與學科競賽相結合的化工設計課程的教學改革*

衛粉艷，李蕓蕓

(寶雞文理學院化學化工學院，陜西 寶雞 721013)

化工設計課程是化學工程與工藝等專業開設的一門重要的專業必修課。該類課程是以四大化學和化工原理課程所學理論知識為前提，以化工工藝制圖、化工儀表自動化等專業課程為基礎進行的知識綜合學習運用和實踐訓練。課程主要是運用物料和能量衡算進行化工工藝過程設計和經濟評價，旨在培養學生綜合運用所學知識，分析和解決實際工程問題的能力，增強學生的工程意識，使學生熟悉化工設計的常用規范和具備化工行業所需的基本工程素質[1]。是學生從理論走向實踐的一個橋梁，也有助于學生畢業后迅速適應工作崗位，為向化工生產與管理人員角色的轉變做好充分準備[2]。

目前，化工設計課程的教學方式大多是以講授理論知識和分析少量的簡單化工單元操作實例為主，然后布置部分單元設計任務作為作業為輔。整個過程重理論知識的講授，缺乏對學生實踐和創新能力的培養，導致學生在后期的化工設計環節，理論聯系實際能力不足。

化工類的學科競賽，如全國大學生化工設計大賽、全國大學生制藥設計大賽、全國大學生化工實驗大賽等，競賽都要求學生以團隊形式參賽，在規定時間內以競賽的方式完成設計任務。題目來源于工程實際，所涉及的知識面也較廣。通過競賽，學生能夠主動積極的去學習和研究，知識的綜合運用、思維能力、實踐能力和創新能力均能得到提高。

因此，對化工設計課程進行教學改革，將化工設計類課程的教學與學科競賽模式有機結合，以培養學生的實踐和創新能力為最終目的，不失為一種簡單、有效可行的途徑和方法。

1 化工設計課程教學現狀分析

目前，隨著“卓越工程師教育培養計劃”的推出及國際等效的工程教育專業認證的進行，化工設計類課程在各大高校越來越受到重視。但同時，由于該課程的綜合性和實踐性較強、涉及知識面廣、化工過程復雜等特點，課程開展過程中存在許多普遍性的問題。主要表現為以下幾個方面。

1.1 授課學時不足，課堂時間有限

化工設計是一門學科知識十分廣泛的綜合性實踐課程，一般在大四第一學期開設，課時量為30課時，學生此時已經完成了大部分的化工類專業課的學習，也具有一定的物理、數學、計算機知識。每堂完整的化工設計課，老師都要在學生已熟練掌握各相關知識并能融會貫通的基礎上，再指導學生注意設計標準和規范。而現實課堂的狀況是：學生基礎理論知識學習不扎實，且不能將所學知識與當節內容有機結合，老師需要花大量時間講解相關知識為學生做好理論鋪墊，再花時間講解新課，短短的一節課上教師要講解的內容增多，沒有時間留給學生自己思考探討出適宜的設計方案，故多數老師會直接告訴學生方案，學生要做的僅僅是模擬，這樣完全失去了課程開展的意義。

1.2 師生實踐經驗缺乏

化工設計是一門與實踐結合十分緊密的課程，具有很強的綜合性、實用性和工程性，需要實踐經驗非常豐富的教師來為學生教授，但實際上，目前專業課老師大部分都是從高校和科研機構畢業后，直接參加工作，缺乏工程實踐經驗，加之高校“重科研，輕教學”現象，教師在工科實踐能力提升方面缺乏動力，因此，工科踐經驗豐富的教師非常缺乏。

另一方面，盡管近年我校課堂教學模式手段越來越豐富，學生對專業知識的掌握，教學效果有了很大程度的提升，但由于工科專業課的理論知識較多，實踐環節的安排較少，使得學生對工科專業課的學習比較抽象，理論聯系實際的能力較差，學生的實踐能力也沒有得到訓練和提升。加之學習任務繁重，學生自覺完成課程學習的動力明顯不足，教學效果差強人意，學生的實踐能力非常差[1]。

1.3 實踐教學硬件設施缺乏

由于學校經費有限，很多化工流程需要的大型儀器無法配置，學生不能實地操作儀器，所學理論得不到實踐，知識就顯得抽象。雖然虛擬仿真實驗和軟件能夠解決部分實踐問題，但相關的化工計算軟件例如Aspen Plus、PROII、HYSYS，這些化工流程計算軟件都是從國外引進的，軟件價格昂貴，而且還是英文版的界面操作，這些對學校和使用的本科生來說都是“難以承受之痛”，諸如此類，導致化工設計類教學硬件設施缺乏。

1.4 成績考核方式單一

目前化工設計的考核方式依然局限于書面上理論的封閉性考試，而化工設計是一門實踐課程，傳統的考試形式只會引導學生對書面的理論知識進行死記硬背，而忽略了對知識的應用，這與我們的教學目的背道而馳。

