何祿英 喻發(fā)全 劉少文 陳金芳 鄧伏禮

(武漢工程大學(xué) 化工與制藥學(xué)院，湖北 武漢 430205)

自2018年6月教育部在成都召開“新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議”以來，本科教育質(zhì)量的建設(shè)和提高成為各地高校關(guān)注的熱點(diǎn)。而教育部在今年發(fā)布的《實(shí)施一流本科專業(yè)建設(shè)“雙萬計(jì)劃”的通知》，更是直擊近年來高等教育的痛點(diǎn)，即高校本科人才培養(yǎng)質(zhì)量面臨滑坡的局面，決定圍繞“擴(kuò)圍、拓新、提質(zhì)”，建設(shè)一批“一流本科、一流專業(yè)、一流人才”示范引領(lǐng)基地。專業(yè)課程作為高校人才培養(yǎng)的核心要素，通過合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，提高學(xué)生專業(yè)能力來打造“金課”[1]，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量，成為響應(yīng)新工科時(shí)代我國(guó)本科教育新要求的必由之路。

化工設(shè)計(jì)是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的核心課程之一，主要面向化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生。課程主要涵蓋了工藝流程設(shè)計(jì)、物料和能量衡算、設(shè)備計(jì)算、車間和管道布置，以及安全環(huán)保、公用工程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面內(nèi)容。課程要求綜合運(yùn)用化工原理、化工熱力學(xué)、反應(yīng)工程、分離工程、系統(tǒng)工程和化工工藝學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，要求掌握現(xiàn)代化工設(shè)計(jì)的思想、方法和工具，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和工程觀念，是一門指導(dǎo)學(xué)生將化工專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到工程技術(shù)中的綜合性專業(yè)課程[2]。作為國(guó)家化工行業(yè)直接培養(yǎng)專業(yè)人才的化工專業(yè)的一門核心課程，化工設(shè)計(jì)課程的“金課”建設(shè)重要性不言而喻。而具有鮮明化工特色的地方高校在這一輪人才培養(yǎng)變局中也應(yīng)起到行業(yè)“橋頭堡”的攻堅(jiān)作用?；ぴO(shè)計(jì)課程在傳統(tǒng)教學(xué)中一直以來存在“重課堂、輕課外，重理論、輕實(shí)踐，重結(jié)果、輕過程”等問題[3-4]，而且傳統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容、手段、講課方式以及考試方式等都不能適應(yīng)現(xiàn)代化工建設(shè)項(xiàng)目的要求。為了擠走課程的“含水量”，加大“含金量”，為把這門核心課程打造成真正的“金課”，我們主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評(píng)價(jià)這三個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革，本文就我校針對(duì)“化工設(shè)計(jì)”課程“金課”改革已開展的部分實(shí)踐進(jìn)行分析和探討。

1 更新教學(xué)內(nèi)容，拓展課程深度

教學(xué)內(nèi)容即是教什么，或者從對(duì)應(yīng)面來說，就是學(xué)什么[5]。以前的課堂基于課程導(dǎo)向教育(curriculum-based education)理念，主要以老師和教材為主體，老師從教材中提取精華內(nèi)容制作成PPT，講解給學(xué)生聽；而在工程教育專業(yè)認(rèn)證體系中強(qiáng)調(diào)成果導(dǎo)向教育(outcome-based education)理念，要以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)什么[6]。在成果導(dǎo)向教育理念下，課堂所傳授的知識(shí)不只是照本宣科，還要與學(xué)生將來的職業(yè)需求相適應(yīng)。我們教學(xué)內(nèi)容要從教師教什么到學(xué)生學(xué)什么進(jìn)行轉(zhuǎn)變，遵循成果導(dǎo)向教育模式，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行一些變革，具體措施如下。

1.1 通過線上教學(xué)延伸課時(shí)

