地方化工類特色高?！敖鹫n”建設探索實踐
——以“化工設計”課程為例

何祿英 喻發全 劉少文 陳金芳 鄧伏禮

(武漢工程大學 化工與制藥學院，湖北 武漢 430205)

自2018年6月教育部在成都召開“新時代全國高等學校本科教育工作會議”以來，本科教育質量的建設和提高成為各地高校關注的熱點。而教育部在今年發布的《實施一流本科專業建設“雙萬計劃”的通知》，更是直擊近年來高等教育的痛點，即高校本科人才培養質量面臨滑坡的局面，決定圍繞“擴圍、拓新、提質”，建設一批“一流本科、一流專業、一流人才”示范引領基地。專業課程作為高校人才培養的核心要素，通過合理提升學業挑戰度、增加課程難度、拓展課程深度，提高學生專業能力來打造“金課”[1]，切實提高課程教學質量，成為響應新工科時代我國本科教育新要求的必由之路。

化工設計是化學工程與工藝專業的核心課程之一，主要面向化學工程與工藝專業本科生。課程主要涵蓋了工藝流程設計、物料和能量衡算、設備計算、車間和管道布置，以及安全環保、公用工程和技術經濟等方面內容。課程要求綜合運用化工原理、化工熱力學、反應工程、分離工程、系統工程和化工工藝學等專業基礎知識，要求掌握現代化工設計的思想、方法和工具，強調理論與實踐相結合，培養學生的工程設計能力和工程觀念，是一門指導學生將化工專業知識應用到工程技術中的綜合性專業課程[2]。作為國家化工行業直接培養專業人才的化工專業的一門核心課程，化工設計課程的“金課”建設重要性不言而喻。而具有鮮明化工特色的地方高校在這一輪人才培養變局中也應起到行業“橋頭堡”的攻堅作用?；ぴO計課程在傳統教學中一直以來存在“重課堂、輕課外，重理論、輕實踐，重結果、輕過程”等問題[3-4]，而且傳統課程的教學內容、手段、講課方式以及考試方式等都不能適應現代化工建設項目的要求。為了擠走課程的“含水量”，加大“含金量”，為把這門核心課程打造成真正的“金課”，我們主要從教學內容、教學方法、教學評價這三個方面進行了教學改革，本文就我校針對“化工設計”課程“金課”改革已開展的部分實踐進行分析和探討。

1 更新教學內容，拓展課程深度

教學內容即是教什么，或者從對應面來說，就是學什么[5]。以前的課堂基于課程導向教育(curriculum-based education)理念，主要以老師和教材為主體，老師從教材中提取精華內容制作成PPT，講解給學生聽；而在工程教育專業認證體系中強調成果導向教育(outcome-based education)理念，要以學生為中心，強調學生學什么[6]。在成果導向教育理念下，課堂所傳授的知識不只是照本宣科，還要與學生將來的職業需求相適應。我們教學內容要從教師教什么到學生學什么進行轉變，遵循成果導向教育模式，對教學內容進行一些變革，具體措施如下。

1.1 通過線上教學延伸課時

化工設計課程一般為32學時，學時偏少，不足以完成化工設計課程內容的講解，很容易出現“滿堂灌”、“填鴨式”的“趕課時”現象，雖然滿足了教學任務的要求，但明顯缺乏與學生的互動，難以調動學生的學習興趣，達不到理想的教學效果。2018年，本課程獲得教育部第一批產學合作協同育人項目資助，與北京文化公司簽訂了慕課拍攝協議。在項目資助下，對我?！盎ぴO計”在線視頻課程按教材章節知識點進行錄制，一共33個15分鐘左右的微視頻，總時長548分鐘。線上課程內容重點突出，精煉簡潔，能夠涵蓋教材的全部重要知識點，并通過學校網站、優學院等平臺免費開放，鼓勵學生在課前觀看相應視頻進行預習，提高課堂教學質量。不僅如此，通過在線課程教學，我們在課外能夠大概延伸出來11個學時，將化工設計總學時擴充至43學時，保證教學效果。

