以化工設計課程群為核心的工程應用型人才培養淺析

陳 勇 程 寧 楊育兵 易 慧 黃艷玲

(1.柳州工學院 食品與化學工程學院，廣西 柳州 545616；2.柳州職業技術學院 環境與食品工程學院，廣西 柳州 545000)

能力、素養和知識的協調發展已成為培養工程類人才的基本目標[1]。大學是培養人才最大的場所，尤其在培養高等工程人才上地位突出。教育部自2010年開始實施了“卓越工程師教育培養計劃”，然而，工程素養低、工程實踐能力不足的情況在我國高等工程人才培養中依然普遍存在[2]。

化工專業作為實踐性強的通用過程工程專業，為冶金、能源、輕工、醫藥、生物、環境等工業工程提供技術基礎，并與高新技術產業息息相關[3]。隨著化工產品向多元化、精細化發展，且化工過程本身具有復雜性，因而對化工專業學生的工程應用能力提出了較高的要求。但是，傳統的教學往往重理論、輕應用，使得學生的工程素養和應用能力普遍較弱[4]。

化工設計是化學工程與工藝專業的必修課程之一，課程內容側重工程設計和應用，綜合性和實踐性強，尤其對前期專業課程理論基礎要求較高，學生普遍感覺比較吃力，而該課程對提升學生的工程應用能力、設計能力和創新能力至關重要[5]。為提升我校化工專業學生的工程應用能力，以化工設計課程群建設為載體，改革教學模式，優化教學方法，致力于培養高等工程應用型人才。

1 整合化工設計類課程群教學體系

化工設計是一門涉及知識面非常寬泛的綜合性課程，技術性和工程實踐性極強，對學生掌握化工原理、反應工程、熱力學、設備基礎、工程制圖等專業理論基礎的要求較高。從表面上看，學生學習的僅是一門課程，而本質上學生需要綜合整個化工專業基礎的應用，因此，以化工設計課程群作為載體，培養學生的工程能力尤為必要。

表1為柳州工學院化學工程與工藝專業與化工設計相關課程的教學計劃。從課程設置上看，主要按照“理論-應用-實踐”的線路，遵循由淺到深、由單一課程到綜合訓練的教學規律，最終達到提高學生工程素養和能力的目的。比如，化工原理著重強調基本化工單元操作原理，化工熱力學偏向化工過程的能量基礎數據和物性數據的掌握，化學反應工程介紹化學反應基本原理和過程。在這些理論課程基礎上，引入儀表及自動化(化工儀表及自動化)、機械設備及工程裝備(化工設備機械基礎)、工程制圖(化工制圖)等在化學工業中的應用。在學生具備各個學科理論基礎后，進行工程設計訓練，并同樣遵循由淺及深的規律，由基本單元過程設計(化工原理課程設計)提升至工藝流程設計(化工綜合設計)，最后以化工項目設計(畢業設計)檢驗學生的學習效果。在實踐訓練過程中，著眼于化工設計規范，貼近實際工程項目，提升學生工程實踐能力。

表1 與化工設計和工程能力培養相關的課程教學計劃

在此課程體系當中，每門課程的教學過程是獨立的，而一個項目的工程實踐涉及的學科是廣泛的。傳統的教學模式將一個整體的工程過程進行了分割，傳授的工程知識碎片化。而學生對單門課程知識的認知有限，無法串聯起各門課程之間的內在關聯。甚至出現各課程任課教師對培養目標認識模糊，僅停留在完成教學任務層面，而學生也僅是集中心思通過考試或考核，對一個完整的化學工程過程缺乏整體認知。每門課程涉及一個學科方向，在教學規律上確實有其獨立性和完整性，但對提高學生的工程素養卻不利。因此，以提升學生工程能力為主線，將課程進行有機整合，形成課程群，強化每門課程之間的聯系，實現學生工程實踐和應用能力的達成。圖1為整個化工設計課程群的教學邏輯關系，主要分為理論教學模塊和實踐教學模塊，兩個模塊相互依存、相互促進。大二年級為儲備專業基礎理論知識階段，理解化工單元操作原理。大三年級為儲備專業工程基礎知識階段，熟悉化工單元生產過程設計、工藝流程設計和反應器設計。大四為工程能力實際訓練和效果檢驗階段，提升對化工過程控制和優化的能力，熟悉項目設計全過程。

圖1 化工設計課程群體系及其教學邏輯關系

2 構建以培養工程應用能力為目標的課程教學模式

教學環節是培養工程應用型人才的核心，而教學方法是提高應用型人才培養質量的關鍵。如何將化工設計課程群有機串聯和銜接，是保證課程群建設效果的關鍵。為此，各科課程教學團隊積極探索，堅持以學生為中心，以培養工程能力為宗旨，因材施教，提高學生的學習興趣和對專業知識的整體認知能力。面對課程群中各門課程及教學環節的差異性，課題組對教學過程進行了全面改革。

