基于化工設計大賽的化工設計創新實踐課程的探索

于紅　韓昌亮　劉丹青

[摘 要]為了踐行工程教育思想，提高化工專業學生的創新實踐能力，基于化工設計大賽模式在新培養方案中新增了化工設計創新實踐課程。哈爾濱理工大學化學與環境工程學院在化工設計創新實踐課程建設方面，通過建設專業指導教師隊伍，采用教學內容項目化、課堂學生中心化、考核形式多樣化、教學目標成果化的方式探索化工設計創新實踐課程的教學形式。這種模式將課堂所學與實際應用有機結合，不僅調動了學生學習的主動性、積極性，而且對于工科學生綜合素質和創新能力的培養非常有益，取得了非常好的效果。

[關鍵詞]化工設計;創新能力;實踐能力;培養

[中圖分類號] G642.3 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2020）01-0068-03

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中提出，創新人才培養模式，要以培養具有“完整的知識結構、較強的實踐能力和突出的創新意識”的人才為目標，大力推動高?；ゎ悓I“新工科”建設，尤其應重視對學生實踐能力的培養[1]。在此機遇下，重新審視化工專業課程培養體系，設置綜合培養學生創新和實踐能力的環節十分必要。

一、化工設計創新實踐課程的開設背景

為培養工科學生的創新能力和實踐能力，各高校開展了工程教育專業認證。中國工程教育專業認證協會在2015年修訂的專業認證標準中，提出工科專業學生的12條畢業要求，要求畢業學生具備分析、研究、解決復雜工程問題的能力，具有良好的團隊協作、溝通和終身學習等能力，并要求課程體系能支持畢業要求的達成[2]。這些畢業要求，在李慶豐和趙一夫2008年對工科大學畢業生的實踐能力調查中并沒取得令人滿意的效果，40.2%的用人單位認為畢業生工程意識（如經濟管理意識、倫理意識、道德意識）和創新意識不足;38%的用人單位認為學生識別、形成和解決工程問題的能力不足;48.7%的用人單位認為畢業生缺乏獨立自主的工作能力;33.8%的用人單位認為學生合作的態度和能力較差;25.7%的用人單位認為學生不能夠勝任設計和操作實驗;37.7%的用人單位認為學生的終生學習素養和持久主動的學習熱情不夠理想[3]。由此可見，傳統的培養模式在提高學生的創新能力和實踐能力方面存在明顯不足，亟須在課程體系中進行創新和改革。

全國大學生化工設計大賽是由中國化學工程專業委員會、教育部和化學化工協會共同主辦的，浙江大學、天津大學等高校聯合在全國大學生中開展的，國內化工類級別最高、參賽隊伍最多、影響最大的賽事，目前已成功舉辦十二屆。該賽事以化工行業的熱點問題為背景，在近5個月的時間內要完成比賽作品，學生從自行組建團隊、分工協作，到自行確定產品、生產路線、完成可行性論證，再到流程模擬、優化、設備選型設計、圖紙繪制、3D漫游展示，最后經濟核算，形成初步設計說明書，并通過省、區、國賽的層層選拔，這個過程能鍛煉學生的工程實踐能力。該項賽事以化學工程與工藝為核心，以需求為導向、任務為牽引，綜合運用化工、設備、水暖、經濟、安全、環保等多學科專業知識，鍛煉學生的實際工程設計能力及創新實踐能力，即發揮了所學課程的綜合效能，以學生為主體激發學生潛能，訓練了學生分析和解決復雜工程問題的能力。

