魏學(xué)嶺　潘夢　霍朝飛　石志盛

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的突飛猛進(jìn)，化工專業(yè)面臨的挑戰(zhàn)空前嚴(yán)峻，亟須進(jìn)行優(yōu)化完善，創(chuàng)新推進(jìn)新工科教育?；ぴO(shè)計作為化工專業(yè)學(xué)生的必修課程，是把化工項目從實驗室搬至化工現(xiàn)場的一個中間重要環(huán)節(jié)，存在著課程內(nèi)容繁雜、教學(xué)方法單一、課程考核方式與工程實踐能力培養(yǎng)不對等等問題。為此，本課程團(tuán)隊基于OBE理念，著手于化工設(shè)計課程群的整體觀建立、新型教學(xué)方法的運(yùn)用、考核方式的重構(gòu)等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究和綜合實踐。通過課程體系和教學(xué)模式的調(diào)整，建立了一種集工程思維、工程設(shè)計與操作、綜合能力培養(yǎng)為一體的化工設(shè)計課程教學(xué)模式，確保教學(xué)質(zhì)量顯著提高。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)計課程群；新工科；OBE教育理念；教學(xué)改革

中圖分類號：G642? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1673-260X（2023）04-0108-03

OBE教育理念看中的是學(xué)習(xí)過程中獲得更多的知識和經(jīng)驗，而不是先前學(xué)習(xí)的累計。因此尋求并設(shè)計適宜的教育活動來保證學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中獲得更多的知識和經(jīng)驗顯得格外重要[1]。根據(jù)OBE教育理念，每個工程專業(yè)都需要根據(jù)世界科技發(fā)展方向、國家落后領(lǐng)域、企業(yè)需求等來確定專業(yè)的培養(yǎng)理念和方案。

當(dāng)前，我國工程教育的外部環(huán)境正在快速發(fā)生變化，國際上正在推動發(fā)展新經(jīng)濟(jì)，世界范圍內(nèi)在搶占產(chǎn)業(yè)和科技革命的制高點(diǎn)，而國內(nèi)經(jīng)濟(jì)也正處在新舊更替的關(guān)鍵時期。為了推動高校加快培養(yǎng)適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)需求、引領(lǐng)未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)卓越工程技術(shù)人才，為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國際競爭提供智力支持和人才保障，自2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”“新工科三部曲”的出現(xiàn)表明我國已經(jīng)步入科教融合協(xié)同的新工科教育行列，開啟了新中國模式工程教育的新大門，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，為建成國際一流特色高水平工科鋪平道路。2019年4月，“六卓越一拔尖”計劃2.0啟動大會以新工科建設(shè)為龍頭，全面推進(jìn)新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)，全力探究實施工程教育的中國模式、全面積累新工科建設(shè)的中國經(jīng)驗，全力支持建設(shè)高等教育強(qiáng)國。新工科教育并非傳統(tǒng)工科的替代版，而是卓越教育的升級版，是對我國當(dāng)前工程教育存在問題的全面反思，是工程教育對工程活動“新業(yè)態(tài)”的全面回應(yīng)，是面向未來的、切實可行的“國家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級”的落實路徑和創(chuàng)新舉措[2]。與此同時，新工科教育也為OBE教育理念確定了培養(yǎng)目標(biāo)。

化工學(xué)科是傳統(tǒng)的工科，但在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天也面臨這前所未有的挑戰(zhàn)。首先，目前全世界化工類產(chǎn)業(yè)正面臨著前所未有的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，將有一大批創(chuàng)新技術(shù)的突破，隨之將誕生新興產(chǎn)業(yè)，而我國的化工產(chǎn)業(yè)與世界化工強(qiáng)國相比還有一定差距，我國必須加快創(chuàng)新人才培養(yǎng)，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大膽擁抱終端市場，向高端產(chǎn)業(yè)鏈邁進(jìn)。其次，新經(jīng)濟(jì)背景下，知識爆炸，化工領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬，并與相關(guān)領(lǐng)域和技術(shù)（如生物技術(shù)、能源技術(shù)、新材料技術(shù)、信息技術(shù)、基因工程等）進(jìn)一步交叉融合，化工類專業(yè)必須重視“交叉與融合的創(chuàng)新型”人才培養(yǎng)。此外，世界各國共同面臨資源短缺、能源緊張、環(huán)境污染、氣候變化等難題，而要解決這些問題，必然需要化工專業(yè)人才貢獻(xiàn)智慧和力量?？傊?，無論從目前化工類專業(yè)人才與“產(chǎn)業(yè)需求”的差距來看，還是從化工類專業(yè)的特點(diǎn)及“技術(shù)發(fā)展”的趨勢分析，當(dāng)前傳統(tǒng)的化工類專業(yè)教育必須進(jìn)行“升級改造”，努力推進(jìn)新工科教育[3]，使培養(yǎng)的學(xué)生不僅在本專業(yè)上學(xué)業(yè)精深，具備技術(shù)優(yōu)勢，而且還應(yīng)具有學(xué)科交叉融合的特征，懂得經(jīng)濟(jì)、社會和管理，兼具良好的人文素養(yǎng)。

