用虛擬仿真軟件培訓高分子材料與工程專業設計類課程指導教師的初步探索

鄭耀臣，高正國，張月蓉

(煙臺大學 化學化工學院，山東 煙臺 264005)

以學生為中心是工程教育專業認證的核心理念之一，設計類課程是工程教育專業認證的一個重要內容，對于培養學生的溝通能力、協作精神、表達和思辨能力，以及綜合運用所學知識解決復雜問題的能力等都具有重要意義。在教學過程中，指導教師的水平和素質對學生能力提升的作用至關重要。現在的年青教師具有高學歷，甚至還擁有海外學習、工作經歷，但是他們取得學位后直接應聘到高校從事科研、教學工作，沒有相關工程設計的從業經歷、工程實踐經驗缺乏。對于年青教師來說，培養方案規定的設計類課程無人愿講、無人能講，更不愿意指導本專業的課程設計和畢業設計。造成了設計類課程指導教師嚴重短缺，甚至不少學校的工科專業已出現了“去設計”的“理科化”人才培養趨勢，明顯影響了工科學生的培養質量。

針對青年教師缺乏工程實踐經驗的現狀，國家層面已經推出了一系列解決方案，如推行青年教師業務能力提升計劃、聘任企業教授、雙師型教師等措施。但是，對于社會資源貧乏或教師不能找到對口合作企業的學校來說，實施這些利好政策的難度很大，學生和教師的培養效果大大折扣。本文結合近年來的教學實踐，分享一下采用大型仿真軟件提升設計類課程青年教師的教學水平的幾點體會。

1 設計類課程師資缺乏的原因

設計類課程師資的缺乏已經成為制約學生設計能力和工程思維培養效果的一個瓶頸問題。造成此現狀的原因主要有以下幾點：(1)經過系統訓練、能承擔項目的設計類人才經過了多年經驗積累，還掌握了與設計相關的多學科知識，年薪高、待遇好，這些最合適的設計人才應聘到學校任教的積極性和可能性不大；(2)具有博士學位是青年教師應聘教學科研崗位的基本要求，在青年博士的成長、成才過程中，他們更多的精力用在做科學研究、發表高水平研究論文方面，沒有機會參與項目的工業化大生產，因此，缺乏系統的項目設計實踐訓練經歷；(3)在學校排名和學科評估的雙重壓力下，學校的業績評價政策導向不得不偏重于發表高水平SCI研究論文，青年教師的工作重心和主要精力放在耗時短、出成效快的科學研究和發表文章上，在設計類課程的研究上花時間較少；(4)雖然實施了青年教師的業務能力提升計劃，但是其主要內容集中在提升青年教師的教學理念、授課技巧、應用現代教學手段、提高教育創新能力和教育管理水平等方面，有助于青年教師的工程項目設計能力提升的社會資源非常匱乏，目前也缺少切實有效、普遍適用的辦法。我們利用計算機仿真軟件對青年教師(尤其是未來要從事設計類課程教學的新畢業博士)進行了培訓，通過對仿真軟件中已有工程實例的消化、吸收，舉一反三，快速提升了青年教師對相關課程的內容的把控，不僅講授質量有了明顯好轉，課程設計和畢業設計規范性和指導能力也得到顯著提升。

2 豐富課堂教學案例

設計類課程涉及的工程知識與生產實際聯系緊密，且較為抽象。由于本科生的實踐經驗少、工程思維尚未建立，在設計類課程教學過程中，需要一定數量的教學案例幫助學生理解相關知識點。但是，免費獲取工程案例的途徑很少，現有的網絡資源中，沒有完整的聚合物反應工程實例提供，學習者不可能通過網絡資源學習工程案例。同時，對于缺乏實踐經驗的青年教師而言，教學案例也是個很大的挑戰。因此，缺乏工程實例的設計課堂教學枯燥乏味，學生理解困難，學習熱情不高、教學效果不好。

十幾年前，煙臺大學化學化工學院購置了東方仿真軟件包，其中含有聚氯乙烯的懸浮聚合工藝仿真內容。選取這部分內容作為課堂教學案例，給同學們講授聚氯乙烯反應路線的設計、工藝流程圖、車間的布置以及生產事故工況分析等。通過仿真軟件的反復訓練，將聚氯乙烯的聚合反應過程的內容全面吃透后，在課堂教學過程中結合教學內容穿插此例進行講解，增加了解決工程問題的針對性。對于設計類課程中所涉及的那些非常抽象的內容(如設備的結構、工作原理等)，可以用仿真軟件自帶的動畫小視頻給學生進行演示，將抽象的問題可視化，便于學生的學習和理解。另外，根據課堂內容，穿插仿真軟件中的生產事故工況解決方案分析。我們采用班級分組討論的方式，討論不同生產事故的產生原因、工況特點和解決方案。提出的問題與生產實際非常接近，學生的學習積極性和主動性高，培養了學生提出問題、分析問題及解決問題的能力，教學效果良好。

3 高質量的設計范例

除缺少典型的教學案例外，繪制帶控制點的工藝流程圖也是青年教師授課和指導學生過程中的難點之一。應該在工藝流程圖的什么位置添加控制儀表或應該添加哪種儀表，現有的參考書對此部分內容的講解也不詳細，并且對于不同的聚合物、統一聚合物選用不同的合成路線采用的控制方案也不盡相同。如果提供一個范例供初學者參考和分析，會加快設計理念的理解、工藝路線的確定，掌握工藝流程圖的繪制基本要點。東方仿真軟件的懸浮法聚氯乙烯合成工藝提供了現場操作和控制室內的遠程控制兩種場景，其中，遠程控制內容給出了帶

控制點的聚合反應工藝流程圖。這個工藝流程圖直接來自于實際應用的生產工藝路線，是一個高質量的實例，具有一定的實用性和很高的參考價值。通過對仿真軟件中帶控制點工藝流程圖的理解、吃透，可以在短時間內提升了指導老師對工藝流程圖的讀圖和繪圖能力，達到培訓設計類課程青年教師的目的。

4 可衍生出多個設計題目

在以學生為中心、個性化培養原則的指導下，課程設計和畢業設計的命題和選題已做到了“一人一題”，題目和內容是由指導教師結合專業特點和學校對工作量的要求進行布置。對于入職時間較短的青年教師而言，設計題目的來源、是否可行、設計內容能否滿足教學要求，以及題目的難易程度等這些內容都很難把握。采用計算機仿真軟件培訓青年教師、輔助設計類課程教學后，設計的內容更豐富、設計題目的可行性更好，可以是選用新設備、已有工藝流程的改造及新的工藝路線研究等各種內容的題目。此外，還能衍生出多個與之相關的設計題目，如管網的分區布置、工藝路線與設備的對比選擇等。計算機仿真軟件的引入，對青年教師指導能力的提升效果非常顯著，在較短的時間內就能勝任設計類課程的指導工作，取得非常理想的教學效果。

5 結束語

將虛擬仿真軟件作為培訓設計類課程青年教師的一個利好手段，能快速彌補實踐經驗不足、缺乏工程實戰經歷的問題，豐富課堂教學案例，提供可參考的高質量設計范例，以仿真軟件中的實例為依托可衍生出多個設計題目，解決課程設計和畢業設計題目“一人一題”的要求。并且設計題目的難度與深度與實際工程日趨接近，在設計過程中學生系統培養了各項能力，達到了培訓新教師的目的。同時，對于具有多年指導設計類課程經驗的老教師來說，通過對仿真軟件的研習，也會有意想不到的收獲。