基于項目驅動法的化工設計概論課程教學改革探討

張耀霞+曹振恒+楊曉霞+張雪梅

【摘要】本文針對延安大學化工學院化工設計概論課程的教學現狀與存在的問題，提出“以學生為中心”的項目驅動法教學，對化工設計概論的教學方法和教學內容進行改進，增加化工設計實踐環節與理論教學的比例，著重培養學生運用綜合基礎知識分析處理實際問題的能力。項目驅動法可以有效地激發學生的學習興趣，調動學生的積極性，提高其學習效率。

【關鍵詞】項目驅動法教學方法化工設計概論

基金項目：陜西省教育廳重點實驗室項目（16JS120）；延安大學校級項目（YDQ2014-35）。

“卓越工程師教育培養計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目[1]。該綱要要求以社會需求為導向，以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程實踐能力和工程素質，實現培養卓越工程師的目標。化工設計概論課程教學的目的是培養學生綜合運用所學知識，具有主動獲取知識的能力及解決問題的能力，有工藝過程的選擇和設計能力、設備的選擇和設計的能力以及化工廠設計的能力。

化工設計概論課程具有綜合性和實踐性

化工設計概論課程是化學工程與工藝專業的一門重要必修課，也是最后一門專業課，既體現了基礎課程的綜合性和實踐性，同時也是大學生向工程師轉化的一個重要教學實踐環節。課程學習要求學生具備物理、化學、化工原理、化工熱力學、分離工程、化學反應工程、化學工藝學以及化工autoCAD等課程的基礎知識。基于各門課程與化工設計課程的聯系，能對教學內容進行了整合優化[2-3]。從課程內容來看，工藝流程圖的設計、物料衡算與能量衡算、工藝設備的設計與選型主要應用了所學到的基礎專業知識，而車間平面布置圖、車間工藝設備布置圖及化工管路設計等方面更多的是涉及到行業規范和設計標準。化工設計的課程特點決定，學生利用學過的基礎課程就已經具有自學能力。教師應轉換角色，以學生為中心，給學生一個實踐的過程，將學習到的知識充分消化。

化工設計概論課程在教學中存在的問題

針對延安大學化工學院化工設計概論目前的教學現狀和存在問題，筆者結合國內各化工設計課的教學情況[4-9]，總結經驗，尋找差距。化工設計概論的教學主要采用理論與實踐相結合的方法。理論教學主要是課堂教授，偏重于化工設計方法的介紹及設計局部過程的理論計算，內容抽象枯燥，工藝計算過程深奧難懂，不能激發學生的學習興趣。

實踐環節通過設計作業和討論課來實現。設計作業相當于隨堂內容的復習。例如，教師在介紹過工藝流程圖后，會讓學生繪制某工藝的工藝流程圖；講過物料衡算和能量衡算后，會讓學生按照老師指定的流程進行物料衡算和能量衡算。學生只能例行公事的完成作業，抄襲嚴重，作業千篇一律。討論課經常針對某個點展開，無論課后作業還是討論過程中往往都是針對當堂知識點展開的復習和討論。這樣的學習缺少知識系統化的過程，導致知識點零散，工程訓練有限，無法建立系統化設計概念。另外，由于課時較少，很多問題不能展開討論，學生急切需要一個實踐過程，將學習到的知識充分消化，得以應用。

以項目為基礎對課程內容進行整體設計

項目驅動法是20世紀80年代在德國大力推行的一種教學模式，師生通過共同實施一個完整項目而進行的教學活動，通過教學方式的改變達到提高學生學習欲望和興趣的目的，促使學生主動去學習。通過一些精心設計的項目將課程環節理論教學、設計作業和實踐環節聯系在一起，從而實現學生工程能力的培養，是一種理論和實踐雙重提高的教學方法。目前，項目教學法作為一種高效的理論聯系實際的方法在各個教育領域、管理領域得以廣泛應用[10-12]。項目驅動法的方案主要包括項目的選擇、實施方案的制訂和執行。

1.項目的選擇

項目題目的選擇主要面向教學過程，應注意普遍性、實用性和典型性。此外，課題的難易程度要結合學生的實際能力。太簡單的課題，學生不夠重視，應付了事；太難的課題，學生會無從下手。選題可以采用全國大學生化工設計大賽（見表1）或者兄弟院校設計大賽的題，也可以選擇企業中實踐案例。如果認為化工設計大賽的題目過于復雜，可以適當降低作業的難度。教師應充分利用化工設計競賽題目設計教學活動，補充教學內容，模擬學習情境，滲透化工行業規范和設計標準，訓練學生工程實踐能力，在某些教學重點和難點上有所創新和突破。

2.實施方案的制訂

化工設計概論的課時較少，僅為36個課時，而化工設計的內容非常廣泛，必須根據側重點的不同進行刪減。化工設計分為工藝設計與非工藝設計。在內容的安排上，對工藝設計進行重點講述，對于非工藝設計簡單帶過。在化工設計的教學中要體現系統性和全局性，按照項目驅動法組織課程教學內容。即以一個典型工程設計實例為主線，將每一環節的教學內容劃分為理論教學和設計實踐兩個環節。對課堂教學內容進行大幅度的調整，采取實踐為主，理論為輔的模式，課時分配改變為1.25∶1。

每個設計題目要按初步設計框架作為全部設計內容，設計深度以項目建議書深度為參照標準。化工工藝設計的過程分為六個階段，在每個階段都有具體的任務相對應。項目的可行性分析階段的主要任務是可行性分析報告的書寫（2）；化工工藝流程設計的主要內容是工藝流程圖及繪圖工具autoCAD的應用（4+ 2）；物料衡算和能量衡算階段的主要任務是模擬計算軟件Aspen plus的學習和使用（2+8）；工藝設備的設計和選型的主要任務是對工藝中所使用的主要設備進行選型（2+2）；車間布置設計的主要任務是繪制車間平面布置圖和車間工藝設備布置圖（2+ 8）；化工管路設計的主要任務是繪制簡單的管道布置圖（2）；了解非工藝設計（2）。其中，理論課16個課時，實踐課20個課時。endprint

