工程教育认证下的《化工设计》教学改革研究
徐梅松，卢佳丽
（贵州大学 化学与化工学院，贵州贵阳 550000）
随着经济的快速发展，我国高等教育从拨乱反正、整顿提高为主的模式迈向全面实施素质教育的时代[1]。现在，中国特色社会主义进入新时代，高等教育在新时期有新的挑战。面对新挑战，高等院校应该合理进行教育教学改革，制定合适的教学培养方案。工程教育专业认证是以培养工科毕业生满足行业质量标准为核心，以满足毕业要求为导向的一种评价机制[2-4]。为满足高等教育服务于地方经济的要求，多数高校通过工程教育专业认证的培养模式进行教学改革，提高了高等教育的教学质量。该培养模式要求教育者制定的教学目标和毕业要求相契合，授课过程中注重培养学生的设计思维理念。近年来，高校工科学生多，工科专业布点数广泛。所以，工程教育培养模式无论是对于学生成长，还是对学科发展都发挥着重要的作用。但是，工程问题日益复杂，旧的教学机制已无法满足工程认证的要求[5-7]。
化工设计是化工类学生的专业必修课，是在完成基础专业课（如化工原理、物理化学和化学反应工程等）的学习后，开设的一门相对较综合的课程。该课程的特点是：理论与实际联系十分紧密，涉及的知识面广，工程实践性强，体现为复杂性、综合性和系统性。本课程学生需要掌握完整工艺流程的可行性分析，其中包括工艺路线的确定、物料衡算、能量衡算、流程图的绘制、仪表流程图、设备选型和经济核算等知识点。化工设计是将实验室的小试实验转化为工厂实际生产的重要体现[8-10]。为此，要探索更加合理的教学内容，从而增强学生的学习主动性、创新性和思维性，这门课程的教学目的是培养学生工程设计能力、创新实践能力和工艺计算能力。
1.1 教学内容体系不够完善
化工设计课程的实践性较强，引导学生将一个理论上能发生的化学反应实现产业化。例如：从单元操作到管道布置；
从前期原材料的来源到后期的产品及三废的处理；
从一套装备的设计到化工厂选址等。这些过程都体现了把理论知识应用到化工设计的实际工程中。但是，这门课程的学时有限，学生要掌握的内容不仅多且复杂，很难系统地掌握。另一方面，在教学过程中，由于时间和地域的限制，教师不能面面俱到，只限于介绍书本的理论知识，无法与工程应用联系在一起，难以做到学以致用。
1.2 教学方法过于传统
该门课程的教学方法，多数还是强调教师的主体作用，而以学生为中心、以实践为中心的教法例如翻转课堂、案例教学法等还未普及，学生大多是被动地接受和死记相关理论。其次，课堂上教学方式单调，往往采取的是板书和PPT相结合，没有引导学生进行一些与课程知识相关的课题研究。课堂氛围不活跃，学生的兴趣和积极性较低。这种教学方法弊大于利，带来的坏结果是学生丧失学习的动力，失去深入研究课题的激情，也极大削弱了学生自主学习、探索化工过程研究问题的兴趣。另外，虽然学生能够通过参加各类实习，例如认识实习等，来增加对化工工艺流程、设计原理、设计规范的理性认识。但是由于学生在实习之前对工厂工艺流程、生产内容等熟悉程度不够，就不能够在实习过程中有效思考并提出高质量的问题，导致不能把在课堂上学到的理论与工厂实际工艺流程相结合。因此，如何加强教学实践环节，是迫切需要解决的问题。从化工设计这门课程的教学方式找突破口，制定持续改进的课程内容是重中之重。
1.3 考核方式单一
学生的成绩评级以最后考试成绩为主，通常采用期末一张试卷决定成绩的考核方式，试题质量和考试成绩分析都达不到知识性命题和能力性命题相结合要求，严重影响了学生学习效果。考核方式太单一根本满足不了化工设计课程的导向，对解决工程问题能力的提升效果不明显。
化工设计课程教学承担着化工学生向化工工作者转变的重要使命，也是化工专业实现工程教育认证的重要保障。教学的持续改进将是实现合格性认证工程教育的坚实基础，这就要求教育者既要抓住主线，又要守住底线。以“理论结合实践”为主旨在规定的课时内让学生掌握更多的工程知识，与此同时培养学生的创新能力和实践能力，为企业培养应用型工程技术人才。
2.1 改革教学模式，提升教学效果
