融合工程教育專業認證理念的化工設計基礎課程教改研究

范崢 　黃風林　劉菊榮　申志兵　宋紹富

［摘 要］為了在日常教學中全面適應和有效貫穿工程教育專業認證的科學理念，化工設計基礎課程不斷推動教學改革實踐，以學生為中心，以產出為導向，通過持續改進來不斷規范和優化各個教學環節，牢牢圍繞畢業要求和課程目標，充分融合線上教學和線下教學，著力優化教學模式布局，通過考核評價體系改革、質量監控指標改革以及反饋跟蹤機制改革來進一步增強學生作為教育本體的創造性和主動性。同時，該課程緊密結合虛擬仿真實驗教學平臺等現代化教學手段，以全國大學生化工設計競賽為突破口，以教助賽、以賽促教，從源頭上彌補和改進傳統教學方式的不足，從而全面提高了化工專業畢業學生的專業綜合水平。

［關鍵詞］工程教育專業認證；化工設計基礎；考核評價體系改革；質量監控指標改革；反饋跟蹤機制改革

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）10-0146-03

作為國際通行的工程教育質量保證制度，以《華盛頓協議》為核心的工程教育專業認證體系不但有效構筑了工程教育的質量監控體系，推動了全球工程教育改革，提高了工程教育質量，還進一步強化了工程教育與工業界之間的緊密聯系，促進了人才培養對產業發展的適應性，從而顯著提升了我國工程技術人才的國際競爭力[1]。化學工程與工藝作為一類重要的工程類專業，旨在培養具備化學工程與化學工藝方面的知識，能在化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫藥、醫療器械、環保和軍工等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理和科學研究等方面工作的工程技術人才，其發展對于國民經濟有著十分深遠的影響[2]。

化工設計基礎是化學工程與工藝的核心專業教育課程，它以化工廠設計過程為主線，以工藝流程設計、物料衡算和能量衡算、設備設計、車間布置設計等的基本原理和基本方法為主要內容，系統闡述了化工廠設計的基本內容與程序、化工工藝流程設計、物料衡算與能量衡算、化工設備設計與選型、化工車間布置設計、化工管道布置設計、非工藝設計、化工技術經濟分析與評價以及化工建設項目管理等內容[3]。通過該課程的學習不僅能夠培養學生的基礎工程素養和設計實踐能力，使學生掌握化工廠設計的基本原則和方法，同時還可以讓學生更好地熟悉化工廠設計的主要內容和程序，理解化工設計中工藝專業的主要工作內容和常用化工設計規范，達到使學生理解和掌握化工設計基礎知識，具有一定工程設計、管理能力以及一定基本工程素質的目標。

由于化工設計基礎課程涵蓋內容較多而課時相對較少，任課教師在實際教學過程中常常將課堂式講授作為主要的教學活動形式，并輔以少量的隨機提問和課后作業。雖然上述方法可以在一定程度上解決由于課時不足而導致的對概念理解程度不深、遷移衍生應用不足、問題解決能力不強等諸多問題，但由于其仍然受到傳統教學模式的限制，仍無法從根本上解決化工設計基礎教學內容和授課時數之間的矛盾。針對上述問題，本文以工程教育專業認證理念為先導，以虛擬仿真實驗教學項目為平臺，以全國大學生化工設計競賽為突破口，采用教學模式布局、考核評價體系、質量監控指標以及反饋跟蹤機制等多種手段來對化工設計基礎課程進行深度的組合化、系統化、集成化、聯動化教學改革，實際運行效果良好。

一、課程對于畢業要求達成的支撐情況

根據《工程教育認證標準》中的12條畢業要求及對其細化分解得到的39個更具體、易落實、可檢測的指標點[4]，化工設計基礎的課程目標主要包括：

第一，熟悉化工廠設計的主要內容和特點，掌握化工廠設計的設計程序和基本方法，了解不同設計階段工藝專業的主要工作內容。針對不同設計階段的工作，尋求多種技術方案，了解影響技術方案的各種因素，綜合考慮多種因素以確定最優的設計方案（對應指標點3.1）。

第二，熟悉化工廠設計過程中“三廢”的綜合治理、采用的安全技術與衛生措施、應遵守的法律法規及行業規范，在技術方案和設計方案的優選過程中充分考慮社會、健康、安全、法律、文化及環境等非技術性因素，并通過相關技術經濟指標評價設計方案的可行性（對應指標點3.4）。

第三，熟悉目前化工廠設計過程中各環節使用的相關軟件（如流程模擬軟件、繪圖軟件、化工設備設計校核軟件等），了解其對化工設計過程的促進作用，能夠基于化工專業基礎知識對軟件計算結果進行合理分析（對應指標點5.2）。

第四，了解化工防火防爆設計規范、環境保護設計規定、工業污水處理設計規范、污水綜合排放標準、大氣污染物綜合排放標準、化工噪聲控制設計規范等，使學生充分理解社會、健康、安全、法律、文化等因素對化工建設項目的影響和制約，并了解化工生產企業應承擔的相應責任（對應指標點6.3）。