此課時的分布以化工工藝設計為核心，完全體現了化工設計概論的實踐性特點。開課之前引入項目介紹，首先對項目進行可行性分析，選擇合適的工藝路線。其次，在單元操作計算過程引進先進的流程模擬軟件進行嚴格計算，強化現代化化工設計軟件在工程設計中的應用。再次，因為工藝設備的設計和選型，是化工原理課程及其課程設計中的重點內容，在化工設計概論中只作簡單介紹。最后，車間布置設計和管道設計更多地涉及行業規范和標準，要求學生自主查閱設計規范。整個課程內容的設計去掉了重復內容，增加了軟件教學，減少了學生簡單計算工作。化工實踐教學是工程能力培養的重要目標，在實踐中學生的創新能力也會隨之得到鍛煉。

3.方案的實施

項目驅動法的實施過程如下：（1）學生通過分析討論明確總體目標，再根據總體目標把總項目分解為幾個子項目，作為課堂教學內容實施的載體；學生分組，4名或者5名學生共同完成一個設計任務。（2）教師在講授過程中將化工設計課程中的內容貫穿其中；學生查閱資料，提出設計的方案，完成設計任務。學生在設計過程中發現問題，帶著問題參與教學活動，在聽課過程中與教師一起討論并解決問題，完成理論學習與實踐的過渡。實施階段的成果包括工藝流程圖、物料流程圖、典型設備選型、工廠總體布置設計等。（3）項目結果修正展示。小組對自己的設計成果進行匯報和展示，并且在各項目小組進行組內和組間討論，找到各自項目說明書的缺陷和問題。

項目驅動法的教學效果

在化工設計概論課程教學中實施項目驅動法，會大大提高教學效果。

1.學習的效率得以提高

項目驅動教學法完全顛覆了傳統的“填鴨式”教育，讓學生實際接觸工程實踐，課堂中的理論在實訓中得到驗證，提高了學生的學習積極性和主動性。學生成為項目主體，經歷了化工設計的整個過程，自主查閱文獻確定工藝流程方案，選擇物料衡算和能量衡算的方法，進行設備的選型與設計，繪制工藝流程圖，應用軟件進行車間布置設計及管道的設計和布置，真正實現由被動訓練到自由選擇和主動參與的轉變。

2.工程素質得以提高

項目涵蓋了化工設計所需要內容，作業報告把所學基礎課程串聯起來。與傳統的作業比較，內容的深入性和完整性都有了很大的提高。項目完成的壓力促使學生積極查閱文獻、主動思考、分析解決實踐中碰到的問題，使其工程能力得到了很好的訓練。

3.綜合素質得以提高

項目驅動法教學給學生更多的思考空間，激發學生的競爭意識，培養學生的團隊合作能力，為以后走上工作崗位打好基礎。另外，項目的完成過程，有利于學生養成認真、細致的態度和綜合考慮的思維習慣。

4.教師的業務能力得以提高

在整個設計過程中，學生碰到的困難各種各樣，難以預料，這就促使指導教師不斷學習新知識、新方法去幫助學生，提高教師的業務能力。

綜上，化工設計課程具有較強的綜合性和實踐性，是大學生向工程師轉化的重要教學環節。通過采用“項目導入，任務驅動”的教學模式，融合多種現代教育理念，改變傳統的教學內容和方式，幫助學生將所學知識融會貫通地解決實際問題，使學校教育更接近企業要求。

參考文獻：

[1]王靜康：《貫徹落實〈國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）〉深化全國化工學科教育改革》，《化工高等教育》2011年第1期。

[2]劉赫揚、成忠、王世財等：《基于課程群建設的化工過程設計課程教學改革》，《浙江科技學院學報》2012年第24期。

[3]祝鈴鈺、許軼、姚克儉：《化工設計課程群的項目式教學改革探討》，《化工高等教育》2012年第2期。

[4]靳治良、楊晉、朱桂華等：《“中國石化——三井化學杯”大學生化工設計競賽模式在我校化工設計課程教學改革中的借鑒與實踐》，《化工高等教育》2013年第3期。

[5]陳秀麗、鄒長軍：《基于卓越工程師培養的要求，深化化工設計教學環節改革》，《化工高等教育》2013年第4期。

[6]何廣湘，靳海波，楊索和等：《基于CDIO教育理念的化工設計課程改革與實踐》，《化工高等教育》2013年第2期。

[7]顧雄毅、朱開宏：《改革化工設計教學，培養開放思維能力》，《化工高等教育》2010年第3期。

[8]張亞濤、張文輝、陳衛航：《化工類專業化工設計教學的改革與實踐》，《化工高等教育》2010年第5期。

[9]張琳葉、魏光濤、陳礪：《化工設計教學思考與建議》，《化工高等教育》2011年第3期。

[10]朱金秀、陳小剛、朱昌平等：《項目式實驗教學的探索與實踐》，《實驗室研究與探索》2008年第27卷第11期，第93-95頁。

[11]趙朝暉、鄒漢波、陳姚等：《以創新型工程科技人才培養為導向的化工原理實驗項目化教學設計》，《化工高等教育》2014年第6期。

[12]劉福德、安剛：《提高學生工程設計能力的教學改革探索》，《中國輕工教育》2014年第6期。

作者單位：延安大學化工學院陜西延安endprint