哈爾濱理工大學化學與環境工程學院化學工程與工藝專業始建于1996年，是哈爾濱理工大學1995年合并組建后的首批建設專業之一?；瘜W工程與工藝專業定位以工程為主，理工結合，緊跟時代發展和日新月異的化工工業發展需求，培養模式重基礎知識、重能力鍛煉和素質培養，旨在促進學生的全面發展以適應工作崗位的要求。2012年哈爾濱理工大學化學與環境工程學院（以下簡稱“學院”）化工專業學生第一次參加化工設計大賽，2013—2016年參賽隊伍獲得了國家一等獎、國家二等獎和東北賽區特等獎的好成績。通過專業教師和參賽學生的反饋我們發現，全國大學生化工設計大賽能夠很好地將課堂上學習的課本知識，尤其是化工原理等學科專業知識，轉化到實際化工生產中，使每一位參賽者都是在以一個工程師的角色進行設計，真正做到了學以致用。這不僅是大學知識的綜合訓練，更是進入社會工作的預演練。同時，在比賽過程中，有很多問題是書本知識不能夠解決的，以問題為導向，學生需要自主學習許多先進的專業軟件，新工藝、新思路。這個過程能夠幫助學生更好地認識到未來化工的發展方向和人才所需，學生的自主學習能力得到了極大提高;同時，學生在發現問題、思考問題、解決問題方面的能力也得到了鍛煉。由此可見，化工設計大賽對于參賽學生的益處是毋庸置疑的。但是，每年能參與化工設計大賽的人數畢竟有限，如何能讓更多的學生通過化工設計大賽得到訓練，是我們一直思考的問題。

2015年學院啟動了新版培養方案的修訂，在專業核心課中，我們新增了一門化工設計創新實踐課程，這是全員參與的必修課。我們希望通過這個課程的設置，讓全體學生都有機會參與到化工設計大賽模式的訓練中，多方面培養大學生的創新思維和工程實踐能力，培養學生的團隊協作精神，增強學生的工程設計與實踐能力，以及應用所學基礎知識解決復雜工程問題的能力。

二、化工設計創新實踐課程的建設

（一）專業指導教師隊伍的建設

由于化工設計創新實踐課程具有強綜合、強實踐、求創新的特點，課程建設首先要組建一支理論知識扎實，同時具有豐富工程實踐能力和指導能力的教師團隊。我們教師團隊中有具有多年從事設計院工作、工程項目經驗豐富的老教師，有從事化工原理等課程教學的理論知識扎實的專業課教師，有化工設備專業的方向課教師以及化工工程軟件課程指導教師。我們結合6年的化工設計大賽參賽指導經驗，形成了一支老中青結合，有傳承有發展的指導教師隊伍。通過組織有經驗的教師開展交流會、企業培訓、與企業合作、工廠實習和大賽指導等方式，培養青年教師把握化工企業生產新動態，增強年輕教師的工程實踐能力，力爭做到項目來源于實際，指導服務于實踐，為青年教師指導創新實踐課程奠定工程實踐基礎。同時，充分發揮經驗豐富的老教師的傳幫帶作用，組織新老教師交流、團隊成果展示等活動，吸引更多的優秀教師參加到實踐指導教師的隊伍中。

化工設計與生產實踐密切相關，為了進一步增強化工設計與實際生產的關聯，提高整體化工設計的水平，在指導教師隊伍建設方面，還需要聘請企業或設計院的專業人員作為外聘教師，讓其參與到化工設計創新實踐課程的教學設計、指導過程中。

（二）課程教學形式探索

化工設計創新實踐課程由于其課程任務和目的的不同，其教學形式也有別于傳統課程。我們從理論知識點講授變成課程內容項目化，從傳統的以教師講授變成課堂以學生自學為中心，從單一期末試卷考核形式變成考核項目多樣化，從考核達標變成課程目標成果化，從而培養學生的工程實踐能力、自主學習能力、團隊協作能力，讓學生建立專業成功的成就感。

1.教學內容項目化

教學內容上以一個完整的實際工程項目為課程背景，即借鑒化工設計大賽模式，將課程項目分為9個模塊：工藝路線確定、物料衡算與能量衡算、工藝流程設計、化工設備選型和設計、工廠布置、管路設計、工程經濟、工程環境保護以及化工設計軟件使用共9個部分內容，旨在讓學生深入了解一個完整的化工設計項目從無到落成的過程。