2.1 理論課程教學共享工程案例

具備扎實的理論知識是高等工程應用型人才的重要特征，也是其具有創新能力的前提[6]。保證學生有效獲取枯燥難懂的理論知識一直是教學改革的中心任務，比如案例教學法對提高學生的學習積極性和主動性有事半功倍的效果。但是，傳統的案例教學法中，各門課程使用的案例素材互不相同，學生局限于學習各門課程案例中孤立的知識內容，接受的是碎片化的專業知識體系，抓不住各門課程之間的聯系，對于整體的化工學科工程觀認識模糊，缺乏對知識綜合運用的能力，不利于工程思維能力的培養。為此，本課題組優化傳統案例教學方式，在理論課程教學中融合綜合性強的工程項目，實施共享工程案例教學。具體而言，將課程群中所有理論課進行集中規劃，各課程使用相同的工程案例資源，各課程教師負責講解本課程的知識點在共享案例中的應用，從而打通各課程之間的壁壘，把課程群串聯成有機整體，使學生對于各課程學習目的和意義有一個更清晰的認識，方向明確，增強學生將理論知識應用于工程實踐的能力，圖2為某一共享工程案例教學示例。為保證共享案例教學法有效進行，本課題組充分發揮校級優秀教學團隊建設平臺，以自治區教育廳教育教學創新大賽為契機，化工教研室共同商討，共享各課程教學資源，設計和優化“共享案例”，組建共享案例資源庫，利用共享案例中各課程理論知識的綜合應用，提高學生解決化學工業中的一般問題甚至是復雜問題的能力。

圖2 協同工程案例教學應用：柴油的催化加氫精制過程

2.2 實踐課程與學科競賽有機結合

對于工科來講，實踐教學是必不可少的一個環節，是理論知識應用、理論聯系實際的重要過程，是學生工程思維能力提升的過程，是培養高等應用型工程人才的重要平臺。傳統的教學模式在實踐教學環節有弱化之勢，“重理論，輕實踐”的現象比較突出。為此，建立科學有效的實踐課程教學模式也是當前教學改革的迫切任務。

本課題組以學科競賽為主線，打通并串聯化工設計課程群中的實踐課程，實現各實踐課程之間的協同教學，大力提高學生工程實踐和設計能力。具體而言，以化工設計課程群中的理論課程體系為基礎，以各類化工競賽為抓手，比如全國大學生化工設計競賽、化工過程實驗競賽和安全設計競賽等，將化工原理實驗、化工原理課程設計、化工綜合設計以及畢業設計等實現串聯，形成由點及線、注重項目團隊設計協作的工程實踐教學模式，促使每個學生能夠參與實踐一個化工項目設計前期準備、計劃書編寫、路線選擇、三段設計和驗收運行全過程。化工項目選題主要立足于以往的各類化工設計競賽題目。結合競賽中作品要求、設計規范性、工業背景強的特點，明確實踐方向，提升學生的學習積極性以及參與競賽的能力。具體實施過程見圖3。

圖3 實踐課程協同教學實施方式

該協同教學模式能有效銜接各個教學階段的實踐環節，實現課程群真正意義上的統一。將階段任務與畢業設計進行連貫結合，改變了以往畢業設計孤立且質量粗糙的現狀，強化了畢業設計的系統性，使其更加規范。比如，在課程改革之前，畢業設計僅停留在初步工藝設計階段，甚至更淺，改革之后，其深度可至施工圖設計階段，設計內容更加完整。在整個設計任務開展過程中，學校教師與企業工程師合作教學，按照企業工程設計管理模式對學生分組，學生以設計團隊的形式完成任務。總而言之，協同教學模式的構建，可避免各個實踐課程與整體工藝設計過程脫節，防止學生因接受孤立而碎片化的知識點造成的綜合應用能力差的現象發生。將一個工程項目設計貫穿于學生整個大學生涯，完成項目可行性研究和計劃任務書編寫、工藝技術方案選擇、工藝流程設計、設備選型與設計、車間布置、管道設計與布置、環境、安全、勞動、衛生、經濟等內容，并經歷從初步工藝設計至施工圖設計環節，極大地提高學生的工程設計能力，培養學生的團隊合作精神。

3 教學總結

以化工設計課程群為核心的協同式和共享式案例教學法以培養學生工程應用能力和實踐能力為目標，把理論教學與項目設計同步實施，將化工學科競賽融入實踐教學，打造化工設計課程群有機整體，促使學生理論知識應用與工程素養協調發展。該教學模式經過實踐之后，取得了一些成果，比如建立了“共享案例”教學庫和教學課件，構建了以化工設計課程群為核心的工程教育基本框架和基本方案，打通了課程群中理論教學和實踐教學的各個環節。教學效果凸顯，學生的學習興趣明顯提高，理論知識的應用能力和工程設計能力得到較大提升，工程素養和工程意識明顯加強，報名參與化工學科競賽的人數大幅提升。該教學改革模式對于學生工程教育培養具有一定的參考性，但教學模式的推廣是一個長期過程，需要不斷的完善和打磨。教師缺乏工程實踐經歷是當前工程教育最大的短板，所以，提升教學師資隊伍的工程實踐水平對工程人才培養質量尤為重要。另外，可把生產實習納入到課程群體系中，并且與工程項目設計相結合，擴大工程項目選題范圍，使之更加貼近于實際生產，讓學生以“實戰化”的方式參與工程實踐。當然，這些措施的實施將會面臨生產實習模式改革以及對實習單位的選擇提出更多的要求，這也是本課題組后續進一步改革的方向。