陳 勇 程 寧 楊育兵 易 慧 黃艷玲

(1.柳州工學(xué)院 食品與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545616；2.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 環(huán)境與食品工程學(xué)院，廣西 柳州 545000)

能力、素養(yǎng)和知識的協(xié)調(diào)發(fā)展已成為培養(yǎng)工程類人才的基本目標(biāo)[1]。大學(xué)是培養(yǎng)人才最大的場所，尤其在培養(yǎng)高等工程人才上地位突出。教育部自2010年開始實(shí)施了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，然而，工程素養(yǎng)低、工程實(shí)踐能力不足的情況在我國高等工程人才培養(yǎng)中依然普遍存在[2]。

化工專業(yè)作為實(shí)踐性強(qiáng)的通用過程工程專業(yè)，為冶金、能源、輕工、醫(yī)藥、生物、環(huán)境等工業(yè)工程提供技術(shù)基礎(chǔ)，并與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)[3]。隨著化工產(chǎn)品向多元化、精細(xì)化發(fā)展，且化工過程本身具有復(fù)雜性，因而對化工專業(yè)學(xué)生的工程應(yīng)用能力提出了較高的要求。但是，傳統(tǒng)的教學(xué)往往重理論、輕應(yīng)用，使得學(xué)生的工程素養(yǎng)和應(yīng)用能力普遍較弱[4]。

化工設(shè)計(jì)是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的必修課程之一，課程內(nèi)容側(cè)重工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用，綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)，尤其對前期專業(yè)課程理論基礎(chǔ)要求較高，學(xué)生普遍感覺比較吃力，而該課程對提升學(xué)生的工程應(yīng)用能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力至關(guān)重要[5]。為提升我?；I(yè)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，以化工設(shè)計(jì)課程群建設(shè)為載體，改革教學(xué)模式，優(yōu)化教學(xué)方法，致力于培養(yǎng)高等工程應(yīng)用型人才。

1 整合化工設(shè)計(jì)類課程群教學(xué)體系

化工設(shè)計(jì)是一門涉及知識面非常寬泛的綜合性課程，技術(shù)性和工程實(shí)踐性極強(qiáng)，對學(xué)生掌握化工原理、反應(yīng)工程、熱力學(xué)、設(shè)備基礎(chǔ)、工程制圖等專業(yè)理論基礎(chǔ)的要求較高。從表面上看，學(xué)生學(xué)習(xí)的僅是一門課程，而本質(zhì)上學(xué)生需要綜合整個化工專業(yè)基礎(chǔ)的應(yīng)用，因此，以化工設(shè)計(jì)課程群作為載體，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力尤為必要。

表1為柳州工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)與化工設(shè)計(jì)相關(guān)課程的教學(xué)計(jì)劃。從課程設(shè)置上看，主要按照“理論-應(yīng)用-實(shí)踐”的線路，遵循由淺到深、由單一課程到綜合訓(xùn)練的教學(xué)規(guī)律，最終達(dá)到提高學(xué)生工程素養(yǎng)和能力的目的。比如，化工原理著重強(qiáng)調(diào)基本化工單元操作原理，化工熱力學(xué)偏向化工過程的能量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和物性數(shù)據(jù)的掌握，化學(xué)反應(yīng)工程介紹化學(xué)反應(yīng)基本原理和過程。在這些理論課程基礎(chǔ)上，引入儀表及自動化(化工儀表及自動化)、機(jī)械設(shè)備及工程裝備(化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ))、工程制圖(化工制圖)等在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用。在學(xué)生具備各個學(xué)科理論基礎(chǔ)后，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，并同樣遵循由淺及深的規(guī)律，由基本單元過程設(shè)計(jì)(化工原理課程設(shè)計(jì))提升至工藝流程設(shè)計(jì)(化工綜合設(shè)計(jì))，最后以化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì))檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。在實(shí)踐訓(xùn)練過程中，著眼于化工設(shè)計(jì)規(guī)范，貼近實(shí)際工程項(xiàng)目，提升學(xué)生工程實(shí)踐能力。

