郭玉華,呂春燕,王坤燕,徐敏虹
(湖州師范學(xué)院 工學(xué)院,浙江 湖州 313000)
2017年教育部啟動(dòng)的新工科計(jì)劃是新時(shí)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求,為高校工程教育改革創(chuàng)新指明了新方向.新工科的內(nèi)涵是以立德樹(shù)人為引領(lǐng),培養(yǎng)具有家國(guó)情懷、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的卓越工程技術(shù)復(fù)合型人才.與傳統(tǒng)工科相比,新工科更注重學(xué)科的實(shí)用性、交叉性和綜合性.如何通過(guò)課程教學(xué)改革滿足新工科人才培養(yǎng)的需求,已成為高校教學(xué)研究與改革的重點(diǎn)[1-2].“化工設(shè)計(jì)”課程研究的是化工過(guò)程開(kāi)發(fā)中科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的技術(shù),是一門(mén)涵蓋知識(shí)應(yīng)用和實(shí)踐操作的專業(yè)課程,設(shè)計(jì)過(guò)程涉及化學(xué)、化工、機(jī)械、電氣、土建等專業(yè),以及政治、經(jīng)濟(jì)、資源、產(chǎn)品、市場(chǎng)等多方面知識(shí),是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)科學(xué).材料化學(xué)是一門(mén)新興交叉學(xué)科,是材料科學(xué)、化學(xué)和化工領(lǐng)域的重要分支.工科類專業(yè)在專業(yè)培養(yǎng)中側(cè)重材料和化學(xué)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能的學(xué)習(xí),對(duì)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐類課程知識(shí)體系的學(xué)習(xí)較少.而新材料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和升級(jí)換代需要進(jìn)行工程設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn).為適應(yīng)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域?qū)こ碳夹g(shù)人才培養(yǎng)的需要,湖州師范學(xué)院對(duì)材料化學(xué)專業(yè)大三學(xué)生開(kāi)設(shè)了“化工設(shè)計(jì)”課程.學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)該課程,可以擴(kuò)大知識(shí)面,提高綜合運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐能力,這與新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)是一致的,也符合《制造業(yè)設(shè)計(jì)能力提升專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃(2019—2022年)》對(duì)設(shè)計(jì)人才的培育需求.
“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)不僅要向?qū)W生傳授基本技術(shù)知識(shí),還要讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)解決化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題.而傳統(tǒng)的教學(xué)模式過(guò)分注重對(duì)課本知識(shí)的講解,因此對(duì)實(shí)踐性較強(qiáng)的“化工設(shè)計(jì)”課程來(lái)說(shuō),會(huì)導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手能力得不到提高,學(xué)習(xí)興趣降低,對(duì)知識(shí)一知半解,缺少嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)精神和創(chuàng)新實(shí)踐精神.采用這種教學(xué)模式培養(yǎng)的學(xué)生已不能滿足企業(yè)對(duì)實(shí)踐型人才的需求.湖州師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)以服務(wù)地方,著力培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用技術(shù)型人才為目標(biāo).面對(duì)新環(huán)境、新趨勢(shì)、新工科的要求,現(xiàn)有教學(xué)模式已難以完成相應(yīng)的人才培養(yǎng)任務(wù).因此,新工科背景下“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)模式改革勢(shì)在必行.
“化工設(shè)計(jì)”課程是一門(mén)涉及多個(gè)學(xué)科知識(shí)領(lǐng)域的綜合性課程.該課程除涉及基礎(chǔ)的“四大化學(xué)”知識(shí)、化工原理、化工工藝等專業(yè)知識(shí)外,還涉及安全可靠性、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理和操作人性化等方面的內(nèi)容.湖州師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)在人才培養(yǎng)中的工程課程較少,支撐化工設(shè)計(jì)的知識(shí)體系還不夠完善,這給“化工設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)帶來(lái)了很大難度.教師在有限的課時(shí)內(nèi)要講授的內(nèi)容非常繁雜,學(xué)生難以系統(tǒng)地掌握和應(yīng)用.此外,傳統(tǒng)的“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)注重化工過(guò)程計(jì)算和工藝設(shè)計(jì),對(duì)高效快速的輔助化工過(guò)程設(shè)計(jì)軟件介紹不多.目前大型的化工過(guò)程設(shè)計(jì)均由專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件輔助完成,學(xué)生雖然掌握了專業(yè)知識(shí),但卻缺乏高效率表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果的手段.