化工設(shè)計課程是化工專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課，是把化工項目從實驗室搬至化工現(xiàn)場的一個中間環(huán)節(jié)[4]，學(xué)生可在化工設(shè)計現(xiàn)場學(xué)習(xí)操作步驟和如何應(yīng)對突發(fā)問題，從而進(jìn)一步讓學(xué)生掌握課程外的知識，培養(yǎng)其強(qiáng)大的心理素質(zhì)，并使學(xué)生具備分析和解決實際工程問題的能力、正確的設(shè)計思想和化學(xué)工程師的基本素質(zhì)。隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，社會對高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求量不斷增大，對學(xué)生的化工設(shè)計創(chuàng)新能力和分析解決問題的能力要求更高。因此在化工設(shè)計教學(xué)中，可以增加更具有創(chuàng)新型的題目以及實際工廠中所能遇到的問題作為題目考查學(xué)生，以及平時多向?qū)W生提問題，讓他們積極的思考來鍛煉其分析解決問題的能力。

1 化工設(shè)計教學(xué)中存在的問題

化工設(shè)計具有理論實踐相結(jié)合、知識點(diǎn)零散且復(fù)雜、動手能力強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來十分困難，動手做設(shè)計時不能充分地將理論應(yīng)用于實際中。故當(dāng)前化工設(shè)計教學(xué)中主要存在以下幾方面的問題：

1.1 課程內(nèi)容繁雜，難以系統(tǒng)掌握及運(yùn)用

化工設(shè)計是一門綜合性課程，不僅要求學(xué)生具備物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)[5]、化工機(jī)械設(shè)備知識等專業(yè)課程知識，還要具備計算機(jī)繪圖和設(shè)計處理能力。學(xué)校開設(shè)了CAD繪圖、計算機(jī)應(yīng)用和計算機(jī)編程課程，但由于學(xué)生對這些課程的不重視，使的他們?nèi)狈@些能力，導(dǎo)致平時的教學(xué)效率低下，學(xué)生不能綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課程知識來分析解決化工設(shè)計中所出現(xiàn)的問題。同時，化工設(shè)計涉及較多的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，但由于教師課時有限，也使得在介紹如何查詢及使用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范時，學(xué)生難以在短時間內(nèi)全面掌握化工設(shè)計方法[5]。

1.2 教學(xué)方法單一，實踐教學(xué)缺乏

當(dāng)前的化工設(shè)計類課程以課堂傳授灌輸為主，使的學(xué)生在課堂上的互動性不高并且缺乏自主探究、交流合作的機(jī)會，最終無法激發(fā)學(xué)生的興趣和主動性，教師過于單一的教學(xué)方法以及學(xué)生在學(xué)習(xí)方面機(jī)械化的照搬也使得學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵制，從而使學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)的積極性。最終導(dǎo)致學(xué)生不能夠熟練地掌握化工設(shè)計知識，更不能綜合運(yùn)用化工專業(yè)知識。為此，化工設(shè)計理論教學(xué)需與工廠實際教學(xué)相結(jié)合，帶領(lǐng)學(xué)生親身感受并學(xué)習(xí)一下工廠運(yùn)行過程，從而激起學(xué)生對化工設(shè)計課程的興趣。