表1 與化工設(shè)計(jì)和工程能力培養(yǎng)相關(guān)的課程教學(xué)計(jì)劃

在此課程體系當(dāng)中，每門課程的教學(xué)過程是獨(dú)立的，而一個項(xiàng)目的工程實(shí)踐涉及的學(xué)科是廣泛的。傳統(tǒng)的教學(xué)模式將一個整體的工程過程進(jìn)行了分割，傳授的工程知識碎片化。而學(xué)生對單門課程知識的認(rèn)知有限，無法串聯(lián)起各門課程之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。甚至出現(xiàn)各課程任課教師對培養(yǎng)目標(biāo)認(rèn)識模糊，僅停留在完成教學(xué)任務(wù)層面，而學(xué)生也僅是集中心思通過考試或考核，對一個完整的化學(xué)工程過程缺乏整體認(rèn)知。每門課程涉及一個學(xué)科方向，在教學(xué)規(guī)律上確實(shí)有其獨(dú)立性和完整性，但對提高學(xué)生的工程素養(yǎng)卻不利。因此，以提升學(xué)生工程能力為主線，將課程進(jìn)行有機(jī)整合，形成課程群，強(qiáng)化每門課程之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)生工程實(shí)踐和應(yīng)用能力的達(dá)成。圖1為整個化工設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)邏輯關(guān)系，主要分為理論教學(xué)模塊和實(shí)踐教學(xué)模塊，兩個模塊相互依存、相互促進(jìn)。大二年級為儲備專業(yè)基礎(chǔ)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(yè)工程基礎(chǔ)知識階段，熟悉化工單元生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)計(jì)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)。大四為工程能力實(shí)際訓(xùn)練和效果檢驗(yàn)階段，提升對化工過程控制和優(yōu)化的能力，熟悉項(xiàng)目設(shè)計(jì)全過程。

圖1 化工設(shè)計(jì)課程群體系及其教學(xué)邏輯關(guān)系

2 構(gòu)建以培養(yǎng)工程應(yīng)用能力為目標(biāo)的課程教學(xué)模式

教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的核心，而教學(xué)方法是提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。如何將化工設(shè)計(jì)課程群有機(jī)串聯(lián)和銜接，是保證課程群建設(shè)效果的關(guān)鍵。為此，各科課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極探索，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)工程能力為宗旨，因材施教，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對專業(yè)知識的整體認(rèn)知能力。面對課程群中各門課程及教學(xué)環(huán)節(jié)的差異性，課題組對教學(xué)過程進(jìn)行了全面改革。

2.1 理論課程教學(xué)共享工程案例

具備扎實(shí)的理論知識是高等工程應(yīng)用型人才的重要特征，也是其具有創(chuàng)新能力的前提[6]。保證學(xué)生有效獲取枯燥難懂的理論知識一直是教學(xué)改革的中心任務(wù)，比如案例教學(xué)法對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性有事半功倍的效果。但是，傳統(tǒng)的案例教學(xué)法中，各門課程使用的案例素材互不相同，學(xué)生局限于學(xué)習(xí)各門課程案例中孤立的知識內(nèi)容，接受的是碎片化的專業(yè)知識體系，抓不住各門課程之間的聯(lián)系，對于整體的化工學(xué)科工程觀認(rèn)識模糊，缺乏對知識綜合運(yùn)用的能力，不利于工程思維能力的培養(yǎng)。為此，本課題組優(yōu)化傳統(tǒng)案例教學(xué)方式，在理論課程教學(xué)中融合綜合性強(qiáng)的工程項(xiàng)目，實(shí)施共享工程案例教學(xué)。具體而言，將課程群中所有理論課進(jìn)行集中規(guī)劃，各課程使用相同的工程案例資源，各課程教師負(fù)責(zé)講解本課程的知識點(diǎn)在共享案例中的應(yīng)用，從而打通各課程之間的壁壘，把課程群串聯(lián)成有機(jī)整體，使學(xué)生對于各課程學(xué)習(xí)目的和意義有一個更清晰的認(rèn)識，方向明確，增強(qiáng)學(xué)生將理論知識應(yīng)用于工程實(shí)踐的能力，圖2為某一共享工程案例教學(xué)示例。為保證共享案例教學(xué)法有效進(jìn)行，本課題組充分發(fā)揮校級優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)平臺，以自治區(qū)教育廳教育教學(xué)創(chuàng)新大賽為契機(jī)，化工教研室共同商討，共享各課程教學(xué)資源，設(shè)計(jì)和優(yōu)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(yīng)用，提高學(xué)生解決化學(xué)工業(yè)中的一般問題甚至是復(fù)雜問題的能力。

圖2 協(xié)同工程案例教學(xué)應(yīng)用：柴油的催化加氫精制過程

2.2 實(shí)踐課程與學(xué)科競賽有機(jī)結(jié)合

對于工科來講，實(shí)踐教學(xué)是必不可少的一個環(huán)節(jié)，是理論知識應(yīng)用、理論聯(lián)系實(shí)際的重要過程，是學(xué)生工程思維能力提升的過程，是培養(yǎng)高等應(yīng)用型工程人才的重要平臺。傳統(tǒng)的教學(xué)模式在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)有弱化之勢，“重理論，輕實(shí)踐”的現(xiàn)象比較突出。為此，建立科學(xué)有效的實(shí)踐課程教學(xué)模式也是當(dāng)前教學(xué)改革的迫切任務(wù)。

