与学科竞赛相结合的化工设计课程的教学改革*

卫粉艳，李芸芸

(宝鸡文理学院化学化工学院，陕西 宝鸡 721013)

化工设计课程是化学工程与工艺等专业开设的一门重要的专业必修课。该类课程是以四大化学和化工原理课程所学理论知识为前提，以化工工艺制图、化工仪表自动化等专业课程为基础进行的知识综合学习运用和实践训练。课程主要是运用物料和能量衡算进行化工工艺过程设计和经济评价，旨在培养学生综合运用所学知识，分析和解决实际工程问题的能力，增强学生的工程意识，使学生熟悉化工设计的常用规范和具备化工行业所需的基本工程素质[1]。是学生从理论走向实践的一个桥梁，也有助于学生毕业后迅速适应工作岗位，为向化工生产与管理人员角色的转变做好充分准备[2]。

目前，化工设计课程的教学方式大多是以讲授理论知识和分析少量的简单化工单元操作实例为主，然后布置部分单元设计任务作为作业为辅。整个过程重理论知识的讲授，缺乏对学生实践和创新能力的培养，导致学生在后期的化工设计环节，理论联系实际能力不足。

化工类的学科竞赛，如全国大学生化工设计大赛、全国大学生制药设计大赛、全国大学生化工实验大赛等，竞赛都要求学生以团队形式参赛，在规定时间内以竞赛的方式完成设计任务。题目来源于工程实际，所涉及的知识面也较广。通过竞赛，学生能够主动积极的去学习和研究，知识的综合运用、思维能力、实践能力和创新能力均能得到提高。

因此，对化工设计课程进行教学改革，将化工设计类课程的教学与学科竞赛模式有机结合，以培养学生的实践和创新能力为最终目的，不失为一种简单、有效可行的途径和方法。

1 化工设计课程教学现状分析

目前，随着“卓越工程师教育培养计划”的推出及国际等效的工程教育专业认证的进行，化工设计类课程在各大高校越来越受到重视。但同时，由于该课程的综合性和实践性较强、涉及知识面广、化工过程复杂等特点，课程开展过程中存在许多普遍性的问题。主要表现为以下几个方面。

1.1 授课学时不足，课堂时间有限

化工设计是一门学科知识十分广泛的综合性实践课程，一般在大四第一学期开设，课时量为30课时，学生此时已经完成了大部分的化工类专业课的学习，也具有一定的物理、数学、计算机知识。每堂完整的化工设计课，老师都要在学生已熟练掌握各相关知识并能融会贯通的基础上，再指导学生注意设计标准和规范。而现实课堂的状况是：学生基础理论知识学习不扎实，且不能将所学知识与当节内容有机结合，老师需要花大量时间讲解相关知识为学生做好理论铺垫，再花时间讲解新课，短短的一节课上教师要讲解的内容增多，没有时间留给学生自己思考探讨出适宜的设计方案，故多数老师会直接告诉学生方案，学生要做的仅仅是模拟，这样完全失去了课程开展的意义。

1.2 师生实践经验缺乏

化工设计是一门与实践结合十分紧密的课程，具有很强的综合性、实用性和工程性，需要实践经验非常丰富的教师来为学生教授，但实际上，目前专业课老师大部分都是从高校和科研机构毕业后，直接参加工作，缺乏工程实践经验，加之高校“重科研，轻教学”现象，教师在工科实践能力提升方面缺乏动力，因此，工科践经验丰富的教师非常缺乏。

另一方面，尽管近年我校课堂教学模式手段越来越丰富，学生对专业知识的掌握，教学效果有了很大程度的提升，但由于工科专业课的理论知识较多，实践环节的安排较少，使得学生对工科专业课的学习比较抽象，理论联系实际的能力较差，学生的实践能力也没有得到训练和提升。加之学习任务繁重，学生自觉完成课程学习的动力明显不足，教学效果差强人意，学生的实践能力非常差[1]。

1.3 实践教学硬件设施缺乏

由于学校经费有限，很多化工流程需要的大型仪器无法配置，学生不能实地操作仪器，所学理论得不到实践，知识就显得抽象。虽然虚拟仿真实验和软件能够解决部分实践问题，但相关的化工计算软件例如Aspen Plus、PROII、HYSYS，这些化工流程计算软件都是从国外引进的，软件价格昂贵，而且还是英文版的界面操作，这些对学校和使用的本科生来说都是“难以承受之痛”，诸如此类，导致化工设计类教学硬件设施缺乏。

1.4 成绩考核方式单一

目前化工设计的考核方式依然局限于书面上理论的封闭性考试，而化工设计是一门实践课程，传统的考试形式只会引导学生对书面的理论知识进行死记硬背，而忽略了对知识的应用，这与我们的教学目的背道而驰。

2 化工设计课程与学科竞赛结合的优势

2.1 以竞赛为载体促进学、教、改一体化

化工设计课程与学科竞赛相结合，能达到“以赛促教、以赛促学、以赛促改”的目的。

学科竞赛要求学生按照要求要在规定时间完成作品的设计并提交，在作品的几个月完成过程中，参赛学生和指导老师不仅需要大量综合运用以前学过的理论知识、同时还要进行大量查阅资料、使用计算软件进行化工设计、绘图、工艺分析评价、工艺设备创新、工艺流程说明等工作。在这一过程中，老师和学生都需要主动、快速、大量的学习各类化工设计类的工程知识，并学会运用到实际的设计中去，在这一过程中，学生的化工设计方面的理论知识进一步夯实，实践能力也得到了提升；一方面，指导老师通过竞赛的组织、筹备和对学生的指导，也会及时发现学生学习方面的问题和不足，及时调整化工设计类课程的教学内容、方法和手段，进行教学改革、优化教学环节、提高实践质量。 另一方面，由于竞赛都要由专家和命题组成员进行赛前指导、决赛点评和提问，这些专家大部分都来自工厂和设计院，拥有丰富的工程实践和工艺设计经验；通过交流和学习，指导老师丰富了自身的理论知识，也锻炼提高了实践能力和科研能力，达到促进双师型师资队伍建设的目的。同时，每年的优秀作品，各参赛队也会共享，这样也方便师生之间互相学习讨论[3]。

