新工科化工原理課程設計“四化”教學(xué)模式探索

工程教育改革和創(chuàng )新的依據是國家重大戰略需求。國家正在實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”、“中國制造2025”、“一帶一路”等重大戰略，為滿(mǎn)足國家戰略需求，支撐新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，在未來(lái)經(jīng)濟中占有一席之地，這就需要培養一批新型的工程科技人才?；ぴ碚n程設計是化工原理實(shí)踐教學(xué)環(huán)節的重要組成部分，起著(zhù)由理論到實(shí)踐、由基礎到專(zhuān)業(yè)的橋梁作用。目前，學(xué)生在學(xué)習任務(wù)中表現出懈怠、不能自主學(xué)習等問(wèn)題。以新工科為背景，為實(shí)現新工科背景下工程師的培養目標，我們必須正視傳統工程教育所存在的問(wèn)題并找出解決的方法，需要提高學(xué)生創(chuàng )新能力以及教學(xué)質(zhì)量，積極探索符合專(zhuān)業(yè)特色的工程教育發(fā)展之路，以適應新形勢下社會(huì )對工程專(zhuān)業(yè)人才的需求和要求，在此提出“四化”教學(xué)模式。
1 設計內容新穎化
目前，絕大多數高校仍然選擇精餾塔、吸收塔及換熱器等設備作為化工原理課程設計教學(xué)內容。然而，在進(jìn)行課程設計之前，大部分學(xué)生對化工工藝和化工設備的原理和結構并不清楚。加上化工產(chǎn)品千差萬(wàn)別，各企業(yè)采用的生產(chǎn)流程和設備的工藝參數也不盡相同，相應的操作過(guò)程、原理及要求也有所差別。這就要求我們所設計的內容與時(shí)俱進(jìn)，盡可能讓學(xué)生覺(jué)得設計內容有所意義。為此，在選題過(guò)程中，我們除了考慮這些典型性的設備，結合化工廠(chǎng)具體的設計，通過(guò)化工模擬計算，并將選題范圍大致確定為化工或石油加工過(guò)程中涉及的實(shí)際精餾、吸收及換熱設備。此外，還可以是源于參考書(shū)中的參考案例，或是來(lái)源于實(shí)際工程項目，或是來(lái)源于化工設計競賽題目，使選題內容具有真實(shí)性、實(shí)用性、新穎性。這樣不僅與科研需要和工廠(chǎng)實(shí)際相結合，而且引導學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習積極性和創(chuàng )新性，還會(huì )感到學(xué)以致用，為畢業(yè)進(jìn)入化工廠(chǎng)做好準備，這樣同時(shí)推動(dòng)了老師的教學(xué)進(jìn)程，也提高了學(xué)生解決實(shí)際化工工程問(wèn)題的能力。
2 設計手段現代化
以往學(xué)生做化工設計手段比較單調，主要是采用手工計算和手工繪圖。同一工程問(wèn)題會(huì )受到很多因素的干擾。比如: 在設計中有很多參數需要由學(xué)生自行選用，為獲得比較滿(mǎn)意的結果，因此需要多次選擇參數值，但是手工計算結果準確度無(wú)法保證，工藝尺寸反復試算計算量又非常大。一旦參數選擇不合適，將會(huì )出現不合理的計算結果，此時(shí)需要逆向計算檢驗一遍，從出現問(wèn)題處重新選擇參數計算，計算量相當地大。
工程計算不僅需要正確選擇設計參數，還要正確運用計算公式，因為設計結果環(huán)環(huán)相扣，前面的計算結果就是下一步設計的基礎數據，所以每一步計算都要進(jìn)行驗算，確保結果準確無(wú)誤。在學(xué)生選擇公式和參數的時(shí)候，需要查詢(xún)大量包括中文和外文的參考文獻，這也是學(xué)生自主學(xué)習的過(guò)程，查詢(xún)文獻的同時(shí)，更能幫助學(xué)生清楚自己的設計任務(wù)。此外，工程制圖可以代替手工制圖。工程制圖是工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的基礎課程，我院化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生在大一年級學(xué)習《機械制圖》課程、大二年級學(xué)習Auto CAD 軟件運用，這些內容的學(xué)習在化工原理課程設計中進(jìn)行了充分的應用，這也要求學(xué)生按照國家標準繪制有關(guān)工程設計圖紙。利用AutoCAD 軟件繪制設備圖紙設計，不僅美觀(guān)整潔，還可以結合和應用計算機知識的設計，充分調動(dòng)學(xué)生的積極性，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習，培養學(xué)生掌握現代科學(xué)技術(shù)解決工程問(wèn)題的能力。通過(guò)借助計算機，將會(huì )提高課程設計效率，也將會(huì )獲得不錯的設計作品。
3 任務(wù)安排協(xié)作化