本課題組以學(xué)科競賽為主線，打通并串聯(lián)化工設(shè)計(jì)課程群中的實(shí)踐課程，實(shí)現(xiàn)各實(shí)踐課程之間的協(xié)同教學(xué)，大力提高學(xué)生工程實(shí)踐和設(shè)計(jì)能力。具體而言，以化工設(shè)計(jì)課程群中的理論課程體系為基礎(chǔ)，以各類化工競賽為抓手，比如全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽、化工過程實(shí)驗(yàn)競賽和安全設(shè)計(jì)競賽等，將化工原理實(shí)驗(yàn)、化工原理課程設(shè)計(jì)、化工綜合設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)現(xiàn)串聯(lián)，形成由點(diǎn)及線、注重項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)協(xié)作的工程實(shí)踐教學(xué)模式，促使每個學(xué)生能夠參與實(shí)踐一個化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備、計(jì)劃書編寫、路線選擇、三段設(shè)計(jì)和驗(yàn)收運(yùn)行全過程?；ろ?xiàng)目選題主要立足于以往的各類化工設(shè)計(jì)競賽題目。結(jié)合競賽中作品要求、設(shè)計(jì)規(guī)范性、工業(yè)背景強(qiáng)的特點(diǎn)，明確實(shí)踐方向，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及參與競賽的能力。具體實(shí)施過程見圖3。

圖3 實(shí)踐課程協(xié)同教學(xué)實(shí)施方式

該協(xié)同教學(xué)模式能有效銜接各個教學(xué)階段的實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)課程群真正意義上的統(tǒng)一。將階段任務(wù)與畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行連貫結(jié)合，改變了以往畢業(yè)設(shè)計(jì)孤立且質(zhì)量粗糙的現(xiàn)狀，強(qiáng)化了畢業(yè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性，使其更加規(guī)范。比如，在課程改革之前，畢業(yè)設(shè)計(jì)僅停留在初步工藝設(shè)計(jì)階段，甚至更淺，改革之后，其深度可至施工圖設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)內(nèi)容更加完整。在整個設(shè)計(jì)任務(wù)開展過程中，學(xué)校教師與企業(yè)工程師合作教學(xué)，按照企業(yè)工程設(shè)計(jì)管理模式對學(xué)生分組，學(xué)生以設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的形式完成任務(wù)。總而言之，協(xié)同教學(xué)模式的構(gòu)建，可避免各個實(shí)踐課程與整體工藝設(shè)計(jì)過程脫節(jié)，防止學(xué)生因接受孤立而碎片化的知識點(diǎn)造成的綜合應(yīng)用能力差的現(xiàn)象發(fā)生。將一個工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)貫穿于學(xué)生整個大學(xué)生涯，完成項(xiàng)目可行性研究和計(jì)劃任務(wù)書編寫、工藝技術(shù)方案選擇、工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備選型與設(shè)計(jì)、車間布置、管道設(shè)計(jì)與布置、環(huán)境、安全、勞動、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)等內(nèi)容，并經(jīng)歷從初步工藝設(shè)計(jì)至施工圖設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，極大地提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

3 教學(xué)總結(jié)

以化工設(shè)計(jì)課程群為核心的協(xié)同式和共享式案例教學(xué)法以培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力和實(shí)踐能力為目標(biāo)，把理論教學(xué)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)同步實(shí)施，將化工學(xué)科競賽融入實(shí)踐教學(xué)，打造化工設(shè)計(jì)課程群有機(jī)整體，促使學(xué)生理論知識應(yīng)用與工程素養(yǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。該教學(xué)模式經(jīng)過實(shí)踐之后，取得了一些成果，比如建立了“共享案例”教學(xué)庫和教學(xué)課件，構(gòu)建了以化工設(shè)計(jì)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(xué)和實(shí)踐教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。教學(xué)效果凸顯，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，理論知識的應(yīng)用能力和工程設(shè)計(jì)能力得到較大提升，工程素養(yǎng)和工程意識明顯加強(qiáng)，報名參與化工學(xué)科競賽的人數(shù)大幅提升。該教學(xué)改革模式對于學(xué)生工程教育培養(yǎng)具有一定的參考性，但教學(xué)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(shí)踐經(jīng)歷是當(dāng)前工程教育最大的短板，所以，提升教學(xué)師資隊(duì)伍的工程實(shí)踐水平對工程人才培養(yǎng)質(zhì)量尤為重要。另外，可把生產(chǎn)實(shí)習(xí)納入到課程群體系中，并且與工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)相結(jié)合，擴(kuò)大工程項(xiàng)目選題范圍，使之更加貼近于實(shí)際生產(chǎn)，讓學(xué)生以“實(shí)戰(zhàn)化”的方式參與工程實(shí)踐。當(dāng)然，這些措施的實(shí)施將會面臨生產(chǎn)實(shí)習(xí)模式改革以及對實(shí)習(xí)單位的選擇提出更多的要求，這也是本課題組后續(xù)進(jìn)一步改革的方向。