1.2 選用參考資料補充完善教學內容

一般來講，教材是教學內容的主要來源，我?；ぴO計課程目前采用的教材是梁志武、陳聲宗主編的《化工設計》(第四版，2015)，是該門課程經典的教材之一。但以工程教育成果導向教育理念要求，單純講授教材的內容已經不能滿足學生對本課程的需求。我們教學團隊從現代化工工程師需求出發，經過充分討論，選取了《化工工藝手冊》(第五版，2018)為教師備課的主要參考資料，并在授課內容上與教材進行高度整合，對化工設計所要求的知識要點進行擴充，例如：第一章重點增加工藝包開發階段；第二章重點增加工藝開發放大的方法、化工裝置工藝節能技術、自動控制和典型的化工單元的控制(如泵、傳熱設備、乙烯裂解爐、精餾塔等)和詳細的工藝流程設計舉例；第三章重點增加公用工程平衡介紹；第四章詳細增加化工單元工藝設計，如反應器、塔設備、換熱器、儲罐、泵的設計等，從設備的概述、理論計算、選用、設計步驟、應用、設計舉例都有全新的內容補充；第五章重點增加廠址選擇和總圖布置；第六章增加管道設計基礎和單元配管設計(立式容器、泵、冷換設備等的配管設計)；第七章詳細增加環境保護中“三廢”的具體處理措施和工程經濟。此外，還強調科研對教學的推進作用，要求授課老師將在研的研究項目與教材要點進行融合，講解相關知識的最新進展和研究成果，不斷補充新內容。在講授方面，因為教材內容學生可以通過視頻進行自學，所以課堂講解內容主要為《化工工藝手冊》的擴充內容。

1.3 強化化工軟件學習

隨著世界經濟和科技(尤其是計算機知識)的快速發展，我國化工行業進入新的發展階段，化工設計過程中工藝計算、設備選型和繪圖等大量的工作也都可通過相應的化工軟件來完成。在教學過程中，我們也注重把計算機技術融入到課堂教學，鼓勵和要求學生深入學習相關化工軟件的操作。針對課程的核心內容，對相關軟件也進行了錄屏教學，如圖1所示。除此之外，還聘請Aspen Plus和AutoCAD專任教師到課堂進行案例教學，要求學生在課后完成相關軟件的大作業，通過多種手段強化學生的化工軟件運用能力。

2 改進教學方法，提升課程創新性

化工設計原有的教學方法主要以“三教”即教師、教材和教室為中心，并且以教師單向講授為主，課堂教學中與學生的互動不足，學生發揮空間有限。因此，課程教學方法的改革主要集中在從“教師怎么教”向“學生怎么學”轉變，從“以教為中心”教學模式向“以學為中心”的教學模式轉變[5]，對傳統的教學方法改進方式如下。

2.1 線上教學和線下教學相結合

隨著互聯網的發展，利用線上資源和手段完善我們的教學方法，已成為一個流行趨勢。經過積極建設，化工設計課程目前已經具有完善的線上資源，包括線上講義、課件、視頻和題庫等，所以改進后的課程教學主要采用線上線下相結合的混合式教學方法。在線上教學方面：1)課前要求學生提前預習線上視頻資料，了解基本內容，延伸課堂學時，完成全部線上課程的學生達95%以上；2)課中，在板書和多媒體相結合的基礎上，新融入了線上“優學院”、“雨課堂”中的簽到、搶答、投票、選人、彈幕等功能，極大的調動了學生的學習積極性，增強了學生的學習參與度；3)課后利用線上“優學院”平臺，發布討論話題，學生回帖數達1 183次，學生通過所學知識和查閱資料，線上發表自己的觀點，鞏固所學知識和拓展視野，也可進行提問和答疑。在線下教學方面：1)課堂教學中授課老師對線上課程所學內容進行總結回顧，組織學生進行提問、答疑，打造翻轉課堂；2)在課堂上實施案例教學法，重點通過具體的設計案例來講解知識點，引導學生理論聯系實際，鞏固學習成果，加強工程思維的訓練；3)授課老師在課堂上對學生進行相關化工計算、設計訓練，加強與學生的互動，激發學生的學習興趣和求知欲，給予學習創造性思考和表達的機會。4)與專業課程設計緊密銜接，理論和實踐緊密結合；5)鼓勵并指導學生參加全國大學生化工設計大賽，以賽促學，鼓勵學生全方位地掌握化工設計的基本程序和基本技能，把所學理論知識用于工程實踐，提高專業核心能力。

