(wù)分解和分工，掌握總體進(jìn)度，并負(fù)責(zé)任務(wù)協(xié)調(diào)，設(shè)計(jì)文件嚴(yán)格按照“編校審”的質(zhì)量管理模式進(jìn)行編制。因此，學(xué)生的設(shè)計(jì)作業(yè)成績與其承擔(dān)的角色及角色任務(wù)的完成情況直接相關(guān)，這種績效考核方法對認(rèn)真完成設(shè)計(jì)任務(wù)的學(xué)生而言無疑更公平，同時也加強(qiáng)了組員責(zé)任心與集體榮譽(yù)感。最終設(shè)計(jì)文件評分細(xì)則中加大創(chuàng)新元素占比，鼓勵采用新方法(如Aspen Plus計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)驗(yàn)證)、新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)等[3]，另外圍繞安全、環(huán)保、可持續(xù)的設(shè)計(jì)理念、文獻(xiàn)資料規(guī)范引用以及文檔質(zhì)量等方面進(jìn)行分值評定，嚴(yán)格懲治抄襲、剽竊等行為。通過建立多元化、多角度、多點(diǎn)位的評分體系，以期得到該課程客觀有效的成績評定。

2.5 增強(qiáng)課程思政教育

充分發(fā)揮課程育人的作用，貫徹落實(shí)高校新工科建設(shè)立德樹人的根本任務(wù)[8]，在教學(xué)過程中巧妙融入課程思政元素，增強(qiáng)民族復(fù)興的偉大理想和社會責(zé)任感，為學(xué)生解讀政策法規(guī)，宣揚(yáng)職業(yè)道德，開展愛崗敬業(yè)教育，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)安全與責(zé)任。結(jié)合實(shí)際案例明確設(shè)計(jì)活動中的個人表現(xiàn)與在社會發(fā)展的內(nèi)在聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，培養(yǎng)學(xué)生的工程認(rèn)知和良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣[6]。例如，可以通過分析由于設(shè)計(jì)失誤而引發(fā)的化工安全事故案例，提高學(xué)生對工藝設(shè)計(jì)重要性的認(rèn)知，強(qiáng)化安全意識和社會責(zé)任感。亦可通過優(yōu)秀的設(shè)計(jì)案例，剖析經(jīng)濟(jì)效益和社會價值的辯證統(tǒng)一，啟發(fā)學(xué)生對職業(yè)道德及工程倫理的思考，激發(fā)學(xué)生提高自我價值的方法和熱情。

3 教學(xué)初效

經(jīng)過兩年來的實(shí)踐探索，我?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)線上教學(xué)收效明顯，學(xué)生基本掌握查閱文獻(xiàn)手冊、搜集數(shù)據(jù)、選用公式的能力，能夠綜合分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求，確定化工工藝流程，準(zhǔn)確而迅速地進(jìn)行過程計(jì)算及主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、校核，學(xué)會運(yùn)用專業(yè)制圖軟件繪制工藝流程圖及主體設(shè)備設(shè)計(jì)條件圖，編制格式規(guī)范的設(shè)計(jì)說明書，師生間保持良好的互動，學(xué)生集體凝聚力增強(qiáng)。經(jīng)超星學(xué)習(xí)通統(tǒng)計(jì)分析，參課學(xué)生累計(jì)160余人，并按6～8人/組的人員配置完成典型的換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，共計(jì)收到20余份設(shè)計(jì)說明書(含設(shè)計(jì)圖冊)，未發(fā)現(xiàn)明顯重復(fù)之處，課程正常教學(xué)班級的考核成績呈正態(tài)分布。考核覆蓋了化工原理課程的部分理論知識點(diǎn)，具體涉及：傳動和傳熱兩個傳遞基礎(chǔ)理論以及相關(guān)理論計(jì)算?；竞w了工程設(shè)計(jì)理論規(guī)范、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)備選型、工程制圖、編制設(shè)計(jì)說明書等內(nèi)容，與本門課程教學(xué)大綱保持一致。從考核結(jié)果分析，本門課程的教學(xué)過程總體上達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生掌握理論知識應(yīng)用能力的教學(xué)效果，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決工程問題的能力，同時也鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)溝通、協(xié)作能力。

4 教學(xué)反思

化工原理課程設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐結(jié)合緊密，教學(xué)過程中要注重多引用化工實(shí)例進(jìn)行演示分析，加深學(xué)生對實(shí)際應(yīng)用理論知識過程的認(rèn)識。考慮到本課程知識點(diǎn)頗多，授課過程中宜適量增加隨堂練習(xí)，讓學(xué)生通過多動手的方式去提升相應(yīng)技能。目前，我校線上教學(xué)體系完善，教學(xué)平臺及相關(guān)資料建設(shè)均已完成。今后的教學(xué)過程中，應(yīng)注重線上線下互動，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度。在師資方面，本課程對授課教師的實(shí)踐能力要求較高，需要大量的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)作支撐。當(dāng)下，大部分青年教師來自高校應(yīng)屆畢業(yè)生，缺乏工業(yè)生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對工藝流程、設(shè)備結(jié)構(gòu)、廠區(qū)及車間布置的認(rèn)知還停留在書本層面上，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，對行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)不了解。因此，青年教師仍需要經(jīng)驗(yàn)豐富老教師的指導(dǎo)，有必要開展多種形式的教學(xué)研討和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)分享，打造高效課堂，也鼓勵新進(jìn)教師帶領(lǐng)學(xué)生深入企業(yè)開展認(rèn)知實(shí)習(xí)，促成校企合作，提升教師工程實(shí)踐能力。另外，也可通過邀請?jiān)O(shè)計(jì)院資深工程師采用線上講堂的方式，為學(xué)校師生傳授設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，不斷提升教師隊(duì)伍的教學(xué)水平。

5 結(jié) 語

針對我校以應(yīng)用型為主導(dǎo)培養(yǎng)模式的近化工類工程專業(yè)本科生，開展線上教學(xué)方法優(yōu)化創(chuàng)新，采用PBL教學(xué)模式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的灌輸式教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，靈活運(yùn)用線上教學(xué)的高效性，加強(qiáng)了教學(xué)互動，在既定的時間內(nèi)合理、有序地完成教學(xué)任務(wù)，通過向教學(xué)安排中添加隨機(jī)元素，提升設(shè)計(jì)任務(wù)的差異性，并結(jié)合多元化的成績評定標(biāo)準(zhǔn)，提高了學(xué)生參與度、責(zé)任心與集體榮譽(yù)感，在教學(xué)活動中穿插思政教育，引導(dǎo)并樹立學(xué)生正確三觀，通過優(yōu)化整合，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。線上教學(xué)改革兩年以來，學(xué)生的課程設(shè)計(jì)情況反饋良好，形成了應(yīng)用型大學(xué)特色鮮明的教學(xué)模式?？紤]到本課程理論與經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，目前國內(nèi)化工原理課程設(shè)計(jì)線上教學(xué)還需要在長期的教學(xué)實(shí)踐過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)教學(xué)方法，創(chuàng)新教學(xué)模式。今后將加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師能力水平建設(shè)，以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，從工程設(shè)計(jì)案例分析、教學(xué)手段、考評量化機(jī)制等方面作持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)，以培養(yǎng)兼具創(chuàng)新與應(yīng)用能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。