1、收稿日期：2022-06-28基金项目：国家自然科学基金重点项目（81530100）作者简介：李燕(1976-)，女，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：系统药理学、药物设计、生物信息学及医学信息处理，。关于“化工设计”课程的教学改革探析和思考李 燕，刘永炜（大连理工大学 化学工程学院，辽宁 大连 116024）摘要：“化工设计”是化学工程专业课程中的核心课程之一，通过诸多学科的学习铺垫，旨在让学生展示技术能力，实现基于团队的学习成果。目前，国内外各高校都将“化工设计”作为培养学生与实际生产相接轨的主要技术课程，对现有的教学方式进行分析思考，去其糟粕，取其精华。由于新冠疫情影响，国内外各高校化
2、工专业教学的整体格局与方式需进行全新改进。从我校“化工设计”课程教学出发，仔细思考教学中各方面的不足，探索良好的教学方式，以提升高校培养化工人才的质量。关键词：教育改革；化工设计；高等教育doi：10.3969/j.issn.1008-553X.2023.02.038中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1008-553X（2023）02-0165-05安 徽 化 工ANHUI CHEMICAL INDUSTRYVol.49，No.2Apr.2023第49卷，第2期2023 年 4 月“化工设计”是化学工程专业课程中的核心课程之一1。如图1所示，“化工设计”是整个课程体系中收尾的部分
3、，需要利用之前所学的所有知识，归纳总结，实际应用。“化工设计”是把理论知识转化为现实生产的桥梁和纽带。“化工设计”课程通常以设计化工项目来展开教学，设计项目的重要性在于培养学生创造性地解决问题，加强和扩展学生的基础工程原理2-3。基于团队的设计项目已成为化学工程课程的首要主题，旨在将学生所学的设计技术固化为一个单一的综合项目，作为一个团队进行设计项目也会在技术竞争的基础上产生额外的学习成果，包括适应性、沟通和团队合作技能4。在许多院校，设计项目已经发展成为培养这些技能的关键要素，并充当过渡学科，培养学生与实际生产相接轨。“化工设计”课程的教学建设对培养学生工程化思维和提高创新能力至关重要。由于
4、新冠肺炎疫情的限制，向远程教学过渡的挑战加快了步伐，这为重新规划化学工程设计项目提供了新的机会，高校教学的整体格局与方式也有了全新的改进5。改善新时代人才在新环境下的学习方式，不断提高教育质量，是当前国内外教育界必须继续致力于探索的一个课题。本文以我校“化工设计”课程教学为例，在疫情防控期间，针对现有教学体系中的现状分析，对创新改进的方式进行探析和思考，提出以混合式教育模式改变传统的教学和评价方式，来提升高校化工人才的培养质量。图1化学工程专业课程设计简图Fig.1 Course design diagram of chemical engineering 化工教改与实践 165总第 242
5、期 2023 年第 2 期（第 49 卷）安 徽 化 工1“化工设计”课程特性浅析“化工设计”课程作为化学工程专业的核心专业课程之一，充分体现了工程科学基础、设计创新、主动探究、多学科交叉融合等前沿理念，是一门涉及多学科知识领域的综合性化工课程，其注重学生工程观点与设计能力的培养，强调学生理论知识与生产时间的结合6-7。学习“化工设计”课程，要求学生综合运用“化工原理”“物理化学”“化工系统工程”“石油化工工艺学”等核心化工课程的专业基础知识。该学科最重要的转变之一发生在二十一世纪初，通过掌握先进的计算机模拟软件，学生可以获得更强大的计算、文字处理能力；通过对电子资源和数据库的访问，使得设计项
