趙升云 范榮玉 吳方棣 謝文菊 孫興

摘 要：為適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟對高素質(zhì)復(fù)合型“新工科”人才需求，以工程能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)為主線，融入過程模擬與優(yōu)化、仿真式案例化教學(xué)、化工設(shè)計競賽等實踐環(huán)節(jié)，推進了化工設(shè)計課程改革，形成了理論教學(xué)與創(chuàng)新應(yīng)用相結(jié)合、課堂學(xué)習(xí)與課外競賽相結(jié)合的全過程、多環(huán)節(jié)、一體化的教學(xué)體系，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計和實踐創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：新工科；化工設(shè)計；課程改革；實踐

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）23-0136-03

Abstract： Engineering ability and comprehensive quality training are highly valued in order to meet the demand of fostering high-quality compound "new engineering" talents in new industries and new economy. Process simulation and optimization， simulation case teaching and practice of chemical design competition are integrated into the reform of chemical engineering design courses.A whole process， multi-link and integrated teaching system has been formed， which combines theoretical teaching with innovative application， classroom learning with extracurricular competition. Students' engineering design and practical innovation capabilities are well-trained.

Keywords： new engineering； chemical engineering design； course reform； practice

新時代推動了新經(jīng)濟的發(fā)展，新經(jīng)濟發(fā)展呼喚“新工科”建設(shè)。2017年以來，教育部啟動和推進了新工科研究與實踐項目，為地方性應(yīng)用型高校適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了新的發(fā)展機遇和改革模式。武夷學(xué)院作為國家產(chǎn)教融合發(fā)展工程應(yīng)用型高校和福建省示范性應(yīng)用型本科高校，深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想，堅持以本為本推進高等教育“四個回歸”，打好提升質(zhì)量、推進公平、創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制的攻堅戰(zhàn)。武夷學(xué)院把“新工科”建設(shè)作為引領(lǐng)高等教育改革的有力抓手，用實功、出實招、求實效，以只爭朝夕、時不我待的精神積極推進適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的應(yīng)用型新工科建設(shè)。其中，化工工程與工藝專業(yè)是學(xué)校推進生物資源利用專業(yè)群建設(shè)的重要轉(zhuǎn)型專業(yè)之一。

為適應(yīng)新經(jīng)濟發(fā)展和新工科建設(shè)需要，學(xué)院將《化工設(shè)計》作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系改革的重點課程進行建設(shè)和示范，組建了“過程控制與工程設(shè)計”教學(xué)團隊，按照“理實一體、虛實結(jié)合、工學(xué)融合”的三階段化工人才專業(yè)培養(yǎng)路徑，不斷強化學(xué)生的工程實踐、設(shè)計與創(chuàng)新能力。

一、構(gòu)建一體化課程體系

化工設(shè)計類課程不僅有化工原理、化工工藝學(xué)、化工機械設(shè)備基礎(chǔ)、化工儀表及自動化、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程等專業(yè)課程，還有環(huán)境工程、化工安全與環(huán)保、工程核算、計算機輔助設(shè)計等課程，這些課程相互獨立又相輔相成：有的注重專業(yè)基礎(chǔ)知識，有的注重工藝設(shè)計，而很多的理論知識和設(shè)計規(guī)范都是化工設(shè)計類課程的必學(xué)內(nèi)容[1]。傳統(tǒng)的化工設(shè)計類課程以理論教學(xué)為主，課堂學(xué)習(xí)單調(diào)枯燥，學(xué)生很難將理論知識用于實處，在提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和培養(yǎng)實踐能力方面存在很多的不足；冗余的課本知識，造成了教學(xué)教育資源的浪費，也給學(xué)生帶來一定的學(xué)習(xí)壓力。

課程團隊在對教學(xué)資源進行不斷整合優(yōu)化的基礎(chǔ)上，將理論教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)有機結(jié)合，將理論教學(xué)內(nèi)容整合為設(shè)計內(nèi)容與程序、工藝流程設(shè)計、化工工藝計算、車間設(shè)備及管道布置設(shè)計、化工安全與環(huán)境保護、工程概算與技術(shù)經(jīng)濟六個單元模塊，注重強化Aspen Plus工藝流程模擬與Auto CAD等計算機設(shè)計軟件應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)了《化工設(shè)計》精品資源共享課程在線開放課程資源，拓展了化工設(shè)計競賽平臺，實施仿真式、案例化實踐教學(xué)，構(gòu)建了“課內(nèi)課外、理實結(jié)合、競賽提升”的全過程、多環(huán)節(jié)、一體化的課程體系（如圖1），為學(xué)生創(chuàng)造更多的實踐和鍛煉的平臺和機會，促進學(xué)生工程設(shè)計和實踐創(chuàng)新能力的提升。