以完整化工設計項目過程為教學主線，指導教師通過講解基本理論知識，下達每個模塊的設計相關任務及完成的質量要求。指導教師要在開課前集體討論，明確學生為了完成這個任務需要哪些知識，哪些知識應在課堂進行講授，哪些知識需要學生自己自學，學生通過查閱文獻、自主學習、自擬題目、計算和軟件模擬相結合，完成整個項目。

在教學過程中，教師要讓學生明確每期任務與總體化工設計方案的關聯，同時在教學中及時調查學生的接受程度，總結任務設置的難易程度是否適宜，進一步完善整體教學設計。教師布置的每期任務都要求學生進行PPT形式的匯報，最后形成一個整體化工設計方案，每組學生要上交一個整體書面報告和PPT展示。

項目化教學的完成，是學生對大學期間專業課程的整合運用，也是了解化工工程項目完整設計過程的一次實踐。在此基礎上，培養學生掌握創造新的技術成果的能力，具體包括新產品和新技術的研發、新流程和新裝置的設計、新的工廠生產過程操作運行方案等，以提高學生的創新思維，進而培養學生的創新實踐能力、自主學習能力、終身學習能力。

需要注意的是，任務設置的難度要適宜，要讓學生在教師的輔導和幫助下可以比較順利地完成計劃規定內容，讓學生能獲得獨立完成的喜悅感和成就感。在課程進行過程中，應樹立每個模塊完成的典型，形成“學 、比、趕 、超 ”的氛圍，調動學生學習的主動性和積極性。

2.課堂學生中心化

以教師為導師、學生為中心，引導學生整合所學基礎知識，讓學生積極思考、主動表達、互動討論。根據課程設計內容將項目模塊化，將整個項目9大部分劃分為流程模擬、設備設計選型、AutoCAD圖紙繪制、3D漫游及文檔整理等5個模塊。采取學生自主分組協作，根據各自所長模擬實際工程設計過程，組內分成工藝組、設備組、繪圖組、技術文件組，讓學生分工協作，完成初步設計說明書，進行一次較完整的工程訓練，以強化學生的工程意識、團隊協作意識。

本門課程不再是以傳統滿堂灌的枯燥方式進行授課，在教學形式上更加靈活，以學生為中心進行學習。學生進行自主分組，小組內設組長，組內討論進行分工，以團隊形式合作完成教師布置的任務。完成任務期間，指導教師以導師身份進行輔導答疑，針對疑難問題為學生提供詢問和解答，充分發揮學生的自主能動性，從組隊到隊內任務分配，從項目題目選定到項目進程安排等都由各團隊成員協同完成。在整個項目化的過程中，教師給予學生充分的自主學習能動空間，使他們在溝通、寫作、團隊意識方面能得到鍛煉和提升。

3.考核形式多樣化

本門課程不再拘泥于傳統的考卷評價模式，而是采用多樣化的考核形式，包括團隊協作分工評價、課堂課下互動評價、作品完成度評價、表達效果評價等，從自學、運用、思考、討論、合作、表達等多個方面綜合評價?？己瞬捎眠^程項目驗收、過程反饋和最終提交項目初步設計說明書三個大部分。

過程項目驗收要求每個團隊按照項目模塊設定負責人進行階段性匯報，通過答辯形式的匯報定期對各階段任務、完成情況進行總結，并給出下一階段的計劃。過程反饋主要是對學生在完成各部分任務時自主學習的深度、廣度，與指導教師溝通討論的情況進行評價。最終每組學生需提交項目的初步設計說明書，每組進行完整項目答辯，評價包括指導教師打分與各組同學打分。打分根據項目設計的完成度、工藝路線的合理性、過程設計的創新性、答辯的流暢度、團隊合作程度為標準進行。

