新工科背景下“化工設計”課程教學設計與改革實踐

[摘 要] 經過多年迅速發展，我國化工行業中新產品、新工藝不斷更新換代，傳統高等學校教學方法已不能適應眾多應用化工企業或單位的需求。在此背景下，結合內江師范學院應用化學專業人才培養的實際，從課程的教學模式、教學內容、實踐拓展和課程考核形式組織形式四個方面，對“化工設計”課程進行教學設計與改革，針對工程設計能力、解決工程實際問題能力和創新實踐能力等的培養內容進行詳細分析，對課程體系建設與教學改革進行探討，旨在提高學生的積極主動性，有效地理解和掌握化工廠設計和設備選型等實踐知識，為學生學好這門課程提供積極探索并積累有益經驗。

[關鍵詞] 化工設計;教學探討;應用化學

[基金項目] 2020年度內江師范學院校級一流社會實踐課程教研項目“化工設計”（JK202042）

[作者簡介] 譚亞南（1979—），男，山東平原人，博士，內江師范學院化學化工學院教授級高工，主要從事化學工程研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）31-0072-04? [收稿日期] 2021-06-11

當今，在物聯網、智能化工、數字化制造和云計算等新產業技術迅速發展的背景下[1]，高等學校工科教育也必須進行教育改革和創新，才能有效解決傳統工程課程教學對實踐教學關注過少的問題，才能提升化學工程類大學生的專業核心技能和綜合實踐能力水平，才能培養出融合與創新、滿足企業/市場需求的高端化工人才。

“化工設計”課程是包括應用化學專業在內的化工類專業高等教育的重要組成部分，也是衡量應用化學等專業辦學質量的重要評價內容[2]。化工設計是近年來多學科交叉形成的一門新的學科，是把化工項目從實驗室搬至化工現場的一個中間環節，它旨在幫助學生理解和掌握化工廠的一般設計理念、基本設計標準和規范、常規設備和儀器選型等工程實踐知識，具有明顯的實踐性、工程性和經驗性特點。它的培養目標以滿足化工設計院/所和企業需求為導向，強調學生的計算和設計能力的培養，要求學生知識掌握全面且透徹，指導教師需對化工廠設計和運行階段的實際問題進行針對性教學和指導，使學生掌握基本化工設計能力和解決化工廠簡單問題的能力。

2017年，教育部提出以應對變化、塑造未來為理念的“新工科”的建設思想，努力培養多元化創新卓越工程人才，而教學改革與創新是達成這一目標的最根本的途徑，也是實現人才培養目標的基本途徑[2，3]。我國對化工設計等工程類課程教學越來越重視，教學水平也逐步提高，但同時目前國內大學應用化學等專業的化工設計還存在以下主要問題：（1）高校課程設置過多偏重于理論知識教學，學生對工程實踐類知識掌握嚴重不足，特別是像內江師范學院這一類的非理工類院校;（2）教學內容多僅限于課堂教學，即使有模擬實驗課程，教學模式仍相對單一，學生無法以系統性的工程實踐理念去解決課程中的工程問題，也就與化工生產實際脫節;（3）課程考核形式單一，學生設計能力和解決問題能力提高有限。而本文以應用化學專業為例，針對化工設計教學環節的存在問題進行分析并提出解決方案。

一、課程教學模式

當前，高等教育越來越重視“持續改性”的教學理念[4，5]，提高各主要教學環節與專業培養目標達成度的關聯，該教學理念旨在通過構建“評價—反饋—改進—再評價”的教學過程質量循環監控機制，根據各教學環節評價結果提出針對性改進措施，對本課程教學進行不斷優化和完善。

在化工設計課程的教學過程中，努力營造敢于質疑的課堂氛圍，培養學生主動學習、敢于質疑、敢于挑戰的學習精神，提升基于創新探索和基于團隊協作方式的學習興趣，激發學生基于化工設計實踐問題的技能潛力。

以化工設計具體問題為中心，圍繞問題的發現、資料整理、問題分析和確認、提出可行性方案和討論來組織化工設計的教學環節。例如，工廠某吸熱的反應器能耗較高，這是問題，現場收集或直接給出相關進出口物料組成和工藝條件，給出反應器型號，讓學生組成小組，小組成員有明確分工，共同搜索文獻或相關手冊等資料，共同分析問題根源，根據工廠現場公用工程和車間布置等實際情況，采用頭腦風暴模式，要求提出兩種或兩種以上的解決方案，討論分析后確定最有效的可行性方案。團隊合作和分工明確相結合的組合方式既充分調動了學生的積極性和團隊協作精神，又可充分發揮小組成員的個性和創新思維。

慕課、雨課堂及其混合教學模式已成為當下高等教育教學改革的新興聚焦點[6]，“化工設計”課程教學依托慕課的開發共享特點和網絡授課模式[7]，利用西北大學、江蘇海洋大學等眾多免費慕課資源，既可拓展學生獲取專業知識的渠道，提升學生的學習積極主動性;也可利用雨課堂智慧教學工具為“化工設計”課程教學提供數據化、智能化的信息支持[8]，讓學生迅速、方便地獲取專業知識，通過彈幕、投稿、實時答題來開展互動，大大增強了學生與教師的互動性，教師還可以利用雨課堂完成學生預習任務、學習課件、課后習題的批改工作，實時監控學生的學習動態，特別是疫情期間，線上教學大大提高了教學質量。混合教學模式就是采用兩種或兩種以上教學模式進行授課，如同時開啟雨課堂和釘釘直播進行教學，可以同時實現視頻回放觀看、課堂即時交流、師生連麥視頻等互動教學，能大幅提高線上授課效率。新興的教學工具可促進師生更有效地溝通和互動，提升教學效果，探索嘗試“化工設計”課程教學改革的新途徑。

充分利用化工實踐教學合作基地，與當地化工企業建立校企合作模式，采用錄像、實地參觀或視頻等授課模式，進行化工企業現場教學，包括以化工企業生產現場實際問題的解決為題目，讓學生根據所學知識，提出可行的、經濟的解決方案，確保設計方案真正符合工程現場要求。在開展化工設計的工程實踐過程中，讓學生感受真實的化工實踐體驗，豐富學生的化工設計實踐經驗。