化工設(shè)計(jì)課程一般為32學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)偏少，不足以完成化工設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的講解，很容易出現(xiàn)“滿堂灌”、“填鴨式”的“趕課時(shí)”現(xiàn)象，雖然滿足了教學(xué)任務(wù)的要求，但明顯缺乏與學(xué)生的互動(dòng)，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)不到理想的教學(xué)效果。2018年，本課程獲得教育部第一批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目資助，與北京文化公司簽訂了慕課拍攝協(xié)議。在項(xiàng)目資助下，對(duì)我?！盎ぴO(shè)計(jì)”在線視頻課程按教材章節(jié)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行錄制，一共33個(gè)15分鐘左右的微視頻，總時(shí)長(zhǎng)548分鐘。線上課程內(nèi)容重點(diǎn)突出，精煉簡(jiǎn)潔，能夠涵蓋教材的全部重要知識(shí)點(diǎn)，并通過學(xué)校網(wǎng)站、優(yōu)學(xué)院等平臺(tái)免費(fèi)開放，鼓勵(lì)學(xué)生在課前觀看相應(yīng)視頻進(jìn)行預(yù)習(xí)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。不僅如此，通過在線課程教學(xué)，我們?cè)谡n外能夠大概延伸出來11個(gè)學(xué)時(shí)，將化工設(shè)計(jì)總學(xué)時(shí)擴(kuò)充至43學(xué)時(shí)，保證教學(xué)效果。

1.2 選用參考資料補(bǔ)充完善教學(xué)內(nèi)容

一般來講，教材是教學(xué)內(nèi)容的主要來源，我?；ぴO(shè)計(jì)課程目前采用的教材是梁志武、陳聲宗主編的《化工設(shè)計(jì)》(第四版，2015)，是該門課程經(jīng)典的教材之一。但以工程教育成果導(dǎo)向教育理念要求，單純講授教材的內(nèi)容已經(jīng)不能滿足學(xué)生對(duì)本課程的需求。我們教學(xué)團(tuán)隊(duì)從現(xiàn)代化工工程師需求出發(fā)，經(jīng)過充分討論，選取了《化工工藝手冊(cè)》(第五版，2018)為教師備課的主要參考資料，并在授課內(nèi)容上與教材進(jìn)行高度整合，對(duì)化工設(shè)計(jì)所要求的知識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)充，例如：第一章重點(diǎn)增加工藝包開發(fā)階段；第二章重點(diǎn)增加工藝開發(fā)放大的方法、化工裝置工藝節(jié)能技術(shù)、自動(dòng)控制和典型的化工單元的控制(如泵、傳熱設(shè)備、乙烯裂解爐、精餾塔等)和詳細(xì)的工藝流程設(shè)計(jì)舉例；第三章重點(diǎn)增加公用工程平衡介紹；第四章詳細(xì)增加化工單元工藝設(shè)計(jì)，如反應(yīng)器、塔設(shè)備、換熱器、儲(chǔ)罐、泵的設(shè)計(jì)等，從設(shè)備的概述、理論計(jì)算、選用、設(shè)計(jì)步驟、應(yīng)用、設(shè)計(jì)舉例都有全新的內(nèi)容補(bǔ)充；第五章重點(diǎn)增加廠址選擇和總圖布置；第六章增加管道設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和單元配管設(shè)計(jì)(立式容器、泵、冷換設(shè)備等的配管設(shè)計(jì))；第七章詳細(xì)增加環(huán)境保護(hù)中“三廢”的具體處理措施和工程經(jīng)濟(jì)。此外，還強(qiáng)調(diào)科研對(duì)教學(xué)的推進(jìn)作用，要求授課老師將在研的研究項(xiàng)目與教材要點(diǎn)進(jìn)行融合，講解相關(guān)知識(shí)的最新進(jìn)展和研究成果，不斷補(bǔ)充新內(nèi)容。在講授方面，因?yàn)榻滩膬?nèi)容學(xué)生可以通過視頻進(jìn)行自學(xué)，所以課堂講解內(nèi)容主要為《化工工藝手冊(cè)》的擴(kuò)充內(nèi)容。

1.3 強(qiáng)化化工軟件學(xué)習(xí)

隨著世界經(jīng)濟(jì)和科技(尤其是計(jì)算機(jī)知識(shí))的快速發(fā)展，我國(guó)化工行業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展階段，化工設(shè)計(jì)過程中工藝計(jì)算、設(shè)備選型和繪圖等大量的工作也都可通過相應(yīng)的化工軟件來完成。在教學(xué)過程中，我們也注重把計(jì)算機(jī)技術(shù)融入到課堂教學(xué)，鼓勵(lì)和要求學(xué)生深入學(xué)習(xí)相關(guān)化工軟件的操作。針對(duì)課程的核心內(nèi)容，對(duì)相關(guān)軟件也進(jìn)行了錄屏教學(xué)，如圖1所示。除此之外，還聘請(qǐng)Aspen Plus和AutoCAD專任教師到課堂進(jìn)行案例教學(xué)，要求學(xué)生在課后完成相關(guān)軟件的大作業(yè)，通過多種手段強(qiáng)化學(xué)生的化工軟件運(yùn)用能力。