2 化工設計課程與學科競賽結合的優勢

2.1 以競賽為載體促進學、教、改一體化

化工設計課程與學科競賽相結合，能達到“以賽促教、以賽促學、以賽促改”的目的。

學科競賽要求學生按照要求要在規定時間完成作品的設計并提交，在作品的幾個月完成過程中，參賽學生和指導老師不僅需要大量綜合運用以前學過的理論知識、同時還要進行大量查閱資料、使用計算軟件進行化工設計、繪圖、工藝分析評價、工藝設備創新、工藝流程說明等工作。在這一過程中，老師和學生都需要主動、快速、大量的學習各類化工設計類的工程知識，并學會運用到實際的設計中去，在這一過程中，學生的化工設計方面的理論知識進一步夯實，實踐能力也得到了提升；一方面，指導老師通過競賽的組織、籌備和對學生的指導，也會及時發現學生學習方面的問題和不足，及時調整化工設計類課程的教學內容、方法和手段，進行教學改革、優化教學環節、提高實踐質量。 另一方面，由于競賽都要由專家和命題組成員進行賽前指導、決賽點評和提問，這些專家大部分都來自工廠和設計院，擁有豐富的工程實踐和工藝設計經驗；通過交流和學習，指導老師豐富了自身的理論知識，也鍛煉提高了實踐能力和科研能力，達到促進雙師型師資隊伍建設的目的。同時，每年的優秀作品，各參賽隊也會共享，這樣也方便師生之間互相學習討論[3]。

2.2 加快了實踐教學硬件設施完善

在工程教育認證的大背景下，我院各化工專業也積極籌劃開展專業認證，并對照認證各項要求進行了改革。目前，全國大學生化工設計大賽己納入高校競賽評估排行榜，成為工程教育專業認證的有效支撐項目[4]。為達到提高學生工程、創新創業能力等綜合素質和認證目的，學院對學科競賽非常重視，加大了經費投入，2017年新的高配置機房建成，許多實訓模擬、化工計算軟件和實訓裝置也會陸續到位。這些既為競賽提高了有力的保障，也為化工設計課程的實踐環節的開展提供了有利條件。

2.3 提升了實踐教學環節質量

目前，各高校學生數目激增，學生實習基地和實習經費的不足，在教學內容的安排上，許多高校將實踐教學弱化，“重理論，輕實踐”現象非常普遍，這對應用型和創新型人才的培養非常不利。而將學科競賽和化工設計類課程有機結合，既提升了化工類理論課的學習效率，也加強實踐教學環節，培養學生創新和實踐能，提升了實踐教學環節的質量。

3 化工課程教學與學科競賽結合的改革措施

3.1 結合工藝設計案例，制定合理的教學計劃

化工設計課程涉及內容、規范多，如果教師采用單純講授，教學會顯得空洞、乏味，學生學習缺乏興趣，教學效果不好。若將學科競賽的模式引進化工設計類課程的教學中，將化工設計理論知識與學科競賽中的工程實際案例結合起來，使教學過程與實際的工藝設計緊密結合。在授課中，首先優化化工設計教學內容，實現理論知識與實踐教學的平衡，制定全新的教學計劃，根據化工類學科競賽中對化工設計的需求，將課程的教學內容按照一定的順序，設置成不同的化工設計模塊，按照“理論講授-討論-設計-討論-總結”的流程進行，在理論基礎上實踐，在具體的實踐中加強知識的消化與吸收。例如，根據學生和教師的反饋情況，我院在2017年將原來本科教學中講授的《化工原理》課程由第5、6學期的調至第4、5學期，課程剛結束，隨之就開展《化工設計》課程，此時全國大學生化工設計大賽也已經開始，要求學生全部參加，作品完成后，進行校內答辯排名和打分。這樣，學生在學習理論知識方面就有了動力，同時，為設計好作品，會積極主動的進行查閱各類相關文獻、進行工藝設計和計算、創新等。而在實際的教學中，授課教師也會在講授理論知識的同時，結合以往的設計優秀作品，進行講解和分析，同時以學生為中心，鼓勵學生之間積極的合作、討論和分析。這樣，既提高了學生的學習積極主動性，也能提高授課效果[5]。從目前兩年的情況反饋來看，學生的學習主動性和化工設計能力都得到很大的提高。

3.2 改革考核方式

考核方式是學生如何進行設計的“指揮棒”。目前我院化工設計考試都是以總成績=筆試成績80%+平時成績20%的模式進行，筆試成績也以理論內容為主，考核方式達不到“以考促學，以考促教”的目的。化工設計課程與學科競賽結合后，可用分解當年的競賽題目部分或全部作為平時的案例和作業，以小組形式布置給學生完成，安排階段性考核或集體討論。設計結束時進行小組答辯，從設計思路、設計計算、創新等方面進行打分，最終的期末成績并以40%小組設計成績+筆試成績50%+平時成績10%來進行。這樣，學生為通過考試，設計過程中會利用課余時間進行理論學習和設計，一方面，能達到“以考促學”目的，另一方面，在學生的實際設計作品中，老師也能及時發現問題，進行內容和重難點的調整，達到“以考促教、依靠促改”的目的。

3.3 精選授課教師，各取所長

教學活動的開展必須得到教研人員的重視。學校里面需要一支善于創新，精于教學的師資隊伍。由于競賽體現知識的融合性，需要相關專業的教師共同指導學生，所以指導教師的隊伍可以由不同專業，不同院系的老師組成。挑選指導經驗豐富、實際化工設計經驗豐富的教師來授課，不同的化工單元課程環節，可由擅長不同化工單元的老師來指導教授。例如，計算機工藝模擬可有由擅長計算機軟件年輕教師來講授，手工計算可由實踐經驗豐富的老教師來完成等。這樣既提高了授課質量，也能促進互相學習、改進學科競賽老師隊伍的結構。

4 結 語

化工設計是化工類專業一門重要綜合性較強的專業必修課，具有非常強實踐性和綜合性，其教學質量與效果對培養綜合型工程技術人才至關重要。優化化工設計課程教學內容，改進現有教學方法，提高學生的創新能力和實踐能力，這是一個長期的摸索前進過程，將學科競賽與化工設計課程的教學相結合，能達到“賽教結合、以賽促學、以賽促教、以賽促改”的目的，保障和提高教學質量和效果，提升學生的實踐和創新能力。