學(xué)生工程意識(shí)普遍薄弱,缺乏實(shí)踐知識(shí).這主要是因我國(guó)的大學(xué)生大部分是由高中直升大學(xué)的,而中學(xué)教學(xué)沒(méi)有涉及工程學(xué)方面的內(nèi)容,講授的內(nèi)容如數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理等都屬于科學(xué)體系,當(dāng)學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后也鮮有機(jī)會(huì)接觸相關(guān)工程知識(shí)和參加工廠實(shí)習(xí),學(xué)校也沒(méi)有開(kāi)設(shè)相關(guān)的工程學(xué)課程,因此學(xué)生工程學(xué)方面的知識(shí)仍是空白[3].工程學(xué)知識(shí)體系和基本思維方式與自然科學(xué)是有區(qū)別的,它突出實(shí)踐性,注重培養(yǎng)學(xué)生的分析、設(shè)計(jì)、綜合等方面的能力.“化工設(shè)計(jì)”是一門(mén)綜合性課程,要求學(xué)生能夠?qū)ⅰ八拇蠡瘜W(xué)”基礎(chǔ)知識(shí)和化工原理、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工機(jī)械設(shè)備、化工儀表及自動(dòng)化等專業(yè)課程知識(shí)融會(huì)貫通,并綜合運(yùn)用.對(duì)材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),“化工設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式是全新的,部分學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,雖已學(xué)過(guò)相關(guān)的基礎(chǔ)課程,但其綜合運(yùn)用知識(shí)的能力還較薄弱.
“化工設(shè)計(jì)”課程具有很強(qiáng)的工程性、技術(shù)性和實(shí)踐性.傳統(tǒng)的課程教學(xué)主要以傳授專業(yè)知識(shí)為主,是一種以書(shū)本知識(shí)為中心的學(xué)習(xí)方式.其課堂教學(xué)組織形式是知識(shí)的單向傳授,學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí),部分學(xué)生甚至是為應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)的,缺乏主動(dòng)意識(shí)和創(chuàng)新能力[4].實(shí)踐性對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)盲區(qū),社會(huì)普遍反映工科專業(yè)畢業(yè)生動(dòng)手實(shí)踐能力不強(qiáng),這已成為近些年工科專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的一個(gè)突出問(wèn)題[5].其主要原因是:目前校內(nèi)外專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地較少,學(xué)生無(wú)法進(jìn)行實(shí)際操作和專業(yè)技能訓(xùn)練;受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)影響,校外工廠、企業(yè)不愿意接收和安排實(shí)習(xí)學(xué)生,怕干擾生產(chǎn)秩序,即使學(xué)生有機(jī)會(huì)到校外實(shí)習(xí)也是走馬觀花,嚴(yán)重影響了實(shí)踐性課程的教學(xué)質(zhì)量.
長(zhǎng)期以來(lái),高校的課程考核通常忽略學(xué)科和課程的性質(zhì)與特點(diǎn),普遍采用單一的閉卷考試,其考試內(nèi)容是課程教材中一些重要的知識(shí)點(diǎn).而學(xué)生為應(yīng)對(duì)考試,被動(dòng)地記憶與理解知識(shí),缺乏主動(dòng)性和創(chuàng)造性.因此,這種考核方式實(shí)難反映學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)所獲得的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力,與工科專業(yè)以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的教學(xué)目標(biāo)不相適應(yīng).為全面推進(jìn)素質(zhì)教育,工科專業(yè)課程考核方法的改革應(yīng)著眼于全面科學(xué)地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力,充分發(fā)揮考核評(píng)價(jià)體系在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性中的導(dǎo)向作用.
“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力的重要使命.如何以“應(yīng)用”為主旨在有限的課時(shí)內(nèi)使材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生掌握更多的工程知識(shí),學(xué)會(huì)運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新實(shí)踐能力,滿足企業(yè)對(duì)創(chuàng)新應(yīng)用型工程技術(shù)人才的需求,本文從以下幾個(gè)方面對(duì)“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)模式改革進(jìn)行探討.