通過采用多樣化的考核機制，一方面能夠更客觀、更全面地評價學生完成課程過程中的所學，從專業能力、創新能力、自主學習能力、溝通交流能力、團隊協作能力等多方面給予評價;另一方面，負責人階段性匯報，通過這種答辯反饋的方式，可以鍛煉學生的口頭表達能力，也能讓學生在各組的講述中取長補短，博采眾長，這加強了全員的參與度，增強了學生學習的主動性和積極性，培養了學生的表達能力。

4.教學目標成果化

本門課程在強化學生創新實踐能力的同時，把整個項目劃分成多個模塊，每階段任務的完成作為一個小成果，將項目分塊成果化，這樣能增加學生的參與度和積極性。

本課程以當年全國大學生化工設計大賽題目為課程背景，要求學生根據各自特長自主組成團隊，以團隊形式自主選題、進行仿真化工設計實踐，其涉及化工設計的各個環節，能讓學生熟悉化工設計的完整流程、學習使用相關軟件。最終提交的初步設計說明書擇優作為當年化工設計大賽的參賽作品初稿，將課程目標成果化，以提高學生參與的興趣和成就感，增加學生學習的動力。2015級本門課程選拔出兩組學生，在進一步完善作品后參加全國大學生化工設計大賽，取得了全國一等、二等獎，區賽特等獎、一等獎的好成績。

三、化工設計創新實踐課程的作用

化工設計創新實踐課程以全國大學生化工設計大賽為基礎，側重鍛煉學生的設計和創新能力。通過任務布置，學生對化工設計的全過程和關鍵因素有明確認識，通過選擇合理的工藝和參數，最后完成了一個完整的工藝設計。學生全員參與化工設計大賽模式的訓練，有利于多方面培養學生的創新能力和實踐能力，培養學生的團隊協作精神，以及綜合利用所學知識分析問題、解決問題的能力。在目前就業形勢嚴峻的情況下，受過化工設計競賽模式訓練，具有較強實踐能力的學生將受到用人單位的歡迎。

在全員進行化工設計創新實踐課程的過程中，那些具有良好的理論基礎、實踐能力強，特別是具有創新意識和協作精神的學生也將脫穎而出，這能為參加省級、東北賽區以及國家級競賽提供種子選手，也給了學生進一步拓展自己、施展才能的空間。

在化工設計創新實踐課程中，有很多內容是需要學生自學的，如Aspen Plus、 3D max和AutoCAD等軟件的使用，學生要通過指導教師引領、學長的示范、自己的練習來掌握這些軟件的使用。這些自學能力的培養將為學生終身學習能力的達成打下基礎。

打破原有的“課堂、課本、教師為主”的被動模式，是對“學習、實踐、學生為本”的主動教育模式的積極探索，旨在多方面培養大學生的創新思維和工程技能，培養學生的團隊協作精神，增強學生的工程設計與實踐能力。這種模式將課堂所學與實際應用有機結合，不僅極大地調動了學生學習的主動性、積極性，而且對于工科學生綜合素質和創新能力的培養非常有益，取得了非常好的效果。全國大學生化工設計大賽不僅是對參賽學生所學專業知識的系統綜合和提升，而且鍛煉了學生的工程實踐能力，培養了其工藝設計理念，對于培養學生的團隊協作精神、吃苦耐勞精神和堅忍不拔的毅力也起到了積極作用。但作為一種新興事物，在課程開設過程中，還需要教務管理部門對課程的靈活組織管理模式進行探索，對教學硬件和軟件設施給予保障，對指導教師工作量的計算進行合理界定，以激發指導教師的工作積極性。同時，指導教師也要及時總結課程開設過程中的問題，探索更好的課程設計方案。相信在各方的共同努力下，化工設計創新實踐課程必將充分發揮它的作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 中共中央國務院.國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）[N].中國教育報，2010-07-31（01）.

[2] 中國工程教育專業認證協會.工程教育認證標準（2015版）[Z].2015.

[3] 李慶豐，趙一夫. 大學生實踐能力調查：用人單位和畢業生的視角機[J]. 高教發展與評估，2008（1）：106-115.

[責任編輯：陳 明]