化工原理課程設計是需要學(xué)生團結合作才能完成的，因為化工專(zhuān)業(yè)的課程設計時(shí)間較短，只有一個(gè)星期左右的實(shí)踐，若要想要做出一份滿(mǎn)意的設計作品，僅僅靠一個(gè)人完成整個(gè)設計任務(wù)，恐怕是很難實(shí)現的。因此，鼓勵學(xué)生以4 ～ 6 人為一小組的形式進(jìn)行任務(wù)的布置，這樣不僅能減少每個(gè)學(xué)生的工作量，而且能發(fā)揮團隊優(yōu)勢，小組內各抒己見(jiàn)，將會(huì )產(chǎn)生更好的設計方案，使設計能夠更圓滿(mǎn)的完成。完成一份的課程設計，不僅需要各小組成員個(gè)人完成工作，也需要互相幫助合作的團隊精神。團隊精神的核心是協(xié)同合作和互幫互助，作為團隊中的成員，應顧及大局，將集體利益放在位，還要具有一定的服務(wù)意識。在教學(xué)的具體實(shí)踐中，讓學(xué)生可以自行組隊，每個(gè)小組中有不同特長(cháng)的人，有的學(xué)生很擅長(cháng)Auto CAD 制圖，有非常熟悉word、PPT、excel 等軟件的運用，有的學(xué)生擅長(cháng)工程計算，教師可以再將他們合理分配，利用每個(gè)組員的特長(cháng)參與設計，發(fā)揮作用，這樣往往能夠設計出比較好的設計作品。在設計實(shí)踐中，很多同學(xué)為解決一個(gè)問(wèn)題而費盡心思、百般努力，他們從一開(kāi)始的盲目、沒(méi)有頭緒，到逐漸進(jìn)入狀態(tài)，到后設計水平有了明顯的提升。同學(xué)們在小組中交流學(xué)習，不僅增進(jìn)了友誼，學(xué)習和解決問(wèn)題的能力也有所提高，而且提高了學(xué)生對團隊精神的意識。
4 成績(jì)評定多元化
由于以往的成績(jì)評定“重結果、輕過(guò)程”及僅僅依據學(xué)生上交的圖紙和說(shuō)明書(shū)進(jìn)行評定成績(jì)的考評方式，這種形式較為單調，而且學(xué)生會(huì )為了完成設計任務(wù)，應付了事，也會(huì )忽略學(xué)生進(jìn)行設計時(shí)的思考過(guò)程，使學(xué)生養成不認真思考，一味的為了完成設計任務(wù)而去進(jìn)行設計，以至于設計出的作品缺乏創(chuàng )新，甚至有學(xué)生抄襲往屆學(xué)生設計作品的情況，這使得老師難以評閱，設計成績(jì)也難以合理和公正。在新工科背景下，為了防止以上問(wèn)題出現，將過(guò)程考核和能力考核用相應的比例結合起來(lái)，提出了成績(jì)評定多元化的改革方案，首先是設計書(shū)內容的要求，要求學(xué)生運用Word 進(jìn)行設計書(shū)的撰寫(xiě)，設計書(shū)中包括公式的插入以及表格的繪制，這考察到學(xué)生的綜合能力，同時(shí)加強學(xué)生對辦公軟件運用的熟悉度。其次是開(kāi)放式答辯，即學(xué)生用PPT 在任課老師和全體同學(xué)的面前進(jìn)行五分鐘以?xún)鹊恼故?，這就要求學(xué)生必須熟悉自己的設計作品，也就避免了抄襲、敷衍了事等現象，在學(xué)生進(jìn)行展示之后，老師和其他同學(xué)可以進(jìn)行提問(wèn)，若遇到不知道的內容，可以現場(chǎng)探討進(jìn)行解決，答辯這一系列過(guò)程其實(shí)是學(xué)生相互學(xué)習和解決問(wèn)題的過(guò)程，老師在這一過(guò)程中主要是起到引導的作用，引導學(xué)生能夠分析和解決現存問(wèn)題。由于對本科畢業(yè)生有畢業(yè)論文答辯的要求，因此平時(shí)的課程加入答辯環(huán)節也是為畢業(yè)答辯做好準備。
5 結語(yǔ)
新工科背景下化工原理課程設計“四化”教學(xué)模式，能夠充分調動(dòng)學(xué)生的學(xué)習主動(dòng)性與積極性，培養學(xué)生的團隊協(xié)作能力，引導學(xué)生綜合所學(xué)的理論知識和實(shí)踐來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題相結合，有助于提高學(xué)生對化工單元操作設計的基本流程、方法和Auto CAD 繪圖工具的熟識度，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )查詢(xún)文獻和國家設計標準，借助計算機進(jìn)行公式和參數的選擇，并運用簡(jiǎn)潔扼要文字和專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)正確的表述設計特點(diǎn)和理念。在新工科背景下，化工原理課程設計使學(xué)生把理論知識和實(shí)際生產(chǎn)知識有機地結合起來(lái)，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使知識型人才培養成實(shí)用型人才。