針對(duì)材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)中工程方面課程較少,知識(shí)體系不完善,現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)Aspen Plus、Pdmax、SketchUp等軟件基本未引入課程教學(xué)的現(xiàn)狀,課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)將教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)有機(jī)結(jié)合(見(jiàn)圖1),以“化工設(shè)計(jì)”競(jìng)賽為依托,根據(jù)競(jìng)賽選題使教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化,重構(gòu)課程教學(xué)模塊,將其優(yōu)化為設(shè)計(jì)程序和規(guī)范、工藝流程設(shè)計(jì)、化工工藝計(jì)算、設(shè)備設(shè)計(jì)與選型、車間與管道布置、安全與環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)概算等7個(gè)單元模塊,并在工藝流程設(shè)計(jì)模塊中適當(dāng)補(bǔ)充化工工藝知識(shí)和原理,在設(shè)備設(shè)計(jì)與選型中適當(dāng)補(bǔ)充典型的設(shè)備知識(shí),適時(shí)引入設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范等內(nèi)容.現(xiàn)代化工設(shè)計(jì)均需利用計(jì)算機(jī)軟件輔助完成,如工藝流程模擬、換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、流程圖繪制、設(shè)備的設(shè)計(jì)選型等都需要專門(mén)的軟件協(xié)助完成.但現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的熟練應(yīng)用是學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中的一個(gè)主要瓶頸.因此,在相應(yīng)的模塊學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)引入對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件學(xué)習(xí).如在工藝流程設(shè)計(jì)部分要求學(xué)生進(jìn)一步熟悉AutoCAD軟件的應(yīng)用(前修課程已學(xué)過(guò)該軟件);化工工藝計(jì)算模塊補(bǔ)充流程模擬軟件Aspen Plus的學(xué)習(xí);設(shè)備設(shè)計(jì)與選型補(bǔ)充Aspen EDR換熱器選型、SW6 強(qiáng)度校核等軟件的應(yīng)用.通過(guò)軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野.
圖1 課程—競(jìng)賽與能力培養(yǎng)關(guān)系圖Fig.1 Relationship between course-competition and ability development
針對(duì)學(xué)生工程意識(shí)薄弱,缺少知識(shí)綜合運(yùn)用能力,缺乏學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性等問(wèn)題,采取以“學(xué)科競(jìng)賽+項(xiàng)目設(shè)計(jì)”為導(dǎo)向的課程教學(xué)模式(見(jiàn)圖1),即在進(jìn)行“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)的同時(shí),引入大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽.該競(jìng)賽是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大、水平最高的化工類國(guó)家級(jí)賽事.學(xué)科競(jìng)賽是考查學(xué)生學(xué)科基本理論知識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題能力的活動(dòng),在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、工程技能、團(tuán)隊(duì)精神和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)等方面發(fā)揮著積極的作用[6].將大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽的題目作為本課程考核項(xiàng)目設(shè)計(jì)的題目,按照競(jìng)賽要求以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì).課程學(xué)習(xí)初期采取“任務(wù)式”教學(xué),將項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)布置給學(xué)生,讓學(xué)生帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)該課程;課程結(jié)束后進(jìn)一步完善項(xiàng)目設(shè)計(jì)作品并參加競(jìng)賽.在項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中,從項(xiàng)目選題、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、工程圖紙繪制、流程模擬,再到說(shuō)明書(shū)及可行性研究報(bào)告的撰寫(xiě)、視頻制作、答辯PPT編制等,每個(gè)環(huán)節(jié)都要以學(xué)生為主體,從而使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力得到提高,探索精神得到發(fā)掘,創(chuàng)新能力和工程意識(shí)得到加強(qiáng).“學(xué)科競(jìng)賽+項(xiàng)目設(shè)計(jì)”的教學(xué)模式提高了學(xué)生學(xué)習(xí)“化工設(shè)計(jì)”課程的興趣和積極性.由圖2可以看出,自2019年湖州師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)實(shí)施“化工設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革以來(lái),學(xué)生競(jìng)賽參與率有很大提升,是2016年的近10倍,80%以上的學(xué)生能積極參與.以“賽”促“學(xué)”,以“賽”促“教”,項(xiàng)目實(shí)踐帶動(dòng)理論教學(xué),在一定程度上彌補(bǔ)了課堂教學(xué)的不足,擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)視野,使學(xué)生學(xué)以致用.
圖2 2016—2020年湖州師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生參與競(jìng)賽的情況Fig.2 Participation of students majoring in materials chemistry in Huzhou University from 2016 to 2020
將教師單向知識(shí)傳授的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)樽寣W(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人,采取課內(nèi)講授與課外自學(xué)相結(jié)合的教學(xué)組織形式,充分利用課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)將“化工設(shè)計(jì)”課程涉及的課內(nèi)外資源上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái).由于課內(nèi)學(xué)時(shí)有限,未講授的工程設(shè)計(jì)知識(shí)及Aspen Plus、Pdmax等現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件的學(xué)習(xí)可采取“課堂入門(mén)+課后自學(xué)輻射”的教學(xué)方法.同時(shí)適時(shí)采取師生課內(nèi)討論交流、“組內(nèi)+組間”討論交流等靈活多樣的課程教學(xué)組織形式,使教師與學(xué)生真正互動(dòng),進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維,提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和分析、解決問(wèn)題的能力.