2.2 校內教學和校外教學相結合

“化工設計”課程是把化工過程從設想變為現實的一個設計過程，在這過程中需要各方面知識的融合，想要提高學生的化工設計能力，除了把所學的理論知識能融會貫通外，還需進行實踐環節的訓練。我們在校內課堂上注重理論知識的學習和積累，而在校外，通過在大中型化工企業、設計院等單位開展生產實習、畢業實習，讓學生在生產一線認識工藝流程、反應裝置等，從根本上了解化工設計內容。學生可以將所學知識快速地與實際相結合，增強學習效果，培養學生的工程素質能力。

3 優化考核方式，增加課程挑戰度

考核方式從“教的怎么樣”向“學的怎么樣”轉變，通過改變以往學生死記硬背，“期末一考定成績”的考核方式，推行全過程學業評價，綜合運用筆試、在線測試、非標準答案(討論)等多種考核形式。

以往的成績評定方式由考勤30%+期末筆試70%(閉卷)組成，經過改革后，現在最終成績由過程性成績和期末成績權重各占50%組成，具體如圖2所示。除期末考試為筆試，其余全部在線上完成，由服務器后臺統計學生數據完成成績分析，其中過程性成績由在線視頻學習10%(按照規定時間完成)、課堂情況10%(簽到、搶答、投票等)、討論5%、期中測驗10%和作業15%五部分組成。線上視頻學習10%為課前自學，了解掌握課程基本內容，為課堂上老師進行重難點講解和案例教學打好基礎；課堂情況10%由遵守課堂紀律、認證記錄學習筆記、簽到、搶答、投票、提出有價值問題等多個環節組成，具體執行比例由任課老師自行分配；討論部分5%為老師擬定題目，有設計案例閱讀，糾錯，具體環保問題分析等，在線上進行發帖討論；作業15%和期中測驗10%均為線上題庫中題目，由任課老師隨機抽題完成；在線上資源中，我們建立了線上題庫，習題總數為199道，每章題目平均25題，題目類型有選擇題、填空題、判斷題、簡答題、計算題、圖形分析題等。通過改革學生的考核和成績評定方式，進行全過程學業評價，以考促教，以考促學，激勵學生主動學習，刻苦學習，最終課程通過率達到99%。

圖2 成績評定方式變更圖

4 結語

化工行業在我國工業生產中占有舉足輕重的地位，化工專業課程尤其是“化工設計”課程的“金課”建設對培養化工專業人才具有重要作用。我校作為化工特色鮮明的地方高校，在“化工設計”課程的教學內容、教學方法和教學評價的改革創新方面進行了積極探索，并取得了一定成效，建設了“化工設計”在線開放課程資源，拓展了案例化實踐教學、討論式教學模式、搭建了化工設計競賽平臺，完善了“線上線下、校內校外、理實結合、實踐提升”的全過程、多環節、一體化的課程體系，提升了教學質量，增強了學生工程設計和實踐創新能力。多年來，化工專業畢業生就業率保持在93%以上，越來越多的畢業生受到化工設計院的青睞。近三年來，化工專業約105名學生成功參加全國化工設計大賽，其中15人獲全國一等獎，15人獲全國二等獎，10人獲全國三等獎，其余人獲優秀獎，成績斐然。隨著科技進步和教學手段的日益發展，教學改革將是一個持續改進的過程，今后“化工設計”的課程改革將沿以下方向進行，1)加大化工設計課程群的建設，把化工設計軟件課程如CAD、Aspen Plus等融合在化工設計課程中，教學和實踐環節更加緊密銜接，進一步完善課程群課程體系；2)把化工設計大賽內容適當融合在教學內容中，進行具體的案例式教學，真正做到“以賽促教，以賽促學”；3)進一步優化考核機制，鼓勵學生以團隊形式完成一項課程設計大作業，增加同學們的實操訓練和團隊協作能力；4)加大對專業教師工程能力和創新教學模式的培訓；5)積極爭取打造仿真實驗操作平臺，提高學生的實際操作能力。這些措施在持續的改革中將會不斷得到完善，力求“去水增金”，把化工設計課程打造成一門真正的“金課”，為社會培養與時俱進的高素質“新工科”人才。