6、目范围和主题的多样性都有了相当大的扩展。“化工设计”课程通常要求学生设计一个每年生产“X”吨化工产品的“Y”工厂，其中包括可行性研究、工艺选择和描述、材料和能量平衡、工艺和机械设计、健康和安全研究以及经济分析，让学生在实际设计中学习掌握并熟练运用化工设计的思想、方法和工具。然而，关键的教育部分仍然依赖于学生小组成员之间以及与教育工作者的直接互动，以确保学生在整个学期得到足够的学习支持，并实现学习目标。总而言之，“化工设计”是一门帮助学生从知识理论过渡到生产实际的设计性课程8。2 现状分析笔者基于多年“化工设计”本科课程的教学经历，以目前大连理工大学“化工设计”教学为出发点，发现当前教学中存在以
7、下问题9-10：（1）“化工设计”是一门政治、经济和技术相结合的学科。学生在学习、设计和实践方面都有很高的门槛。此外，该课程的理论知识学习过程较为枯燥，仅依靠理论学习难以使学生深入掌握课程知识与技能，难以提高学生学习的主动性、实践性和创造性。（2）当前的“化工设计”课程与其他学科存在相似的问题，往往依赖于常规的期中、期末考试，通过让学生重复做题，来学习并巩固相关知识点，但由于考试的数量太少，很难将知识的重点发挥出来；且课堂教学内容通常以老师为中心，学生难以得到积极的思维发展。教师的教育方法和评价方式没有亮点，因而对学生知识获取与技能培养没有好的效果。（3）由于现有条件和安全要求，许多学生在化工
8、厂实习时仍是以视听参观为主，缺乏实际操作，无法真正进入生产实践，制约了学生综合运用化学知识等能力的培养。化学设计工程实际问题的综合训练，是目前教学资源缺乏的内容。（4）由于新冠疫情的严峻形式，现阶段课程教学均通过线上教学展开。“化工设计”课程教学结果的成功性很大程度上依赖于线下团队中的学生之间以及学生与教师之间的面对面互动。新冠疫情的限制加速了教育工作向远程教学过渡，而这种转变代表了对该学科教学目标的特殊挑战，无论是在技术或技能成果方面，无法面对面互动带来的损失可能会影响课程的教学质量。（5）随着全球化学工业的迅猛发展，国内外对化工人才的需求与日俱增，对知识能力、专业素养的要求也越来越高。随着
9、工艺技术的发展，“化工设计”相关知识不断更新，有些教材内容显得有些陈旧，单纯用传统知识讲解，很难使学生对当前化工设计水平及发展趋势有深刻的认识。3 对教学改革的思考通过教学改革，能让“化工设计”课程具有更严谨的科学体系，更深刻的概念理解，更生动的工程和科研案例，更有启发性的解决方案。针对上述问题，笔者提出以下建议：3.1 混合式教学模式高校现如今实行的多为传统教学方式，以教师为中心，进行大班化教学。教学中学生不能充分理解吸收，教学过程缺少创新、交流以及实际应用，学生不能应用所学知识来解决实际生产设计问题，这样的教学模式需要改进。目前的高校教学模式应该采取混合式教育，基于MOOC平台，建立学科的
10、精品课程，以学生为中心，进行小班化教学，要翻转课堂，以学生为主角探究知识，进行多渠道的自主学习；通过分组汇报学习成果，显著提高学生表达、团队协作、自主学习能力；通过成果汇报，让学生的日常学习成为一种习惯，保持一致性的学习行为；通过网络，实现线上答疑、线上互动、线上教学等新时代教学方式，让课程更加全面、立体、扎实、开放、无边界；通过与科研、工作进行对接，让学生养成良好的素养、志趣、格局。3.2 教学理念在整个化学工程专业教育中，“化工设计”课程有着举足轻重的作用，是专业基础知识的汇总，又是引导学生树立正确工程观念、实践的开端，是传授思想教育的阵地。创新性的新增历史案例分析并结合中国文化建设，能够
11、让学生对自己的专业使命、专业认知、专业166伦理有着更深层次的理解。在传递知识的同时，还应该重点讲述知识背后的历史、发展、精神、价值、思想，以专业知识为载体，穿插新时代思想政治教育，以“润物细无声”的方式将良好的价值观和世界观有效传导给学生，为中国特色社会主义建设提高更高质量的专业人才。通过新时代教学理念的改变，点亮学生的好奇心、想象力、自信心，提高学生综合解决问题能力，在价值塑造、能力培养、知识传授方面形成“三位一体”总体布局，增加教与学的深度、广度及挑战性。3.3 教学内容“化工设计”课程涉及的方面很多，有许多专业软件需要学习，学生往往在第一步就知难而退，没有进行更深一步的了解，这与课程内