2.2 加快了实践教学硬件设施完善

在工程教育认证的大背景下，我院各化工专业也积极筹划开展专业认证，并对照认证各项要求进行了改革。目前，全国大学生化工设计大赛己纳入高校竞赛评估排行榜，成为工程教育专业认证的有效支撑项目[4]。为达到提高学生工程、创新创业能力等综合素质和认证目的，学院对学科竞赛非常重视，加大了经费投入，2017年新的高配置机房建成，许多实训模拟、化工计算软件和实训装置也会陆续到位。这些既为竞赛提高了有力的保障，也为化工设计课程的实践环节的开展提供了有利条件。

2.3 提升了实践教学环节质量

目前，各高校学生数目激增，学生实习基地和实习经费的不足，在教学内容的安排上，许多高校将实践教学弱化，“重理论，轻实践”现象非常普遍，这对应用型和创新型人才的培养非常不利。而将学科竞赛和化工设计类课程有机结合，既提升了化工类理论课的学习效率，也加强实践教学环节，培养学生创新和实践能，提升了实践教学环节的质量。

3 化工课程教学与学科竞赛结合的改革措施

3.1 结合工艺设计案例，制定合理的教学计划

化工设计课程涉及内容、规范多，如果教师采用单纯讲授，教学会显得空洞、乏味，学生学习缺乏兴趣，教学效果不好。若将学科竞赛的模式引进化工设计类课程的教学中，将化工设计理论知识与学科竞赛中的工程实际案例结合起来，使教学过程与实际的工艺设计紧密结合。在授课中，首先优化化工设计教学内容，实现理论知识与实践教学的平衡，制定全新的教学计划，根据化工类学科竞赛中对化工设计的需求，将课程的教学内容按照一定的顺序，设置成不同的化工设计模块，按照“理论讲授-讨论-设计-讨论-总结”的流程进行，在理论基础上实践，在具体的实践中加强知识的消化与吸收。例如，根据学生和教师的反馈情况，我院在2017年将原来本科教学中讲授的《化工原理》课程由第5、6学期的调至第4、5学期，课程刚结束，随之就开展《化工设计》课程，此时全国大学生化工设计大赛也已经开始，要求学生全部参加，作品完成后，进行校内答辩排名和打分。这样，学生在学习理论知识方面就有了动力，同时，为设计好作品，会积极主动的进行查阅各类相关文献、进行工艺设计和计算、创新等。而在实际的教学中，授课教师也会在讲授理论知识的同时，结合以往的设计优秀作品，进行讲解和分析，同时以学生为中心，鼓励学生之间积极的合作、讨论和分析。这样，既提高了学生的学习积极主动性，也能提高授课效果[5]。从目前两年的情况反馈来看，学生的学习主动性和化工设计能力都得到很大的提高。

3.2 改革考核方式

考核方式是学生如何进行设计的“指挥棒”。目前我院化工设计考试都是以总成绩=笔试成绩80%+平时成绩20%的模式进行，笔试成绩也以理论内容为主，考核方式达不到“以考促学，以考促教”的目的。化工设计课程与学科竞赛结合后，可用分解当年的竞赛题目部分或全部作为平时的案例和作业，以小组形式布置给学生完成，安排阶段性考核或集体讨论。设计结束时进行小组答辩，从设计思路、设计计算、创新等方面进行打分，最终的期末成绩并以40%小组设计成绩+笔试成绩50%+平时成绩10%来进行。这样，学生为通过考试，设计过程中会利用课余时间进行理论学习和设计，一方面，能达到“以考促学”目的，另一方面，在学生的实际设计作品中，老师也能及时发现问题，进行内容和重难点的调整，达到“以考促教、依靠促改”的目的。

3.3 精选授课教师，各取所长

教学活动的开展必须得到教研人员的重视。学校里面需要一支善于创新，精于教学的师资队伍。由于竞赛体现知识的融合性，需要相关专业的教师共同指导学生，所以指导教师的队伍可以由不同专业，不同院系的老师组成。挑选指导经验丰富、实际化工设计经验丰富的教师来授课，不同的化工单元课程环节，可由擅长不同化工单元的老师来指导教授。例如，计算机工艺模拟可有由擅长计算机软件年轻教师来讲授，手工计算可由实践经验丰富的老教师来完成等。这样既提高了授课质量，也能促进互相学习、改进学科竞赛老师队伍的结构。

4 结 语

化工设计是化工类专业一门重要综合性较强的专业必修课，具有非常强实践性和综合性，其教学质量与效果对培养综合型工程技术人才至关重要。优化化工设计课程教学内容，改进现有教学方法，提高学生的创新能力和实践能力，这是一个长期的摸索前进过程，将学科竞赛与化工设计课程的教学相结合，能达到“赛教结合、以赛促学、以赛促教、以赛促改”的目的，保障和提高教学质量和效果，提升学生的实践和创新能力。