2 改進(jìn)教學(xué)方法，提升課程創(chuàng)新性

化工設(shè)計(jì)原有的教學(xué)方法主要以“三教”即教師、教材和教室為中心，并且以教師單向講授為主，課堂教學(xué)中與學(xué)生的互動(dòng)不足，學(xué)生發(fā)揮空間有限。因此，課程教學(xué)方法的改革主要集中在從“教師怎么教”向“學(xué)生怎么學(xué)”轉(zhuǎn)變，從“以教為中心”教學(xué)模式向“以學(xué)為中心”的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變[5]，對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法改進(jìn)方式如下。

2.1 線上教學(xué)和線下教學(xué)相結(jié)合

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，利用線上資源和手段完善我們的教學(xué)方法，已成為一個(gè)流行趨勢(shì)。經(jīng)過積極建設(shè)，化工設(shè)計(jì)課程目前已經(jīng)具有完善的線上資源，包括線上講義、課件、視頻和題庫等，所以改進(jìn)后的課程教學(xué)主要采用線上線下相結(jié)合的混合式教學(xué)方法。在線上教學(xué)方面：1)課前要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)線上視頻資料，了解基本內(nèi)容，延伸課堂學(xué)時(shí)，完成全部線上課程的學(xué)生達(dá)95%以上；2)課中，在板書和多媒體相結(jié)合的基礎(chǔ)上，新融入了線上“優(yōu)學(xué)院”、“雨課堂”中的簽到、搶答、投票、選人、彈幕等功能，極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度；3)課后利用線上“優(yōu)學(xué)院”平臺(tái)，發(fā)布討論話題，學(xué)生回帖數(shù)達(dá)1 183次，學(xué)生通過所學(xué)知識(shí)和查閱資料，線上發(fā)表自己的觀點(diǎn)，鞏固所學(xué)知識(shí)和拓展視野，也可進(jìn)行提問和答疑。在線下教學(xué)方面：1)課堂教學(xué)中授課老師對(duì)線上課程所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)回顧，組織學(xué)生進(jìn)行提問、答疑，打造翻轉(zhuǎn)課堂；2)在課堂上實(shí)施案例教學(xué)法，重點(diǎn)通過具體的設(shè)計(jì)案例來講解知識(shí)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，鞏固學(xué)習(xí)成果，加強(qiáng)工程思維的訓(xùn)練；3)授課老師在課堂上對(duì)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)化工計(jì)算、設(shè)計(jì)訓(xùn)練，加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，給予學(xué)習(xí)創(chuàng)造性思考和表達(dá)的機(jī)會(huì)。4)與專業(yè)課程設(shè)計(jì)緊密銜接，理論和實(shí)踐緊密結(jié)合；5)鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生參加全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽，以賽促學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生全方位地掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和基本技能，把所學(xué)理論知識(shí)用于工程實(shí)踐，提高專業(yè)核心能力。

2.2 校內(nèi)教學(xué)和校外教學(xué)相結(jié)合

“化工設(shè)計(jì)”課程是把化工過程從設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的一個(gè)設(shè)計(jì)過程，在這過程中需要各方面知識(shí)的融合，想要提高學(xué)生的化工設(shè)計(jì)能力，除了把所學(xué)的理論知識(shí)能融會(huì)貫通外，還需進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。我們?cè)谛?nèi)課堂上注重理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和積累，而在校外，通過在大中型化工企業(yè)、設(shè)計(jì)院等單位開展生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)，讓學(xué)生在生產(chǎn)一線認(rèn)識(shí)工藝流程、反應(yīng)裝置等，從根本上了解化工設(shè)計(jì)內(nèi)容。學(xué)生可以將所學(xué)知識(shí)快速地與實(shí)際相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)能力。

3 優(yōu)化考核方式，增加課程挑戰(zhàn)度

考核方式從“教的怎么樣”向“學(xué)的怎么樣”轉(zhuǎn)變，通過改變以往學(xué)生死記硬背，“期末一考定成績(jī)”的考核方式，推行全過程學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)，綜合運(yùn)用筆試、在線測(cè)試、非標(biāo)準(zhǔn)答案(討論)等多種考核形式。