12、容本身难度有关，但是教师的有效引导也十分重要。教师首先要在理论上给学生一个明确的学习框架，由简入难，之后在框架上补充丰富教学内容。随着教学进度、领域内研究进展以及社会形势的变化，教师也要不断调整指导方式，同时还要调动课堂氛围，引发积极讨论，以促进富有创新性的想法被提出。为达成从学生主动思考到理论与实践相结合的跃迁，指导教师要不断改革教学方式。除此之外，在设计过程中体现学生的创新意识与创新能力也尤为重要。在课程中逐步引入化工绘图软件、工艺设计软件等。对软件进行初步的讲解，并运用实际案例进行讲解，激发学生创造性，将设计任务与计算机技术紧密结合。在运用学习的过程中，学生能够对关键知识点和存在问题有更
13、深层次的理解。在学期结课时，引导学生完成设计体会与学期反思。学生可通过学习、实践、总结经验，完成反思，同时通过跨年级经验分享等活动促进学科内部交流，使“化工设计”课程持续性、螺旋式上升，从而提升设计效果。3.4 线上课程线上课程的开展形式是影响课程质量的关键因素，除去优秀的课件讲解、混合教学、软件学习外，良好的沟通环境也是课程教学成功的关键。远程学习为沟通环节增加障碍，因为学生无法面对面进行交流。为了解决这个问题，在学期的第一周实行学生团队章程。这是一个学生团队成员之间达成的协议，重点阐明了他们在整个学期对设计项目的承诺和实施，学生们必须就团队的整体目标达成一致，必须说明每个人将做什么来支持团
14、队的建设。通过提前分配任务，让学生自发地进行课外的沟通与交流。此外，还需要选择一名团队负责人，负责主持团队会议，协调工作成果，并负责提交团队文件进行评估。3.5 课程案例在实际“化工设计”教学中，教师需要在学生理解课程理论知识基础上，引导学生联系工程实际或设计实际案例来提高化工设计综合应用的能力11。笔者所在课题组有着充足的化工设计经验，在低温甲醇洗工艺的过程模拟和优化分析的工作中，至今为止设计了180余个工艺包，获得多项专利，达到国内领先和国际先进水平，使学生深刻了解当前化工设计水平和发展趋势；也可以以全国大学生化工设计大赛为背景，讲述各届的优秀作品，使学生了解同龄人的化工素养，达成学生工程
15、实践能力提升与创新能力发展的目标。通过引用分析实际化工案例，使学生能够提升自己的综合能力、专业素养，对行业前沿有初步认识，进而让知识通过实践升华为智慧，为中国化工事业添砖加瓦。3.6 精品教材与课件“化工设计”是把化工过程从设想变成现实的一个建设环节，涉及政治、经济、技术，资源、产品、市场、用户、环境，国策、标准、法规，化学、化工、机械、电气、土建、自控、安全卫生、给排水等专业的方方面面，是一门综合性很强的技术科学12。作为我国化工类专业的重要课程，“化工设计”目前已经有众多具有代表性的教材，笔者整理了2000年以来一些“化工设计”教材的主要内容和特点，见表1。如我校齐济等人主编的 化工设计
16、和梁志武等人主编的化工设计（第四版），就是常用的教材。但“化工设计”包含内容较多，在本校推荐教材的基础上还需要结合其他优秀教科书来拓展思维，辅助教学。笔者在教学过程中会搜取最新的国际名著、英文书籍，通过多维的角度开阔学生们的视野。在教学课件的筹备中，笔者做到每学期一更新，除了新增国内外优秀的实际案例外，还会将每年优秀的学生汇报作以展示，做到演绎式+案例式教学的深度结合，重视教与学的深度、广度，重视理论与先进的软件工具的结合。在课件的辅助下，要探究开放式、无边界的学习方式，带领学生进行超越课本的知识学习。通过学生喜欢的网络工具，去调研学生想要了解的化工知识，探究国际新流程、新方法，做到对单一知识点的多角度教学，让学生在多样化的教学中有的放矢。4 结论教学改革是为了教育进步，改革之路道阻且艰，而化学工程设计项目也是一门高强度的顶尖学科，它考验李 燕，等：关于“化工设计”课程的教学改革探析和思考167总第 242 期 2023 年第 2 期（第 49 卷）安 徽 化 工编号12345678910111213书名化工设计（第四版）12化工设计13化工设计14化工设计（第二版）15化工设计16化