第五，了解技術和經濟的關系，理解化工技術經濟學和項目管理的基本概念、原理和方法，掌握項目評價中基本指標的計算及應用，熟悉項目經濟評價的一般過程、基本程序、基本理論和方法（對應指標點11.1）。

第六，培養學生對技術項目和經濟活動等進行經濟分析和技術經濟論證的能力，加深學生對項目管理的理解，使其能夠將項目管理的基本理論和基本方法應用到相應領域的項目運作中（對應指標點11.2）。

第七，使學生了解項目管理在自己專業中的重要地位和重要作用，建立項目管理的思維體系，培養學生項目管理的思維能力，提高學生在日后的工作中應用項目管理方法與經濟決策的能力，拓展項目管理思維（對應指標點11.3）。

二、課程教學模式布局改革

針對我校的“石油石化”特色，特別是石油化工過程普遍存在的原料復雜性、工藝規模性、產品多樣性、控制耦合性、經濟波動性等行業特征，化工設計基礎課程（以下簡稱“本課程”）堅持將解決化學工程與工藝領域復雜工程問題的能力培養貫穿于整個教學環節中，有意識地引導學生自覺強化工程知識、分析、設計、研究等處理技術因素的能力以及社會影響、環保、管理、溝通等處理非技術因素的能力，并通過分組討論、現場答辯、報告撰寫等多種形式提出項目設計方案，從而進一步提高學生的行文規范、語言邏輯等專業綜合水平。

本課程采用混合式教學模式布局，充分融合線上教學和線下教學，結合虛擬仿真實驗教學、化工過程實景仿真實訓等現代化教學手段和方法，面向本專業學生進行針對性的授課與培訓，切實提高學生的現場適應能力和過程控制技能，為其將來從事化工設計等相關工作打下牢固的基礎。同時，本課程立足石油天然氣化工行業，突破舊有的傳統教學模式，大幅增加實踐教學的比例，并積極與華陸工程科技有限責任公司、北京中科輔龍智能技術有限公司等業內企業展開全面深度合作。通過生產現場工程案例教學、化工設計軟件專題培訓、與資深設計人員面對面交流座談等多種途徑來大力提高本專業學生的工程意識、工程素質和工程能力，堅持學以致用，力求體現實效。以上這些措施不僅可以使學生領悟到化工單元操作的核心要義，同時還能夠給學生提供一個系統而真實的工程實踐環境，使學生親身模擬和控制可能的工藝及優化操作，實現工廠現場無法實現的環節，依托更加靈活、更有品質的創新教學模式在新常態下有效實現化工設計基礎課程的頂層布局。

三、課程考核評價體系改革

考核評價體系既是實現高效教學管理的重要保障，又是衡量課程教學效果的重要指標，但是，傳統的化工設計基礎課程考核評價方式多局限于單一的期末閉卷考試，導致學生片面追求分數而忽略學習主體對設計知識的了解與掌握，輕實踐重理論、輕過程重結果，不利于其專業綜合素質的養成和提高[5]。針對上述問題，為了進一步落實學生中心、產出導向、持續改進的理念，建立健全自查自糾的質量保障機制并持續有效地實施，助力深化專業綜合改革，本課程堅持學以致用、學用結合，密切結合學生的學習興趣、學習能力和學習效率，采用多樣化、個性化、定制化的考核方式來不斷強化教學全過程監控，從而有效調動每一位學生的主動學習熱情，以最大限度地發揮他們的潛力和創造力，從而進一步體現考核評價的公平合理，避免高分低能。

對于本課程來說，項目作品展示作為該課程的重要教學成果，是考驗學生熟練、靈活運用相關專業知識解決生產實際問題的試金石。為此，本課程充分借鑒全國大學生化工設計競賽的相關經驗，引入了全方位綜合考核評價指標作為衡量教學產出高低的重要內容。本課程的最終成績由平時成績、階段測評成績、期末考試成績和項目作品展示成績等幾個環節組成，各部分比例分別為10%、20%、35%、35%。在項目作品展示環節，學生通過自由組隊、隨機抽簽的方式被劃分為工藝系統、管道材料、機械設備、建筑結構和自動控制等若干個任務小組。待授課教師下達設計任務后，由工藝系統小組在全流程物料衡算和熱量衡算的基礎上首先為其他小組提供基礎設計條件，而其他小組則根據此基礎設計條件確定各自的方案。當整體設計方案初步完成后，再由工藝系統小組牽頭、其他小組協同對此設計方案進行必要的補充和完善。同時，為了鼓勵學生積極發展“一專多能”，本課程規定工藝系統小組與其他小組之間應定期進行輪換交流，從而使學生更好地認識到工藝系統在化工設計過程中作為龍頭專業的重要性。除此之外，本課程還要求每個小組都推選一名學生作為小組代表進行交底匯報并接受質詢，以期培養學生“由此及彼”“由我及人”“由點到面”的遷移衍生、換位思考和梳理分析能力，這對于本專業學生日后無論作為設計單位代表、施工單位代表，還是建設單位代表進行技術交流都是有所裨益的。