樹(shù)立“實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)同等重要”“實(shí)踐是工科專業(yè)人才成功之本”的教育理念.“化工設(shè)計(jì)”課程直接面向應(yīng)用領(lǐng)域,實(shí)踐性很強(qiáng).而實(shí)踐活動(dòng)的展開(kāi)有利于加深學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解,提高學(xué)生對(duì)后續(xù)課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,以及應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.因此,在“化工設(shè)計(jì)”課程48學(xué)時(shí)結(jié)束后可增設(shè)兩周“化工設(shè)計(jì)”課程的實(shí)踐課,以競(jìng)賽要求為目標(biāo)深化課程設(shè)計(jì)成果;積極開(kāi)發(fā)校企合作平臺(tái),建立校外實(shí)踐基地,聘請(qǐng)企業(yè)工程技術(shù)專家開(kāi)展講座,并讓學(xué)生深入企業(yè)參觀學(xué)習(xí),盡可能地讓學(xué)生在真實(shí)的環(huán)境中積累實(shí)踐知識(shí),增強(qiáng)工程意識(shí).
針對(duì)“化工設(shè)計(jì)”課程對(duì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力要求高的特點(diǎn),其課程考核方式應(yīng)打破傳統(tǒng)的期末閉卷考試方式的束縛,考試內(nèi)容要突破課堂和教材內(nèi)容的局限,注重學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)及自學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用,充分體現(xiàn)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力.該課程考核方法要以“團(tuán)隊(duì)+項(xiàng)目設(shè)計(jì)+答辯”的形式為主,并將過(guò)程跟蹤評(píng)價(jià)法與終結(jié)性評(píng)價(jià)法相結(jié)合.過(guò)程跟蹤評(píng)價(jià)法主要是針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的具體情況,如課程學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)、實(shí)踐學(xué)習(xí)過(guò)程中的動(dòng)手能力、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的提出、階段性作品設(shè)計(jì)情況匯報(bào)、創(chuàng)新成果、團(tuán)隊(duì)協(xié)作情況等方面進(jìn)行的跟蹤考查.整個(gè)考核環(huán)節(jié)要注重學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新能力,特別是對(duì)學(xué)生積極思考問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的考查.終結(jié)性評(píng)價(jià)包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果(包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙質(zhì)量、現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具的使用等)和成果答辯情況,主要考查學(xué)生工程設(shè)計(jì)、寫(xiě)作、現(xiàn)代技術(shù)工具運(yùn)用等方面的能力.
通過(guò)課程考核方式改革,要求學(xué)生不僅要掌握課程知識(shí)點(diǎn),還要學(xué)會(huì)利用知識(shí)解決工程問(wèn)題,由等著期末突擊考試轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)刻關(guān)注課程學(xué)習(xí)的每個(gè)細(xì)節(jié),以有效提高學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的重視程度和課堂效率.這樣的課程改革明顯增多了學(xué)生團(tuán)隊(duì)成員間及學(xué)生與老師圍繞課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題的討論.企業(yè)專家也發(fā)現(xiàn)學(xué)生去企業(yè)專業(yè)見(jiàn)習(xí)時(shí),學(xué)生對(duì)專家講解的生產(chǎn)流程一聽(tīng)就懂,對(duì)流程圖中的工程知識(shí)也很熟悉.“團(tuán)隊(duì)+項(xiàng)目設(shè)計(jì)+答辯”的考核方式取得了良好效果.
湖州師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)“化工設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)改革,通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,重構(gòu)課程教學(xué)模塊,有機(jī)結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù),以“學(xué)科競(jìng)賽+項(xiàng)目設(shè)計(jì)”為導(dǎo)向,有效地將化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽內(nèi)容貫穿于課程教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)中;通過(guò)面向項(xiàng)目設(shè)計(jì)的實(shí)踐活動(dòng)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維,將理論知識(shí)應(yīng)用于解決工程問(wèn)題中,達(dá)到了學(xué)以致用的教學(xué)目的;充分利用課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái),采取“課堂入門(mén)+課后自學(xué)輻射”、討論交流等靈活多樣的課程教學(xué)組織形式,豐富了學(xué)生的工程知識(shí),開(kāi)闊了學(xué)生的視野;通過(guò)校企合作深入企業(yè)實(shí)踐,讓學(xué)生感受到了真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境,增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和工程意識(shí).總之,將課堂學(xué)習(xí)與課外競(jìng)賽、企業(yè)實(shí)踐相結(jié)合,有效構(gòu)建了全過(guò)程、多環(huán)節(jié)、一體化的“新工科”人才培養(yǎng)模式.