1.3 課程考核方式與工程實踐能力培養(yǎng)不對等

化工設(shè)計課程具有很強(qiáng)的實踐性，目前課程考核仍然局限于單一的非開放性閉卷考試方式，很難提高學(xué)生的主觀能動性，也不能準(zhǔn)確評價學(xué)生對實踐類知識與技能的掌握程度[5]，不利于培養(yǎng)工程教育導(dǎo)向的應(yīng)用型人才培養(yǎng)[7]。在教學(xué)實踐過程中應(yīng)該引入新的人才培養(yǎng)模式和課程考核模式為指導(dǎo)，教師在評估學(xué)生學(xué)習(xí)效果時，應(yīng)該也需考慮學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合實踐能力以及團(tuán)隊協(xié)作能力。因此，為了工程教育OBE理念培養(yǎng)的要求，全面客觀地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，建立科學(xué)的、合適的實驗考核方法，顯得非常必要。

2 化工設(shè)計課程群建設(shè)

針對化工設(shè)計教學(xué)中的問題，本專業(yè)借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的工程教育人才OBE培養(yǎng)理念，結(jié)合我校的辦學(xué)定位，以面向工程教育的人才需求為目標(biāo)，構(gòu)建能適應(yīng)新形勢下化工專業(yè)工程教育要求的“化工設(shè)計”課程群。通過引入化工設(shè)計課程群的理念，以信息化教學(xué)、虛擬仿真和工程實踐相結(jié)合的教學(xué)方式調(diào)動學(xué)生積極性，并著重以產(chǎn)品設(shè)計思路和設(shè)計過程監(jiān)控為主導(dǎo)的教學(xué)考核方式，實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)的需求。其過程實施方式如圖1所示。

2.1 一體化化工設(shè)計課程群的構(gòu)建

化工設(shè)計是一門綜合性課程，不僅包含多門專業(yè)課程和輔助課程的知識內(nèi)容，而且涉及較多的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。學(xué)生難以在短時間內(nèi)將所學(xué)的知識融會貫通，綜合運(yùn)用，并全面掌握化工設(shè)計方法。因此，如何將多個知識點(diǎn)、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等碎片化的內(nèi)容整合在一起，形成關(guān)聯(lián)緊密的教學(xué)體系進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其動手能力是化工設(shè)計課程建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)。以“化工設(shè)計”為中心，將相關(guān)課程交叉融合在一個課程群內(nèi)，讓學(xué)生在理解知識的途中，可以根據(jù)課程群中的其他課程知識去解釋并理解另一個課程知識，從而使學(xué)生更全面的系統(tǒng)的掌握和應(yīng)用知識。增加實驗教學(xué)課程群，可以提高學(xué)生的綜合實驗素質(zhì)和實驗操作能力，帶動整個教學(xué)水平的提升?；ぴO(shè)計課程群的設(shè)計可以根據(jù)學(xué)科的知識構(gòu)架、學(xué)生的興趣導(dǎo)向、學(xué)生的未來就業(yè)選擇出發(fā)進(jìn)行構(gòu)建，在化工設(shè)計課程的基礎(chǔ)上，融合有相通之處的課程，形成層次遞進(jìn)的課程群體系。

2.2 新型教學(xué)方法的運(yùn)用

現(xiàn)代化教學(xué)方法的運(yùn)用，不僅用來傳遞教學(xué)內(nèi)容，而且還會改變傳統(tǒng)的教與學(xué)的方法，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生深入地思考。為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，課程群建設(shè)除采用雨課堂、學(xué)習(xí)通等先進(jìn)教學(xué)方法外，擬構(gòu)建“線上線下、實驗教學(xué)、課外實踐”的全過程、全方位、一體化的教學(xué)。培養(yǎng)學(xué)生的實踐和動手能力。

首先，依托學(xué)院教學(xué)中心虛擬仿真實驗教學(xué)資源，能積極利用大數(shù)據(jù)中的知識和資源數(shù)據(jù)以及企業(yè)的開發(fā)實力和支持服務(wù)能力，使學(xué)生身臨其境的模擬實驗的操作流程，增加課堂趣味性，從而最大限度地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力以及解決問題的能力。由于虛擬仿真實驗教學(xué)具有擴(kuò)展性、兼容性、前瞻性，故可通過共享更廣范圍內(nèi)的教學(xué)資源來提高學(xué)生的課內(nèi)外知識并培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在它的協(xié)助下，使學(xué)生更廣闊更深層的了解化工，激發(fā)學(xué)生對化工生產(chǎn)工藝的興趣，提升新時代大學(xué)生的創(chuàng)新精神、實踐能力，從而達(dá)到理論教學(xué)難以實現(xiàn)的效果。