四、課程質量監控指標改革

加強課程質量監控既是全面提高教學質量的關鍵，又是保證正常教學秩序、營造良好教風學風的核心，它對于加快教學管理的科學化、規范化、制度化發展，促進課程改革的全面落實和教學質量的顯著提升具有十分重要的意義[6]。所謂課程質量監控是指通過對教學質量高低的及時分析和準確判斷，使教學管理者和授課教師能夠獲得更加詳盡的評價信息，從而為教學管理活動和教學實施活動的調節與改進提供科學、可靠的數據來源。本課程按照工程教育專業認證的相關要求，定期對進行課程質量監控，分析存在問題，明確改進方向，提出改進措施，同時量化課程目標的達成情況，為畢業要求達成情況分析奠定基礎。

本課程質量監控所涉及的主要指標包括課程目標達成度、課程達成度以及課程目標達成率，其計算公式如下：

式中，課程目標相關考核點的平均得分為全體學生通過課堂提問、課后作業、圖紙繪制、階段測評、期末考試、項目作品展示等考核環節總得分的平均值，課程目標相關考核點的總分為課程目標分值，而課程目標分值則是按照該課程目標對應教學內容占整個課程內容的比重和重要性來進行分配。

需要說明的是，課程目標達成度、課程達成度和課程目標達成率期望值和實際值的差異反映了課程質量監控指標對課程實際達成情況的偏離程度。上述期望值的設定不應該脫離實際、貪大求全，特別是針對不同水平層次的學生，順序性、階段性地確定與之相匹配的合理目標值，不但可以提高學生學習的主動性、積極性和創造性，同時還有利于提高學生的自我發展能力和自我適應能力。

五、課程反饋跟蹤機制改革

本課程作為化學工程與工藝專業化工設計Ⅰ、化工設計Ⅱ和畢業設計（論文）的先修課程，其作用主要是幫助學生針對某中小型化工裝置或大型化工裝置的某一工段進行化工過程設計，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，增強學生的工程概念和技術經濟意識，熟悉化工設計的常用規范，使學生具備化學工程師的基本素質[7]。

本課程任課教師每年都會根據上一年度上述課程的教學環節質量形成性評價結果來不斷找出本課程在具體教學環節中存在的不足與瑕疵，并就課程目標對畢業要求的支撐關系、課程內容對課程目標的支撐關系以及課程考核環節與課程目標的支撐關系來系統分析該課程對畢業要求達成的實際支撐程度。同時，所有授課教師以教學過程中收集的大量師生交互信息為基礎，在課程開始前、中期和課程結束等各個階段積極開展教學法活動研討，并將結果及時用于后續教學。此外，由于西安石油大學在本科教學管理機制上實行學校、學院和系三級教學管理，因此，本課程任課教師還充分依托教學工作例會、聽課制度、學生評教、教學督導、教學專項檢查等反饋和跟蹤手段來進一步明確實施主體、責任主體和實施措施，以期不斷提高教學質量，保證教學過程有序、高效地運行。

六、結論

工程教育專業認證作為研判高等學校工程類專業教育效果的黃金標準，不但有助于提升專業教學質量，而且還可以促進授課教師進一步強化以本為本、以生為本的核心教育理念。本課程將工程教育專業認證理念有機融入教學模式頂層布局，利用虛擬仿真實驗教學、化工過程實景仿真實訓等現代化教學手段顯著提升了課堂教學的有效性，持續開展綜合化、全面化、系統化的深入改革。同時，本課程充分借鑒全國大學生化工設計競賽相關經驗，以教助賽、以賽促教，引入項目作品展示環節來全方位、多角度地評價課程教學質量與教學產出，有效激發了每個學生作為學習主體的主動性與自覺性。此外，本課程還并通過課程目標達成度、課程達成度和課程目標達成率來量化課程目標達成情況，并基于后續課程的教學環節質量形成性評價結果來修正和彌補該課程的不足之處。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 邢樂紅，王宜鑫，隋朝，等.工程教育專業認證背景下化學工程與工藝專業人才培養模式探索[J].教育現代化，2020（7）：11-12，22.

[2］ 李貴賢，季東，周懷榮，等.化學工程與工藝專業創新型人才培養模式的探索與實踐[J].廣東化工，2020（24）：138，142.

[3］ 秦志宏，林喆，孟獻梁，等.基于目標導向的化工專業人才培養改革與實踐[J].化工高等教育，2020（3）：77-80.

[4］ 范崢，牛夢龍，黃風林，等.工程教育專業認證背景下化工專業課程教學改革研究[J].大學教育，2019（12）：48-51.

[5］ 吳鳴，劉祥玲.基于過程的橋梁工程課程多元化評價考核體系[J].濮陽職業技術學院學報，2021（1）：42-46.

[6］ 吳茜茜，常飛，于宙，等.生物工程專業教學質量監控及人才培養質量探討：以合肥學院為例[J].安徽農業科學，2021（2）：280-282.

[7］ 張宇，賈麗華，陳朝暉，等.工程教育背景下化工設計課程教學改革途徑探析[J].化工時刊，2019（9）：46-48.

［責任編輯：劉鳳華］