以往的成績(jī)?cè)u(píng)定方式由考勤30%+期末筆試70%(閉卷)組成，經(jīng)過改革后，現(xiàn)在最終成績(jī)由過程性成績(jī)和期末成績(jī)權(quán)重各占50%組成，具體如圖2所示。除期末考試為筆試，其余全部在線上完成，由服務(wù)器后臺(tái)統(tǒng)計(jì)學(xué)生數(shù)據(jù)完成成績(jī)分析，其中過程性成績(jī)由在線視頻學(xué)習(xí)10%(按照規(guī)定時(shí)間完成)、課堂情況10%(簽到、搶答、投票等)、討論5%、期中測(cè)驗(yàn)10%和作業(yè)15%五部分組成。線上視頻學(xué)習(xí)10%為課前自學(xué)，了解掌握課程基本內(nèi)容，為課堂上老師進(jìn)行重難點(diǎn)講解和案例教學(xué)打好基礎(chǔ)；課堂情況10%由遵守課堂紀(jì)律、認(rèn)證記錄學(xué)習(xí)筆記、簽到、搶答、投票、提出有價(jià)值問題等多個(gè)環(huán)節(jié)組成，具體執(zhí)行比例由任課老師自行分配；討論部分5%為老師擬定題目，有設(shè)計(jì)案例閱讀，糾錯(cuò)，具體環(huán)保問題分析等，在線上進(jìn)行發(fā)帖討論；作業(yè)15%和期中測(cè)驗(yàn)10%均為線上題庫中題目，由任課老師隨機(jī)抽題完成；在線上資源中，我們建立了線上題庫，習(xí)題總數(shù)為199道，每章題目平均25題，題目類型有選擇題、填空題、判斷題、簡(jiǎn)答題、計(jì)算題、圖形分析題等。通過改革學(xué)生的考核和成績(jī)?cè)u(píng)定方式，進(jìn)行全過程學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)，以考促教，以考促學(xué)，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，刻苦學(xué)習(xí)，最終課程通過率達(dá)到99%。

圖2 成績(jī)?cè)u(píng)定方式變更圖

4 結(jié)語

化工行業(yè)在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位，化工專業(yè)課程尤其是“化工設(shè)計(jì)”課程的“金課”建設(shè)對(duì)培養(yǎng)化工專業(yè)人才具有重要作用。我校作為化工特色鮮明的地方高校，在“化工設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評(píng)價(jià)的改革創(chuàng)新方面進(jìn)行了積極探索，并取得了一定成效，建設(shè)了“化工設(shè)計(jì)”在線開放課程資源，拓展了案例化實(shí)踐教學(xué)、討論式教學(xué)模式、搭建了化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽平臺(tái)，完善了“線上線下、校內(nèi)校外、理實(shí)結(jié)合、實(shí)踐提升”的全過程、多環(huán)節(jié)、一體化的課程體系，提升了教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)了學(xué)生工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。多年來，化工專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率保持在93%以上，越來越多的畢業(yè)生受到化工設(shè)計(jì)院的青睞。近三年來，化工專業(yè)約105名學(xué)生成功參加全國(guó)化工設(shè)計(jì)大賽，其中15人獲全國(guó)一等獎(jiǎng)，15人獲全國(guó)二等獎(jiǎng)，10人獲全國(guó)三等獎(jiǎng)，其余人獲優(yōu)秀獎(jiǎng)，成績(jī)斐然。隨著科技進(jìn)步和教學(xué)手段的日益發(fā)展，教學(xué)改革將是一個(gè)持續(xù)改進(jìn)的過程，今后“化工設(shè)計(jì)”的課程改革將沿以下方向進(jìn)行，1)加大化工設(shè)計(jì)課程群的建設(shè)，把化工設(shè)計(jì)軟件課程如CAD、Aspen Plus等融合在化工設(shè)計(jì)課程中，教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)更加緊密銜接，進(jìn)一步完善課程群課程體系；2)把化工設(shè)計(jì)大賽內(nèi)容適當(dāng)融合在教學(xué)內(nèi)容中，進(jìn)行具體的案例式教學(xué)，真正做到“以賽促教，以賽促學(xué)”；3)進(jìn)一步優(yōu)化考核機(jī)制，鼓勵(lì)學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式完成一項(xiàng)課程設(shè)計(jì)大作業(yè)，增加同學(xué)們的實(shí)操訓(xùn)練和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；4)加大對(duì)專業(yè)教師工程能力和創(chuàng)新教學(xué)模式的培訓(xùn)；5)積極爭(zhēng)取打造仿真實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力。這些措施在持續(xù)的改革中將會(huì)不斷得到完善，力求“去水增金”，把化工設(shè)計(jì)課程打造成一門真正的“金課”，為社會(huì)培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)的高素質(zhì)“新工科”人才。