其次，鼓勵校外專家進(jìn)課堂、專家座談會及老師走入企業(yè)的教學(xué)模式。該模式可以針對學(xué)生的薄弱之處進(jìn)行分析與講解，來強(qiáng)化并擴(kuò)展學(xué)生的工程思維，也可以加快產(chǎn)教融合，提高學(xué)生對接市場的能力。老師走入企業(yè)可使老師進(jìn)一步全面的了解目前工廠各生產(chǎn)系統(tǒng)和最近化工行業(yè)產(chǎn)品趨勢，校外專家進(jìn)課堂、專家座談會使學(xué)生了解到現(xiàn)代工廠生產(chǎn)的復(fù)雜化、數(shù)字化、一體化。師生共同提升使的在課堂上有更多的交流空間，從而提高課堂互動率，提升學(xué)生的接收能力和學(xué)習(xí)效率。對一些比較復(fù)雜、晦澀難懂的課程內(nèi)容也可以通過專家進(jìn)課堂、專家座談會來講解，學(xué)生便可以綜合多位老師的講解更深刻地掌握這些課程內(nèi)容，極大程度地提高了教學(xué)效果。

最后，依托化工設(shè)計競賽，推進(jìn)“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促育”的教學(xué)改革，通過競賽過程可以促進(jìn)師生深入交流，讓學(xué)生掌握在課堂學(xué)不到的各種技術(shù)和能力，實現(xiàn)由大學(xué)生向工程師的角色轉(zhuǎn)變。設(shè)計競賽可以促進(jìn)教學(xué)改革，因為競賽對高校教師的教學(xué)實踐能力能夠起到全面深化的作用，明顯提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，從而與現(xiàn)代教育接軌，為國家企業(yè)培養(yǎng)實踐創(chuàng)新型人才。融入學(xué)科競賽的新教學(xué)模式，將會不斷增強(qiáng)新工科學(xué)生的提出分析解決問題能力、創(chuàng)新思維能力、獨(dú)立思考能力、團(tuán)隊合作能力等，成為新工科改革、教學(xué)改革的鋪路石。

2.3 考核方式改革

化工設(shè)計的成績通常由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、期末考試組成。除了課堂表現(xiàn)，其他方面的考核都不能充分反映學(xué)生的工程實踐能力和對知識綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)。為實現(xiàn)新工科建設(shè)的新要求，我們提出“產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新+設(shè)計過程監(jiān)控+結(jié)果審核”三位一體的考核方式。（1）產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新：給予學(xué)生不同考核題目，讓學(xué)生大膽創(chuàng)新。（2）設(shè)計過程監(jiān)控：對學(xué)生的設(shè)計情況進(jìn)行全程監(jiān)管。（3）設(shè)計結(jié)果審核：學(xué)生完成設(shè)計后，教師結(jié)合學(xué)生在設(shè)計過程中臨場分析處理問題及數(shù)據(jù)分析處理的能力對設(shè)計方案進(jìn)行審核。設(shè)計合理，數(shù)據(jù)處理恰當(dāng)，內(nèi)容豐富，學(xué)生考核通過；設(shè)計內(nèi)容不合理，數(shù)據(jù)處理不恰當(dāng)，內(nèi)容單一，考核不通過，安排學(xué)生重新設(shè)計。

3 結(jié)語

為了使學(xué)生較快適應(yīng)新的教育方式，幫助其較好地掌握并拓展化工設(shè)計相關(guān)專業(yè)知識，并針對工程教育的人才知識結(jié)構(gòu)和能力的市場需求，課程團(tuán)隊重點(diǎn)著手于化工設(shè)計課程群的整體觀建立、新型教學(xué)方法的運(yùn)用、考核方式的重構(gòu)等方面進(jìn)行系統(tǒng)研究和綜合實踐。通過課程體系和教學(xué)模式的調(diào)整，建立了一種集工程思維、工程設(shè)計與操作、綜合能力培養(yǎng)為一體的化工設(shè)計課程教學(xué)模式，確保教學(xué)質(zhì)量的顯著提高，為化工專業(yè)工程教育的課程改革提供一種新思路。

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收稿日期：2023-01-22

基金項目：安徽省教學(xué)示范課（2020SJJXSFK0348）；安徽省線上線下混合式和社會實踐課程（2020xsxxkc070）；安徽省教學(xué)示范課（2020SJJXSFK0328）