2.1.1 合理设置教学内容，提高学生学习兴趣
“照本宣科”的授课模式基本上是遵循教材的编排模式进行教学，教师没有任何拓展，不与实际相结合，旨在完成课本内容。这样虽然能让学生掌握课程的主要学习内容，但限制了学生的专业视野和化工及相关学科知识面的延伸和拓展，无法激起学生学习的主动积极性。
在该门课的授课过程中，应结合课程自身特点，把握化工设计的重难点，充分把工艺设计与理论相结合。传授理论知识的同时，调动课堂氛围，从工厂实例工艺出发，通过课上和课下的讨论模式，激发学生对化工设计的兴趣，间接培养学生的工程思维能力。
根据实际工程问题的解决思路，把教学内容进行重新归纳和整理。例如：将化工设计课程的主要问题以“化工过程：原料→化学反应过程→化工分离过程→产品”抽提成化工过程如何建厂、如何选择工艺技术路线、能量的最优化匹配等。教材是课程内容的体现之一，改革后不再规定具体的某本教材，而是提供多本参考书、历年化工学科竞赛中自主开发原创性案例，编写案例指导书、讲义、教学课件等，将新知识、新理论、新技术和新工艺引入课堂教学过程，激发学生对化工学习的兴趣，培养化工专业类学生发现问题、分析问题和自主解决问题的能力。
2.1.2 “以教师为主体”转变成“教师主导、学生主体”的互动模式。
通过翻转课堂，活跃课堂氛围，使整个教学过程教师和学生互动起来。教师持续改进教学方法和内容，最大程度地发挥面向产出的效果。
教师引导学生梳理思路，构建工艺流程体系。首先，教师应该教学生利用中国知网、维普和Web of Science等网站进行查阅和下载文献。另外，引导学生查阅相关工艺流程的化工国家行业标准，并对文献进行阅读、整理和分析，以学习小组的形式分享文献调研。老师考察的方式主要是以学习报告或PPT宣讲等形式汇报。最后，评价方式通过三方点评：老师评，同学评和自评。整个过程都以学生为中心，老师只起到主导的作用，充分发挥学生的主观能动性。
2.2 改进课程的考核模式
化工设计具有综合性极强的特点，若单单以期末考试的形式考核，学生全面掌握课程知识能力体现不出来，同时不能公平公正反映学生的成绩。工程教育认证的要求是课程目标和毕业要求相呼应，为此制定详细的课程目标（表1），提高学生自主学习能力，达到毕业要求的指标点。为提高面向产出效果，开展多种形式的考核模式。把化工设计单一的考核模式改为由文献调研分享会（10%）、大作业（30%）、期中考核（15%）、小作业（15%）和期末考试（30%）五部分组成。同时，每个部分都要进一步细化，任课教师及时跟踪学生的反馈信息，并注重过程的考核。具体细化考核如表2所示。
表1 化工设计课程目标
表2 课程目标、考核方式及细化考核
化工设计教学课程需要持续改进，形成闭环。学生对化工项目进行设计，弄清基本的设计思路，应用相关化工软件解决实际工程问题。近几年，为了更好地使化工设计的教学实践得到补充和加强，将设计竞赛的题目引入该门课程的考核，激励学生主动参加各种设计大赛。另外，参赛团队的作品可作为该门课程大作业的考核，无需单独准备，不光为学生节约时间还提高了作业的质量。这样改革的目的是锻炼化工专业学生的综合能力，体现“教师主导、学生主体”的教学方法。正是该门课程教学改革的进行，增加了学生对设计的好奇和兴趣，近几年竞赛成绩突出，无不显示了学生对设计的追求和挑战。
但是化工设计实践环节的改革，极大增加了学生的工作量，要想完成一份较好的设计，学生只能利用课余时间，即使教学计划中安排的有教学时间，也是杯水车薪。鉴于化工设计实践环节对培养学生开放式思维和实际工作能力所能发挥的巨大作用，怎样为这一环节安排更多一点时间，确实是个值得考虑的问题。
化工设计是一门以丰富的理论基础为依托、与实践紧密联系的课程。以工程教育认证的要求为准绳，根据设计实例的开展步骤和思路，重新归纳教学模块，同时结合现代模拟软件技术，把化工竞赛和项目设计引入课程内容，将理论和实践有效结合，改革考核方式，提升学生的综合设计能力。
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