二、融入仿真實驗教學(xué)

當(dāng)前的化工設(shè)計類課程以課堂傳授灌輸為主，主要的教學(xué)方式是課堂教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)方式被動單一，學(xué)生缺乏自主探究、交流合作的機會；教師負責(zé)教，學(xué)生負責(zé)學(xué)，學(xué)生只能跟隨教師學(xué)，復(fù)制教師講授的內(nèi)容，學(xué)生參與課堂的積極性不高；學(xué)法單一、過程單一，理論性太強，枯燥又乏味，容易使學(xué)生喪失了學(xué)習(xí)的主動性、自主性和創(chuàng)造性。

強調(diào)以學(xué)生為中心的工程教育理念，依托省級綠色化工技術(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)中心教學(xué)資源，利用虛擬仿真技術(shù)改革教學(xué)方法與手段，采用“做中學(xué)，做中教”教學(xué)模式，將實踐教學(xué)引入到理論教學(xué)中，又可將理論知識用于實踐，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，調(diào)動學(xué)生討論研究和自覺學(xué)習(xí)的積極性[2]。

學(xué)院建設(shè)了綠色化工技術(shù)虛擬仿真實驗教學(xué)中心，構(gòu)建了化工單元仿真、工藝模擬與優(yōu)化、化工過程控制、典型化工廠3D虛擬仿真實習(xí)、化工安全虛擬仿真體系和合成樟腦生產(chǎn)半實驗虛擬仿真工廠等虛實結(jié)合的仿真實驗教學(xué)體系，全部對學(xué)生開放，可實現(xiàn)在線、離線操控。學(xué)生在具體化工設(shè)計過程中，可通過模擬軟件進行操作與實體仿真設(shè)備相結(jié)合，針對不同化工單元過程或工藝流程，運用仿真系統(tǒng)模擬優(yōu)化具體工藝參數(shù)。如化工分離過程的精餾過程，可通過運用虛擬仿真技術(shù)DCS控制系統(tǒng)，動態(tài)模擬精餾段的溫度控制，以及回流量、餾出液量及塔內(nèi)蒸氣量的調(diào)節(jié)變化情況，能使學(xué)生將模擬結(jié)果進行實際驗證，加深對工藝過程和參數(shù)變量對運行效果影響的理解，亦可進一步用于指導(dǎo)工藝設(shè)計。通過虛實結(jié)合方式，更加貼近真實化工生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)模擬與仿真的零距離對接。進一步激發(fā)了學(xué)生的工程設(shè)計興趣和主觀能動性，收到理論教學(xué)難以實現(xiàn)的直觀模擬仿真效果。

三、融入學(xué)科設(shè)計競賽

化工設(shè)計競賽，不僅要求學(xué)生能綜合運用化工熱力學(xué)、化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程等專業(yè)理論知識，還要能熟練使用Aspen Plus、CAD等計算機軟件；對學(xué)生的工程實踐能力、工藝設(shè)計理念，特別在新工藝、新設(shè)備、節(jié)能降耗等方面的創(chuàng)新思維能力提出了更高的要求；對學(xué)生的團隊協(xié)作精神、吃苦耐勞和堅忍不拔的毅力也提出了更為深刻的要求。

設(shè)計競賽是聯(lián)系課程教學(xué)與實踐創(chuàng)新的有效手段，是激發(fā)大學(xué)生學(xué)習(xí)動力的有效載體。近年來，依托化工設(shè)計競賽平臺，推進“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促育”的教學(xué)改革成為高?；ゎ悓I(yè)教學(xué)改革研究的重點，通過競賽過程可以促進師生深入交流，完成理念和意識上的創(chuàng)新和專業(yè)技術(shù)的成長，實現(xiàn)由大學(xué)生向工程師的角色轉(zhuǎn)變[3-6]。學(xué)院每年組織開展大學(xué)生科技節(jié)競賽活動，其中化工設(shè)計大賽成為培養(yǎng)學(xué)生工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的固定競賽項目。競賽以項目為載體，參賽團隊5人一組，團隊成員分工協(xié)作完成項目的可行性分析、工藝流程設(shè)計、物料及熱量衡算、設(shè)備選型、車間設(shè)備及管道布置設(shè)計、環(huán)境保護設(shè)計等設(shè)計內(nèi)容，還要綜合應(yīng)用Auto CAD、Aspen Plus、CADWorx等計算機設(shè)計軟件，完成工藝流程模擬優(yōu)化，PID/PFD工藝流程圖、車間設(shè)備管道平剖面布置圖和三維工廠設(shè)計等設(shè)計圖紙，通過現(xiàn)場答辯匯報、設(shè)計文件評閱等考核方式，評選出優(yōu)秀作品予以表彰。學(xué)院2016年第一次組隊參加全國大學(xué)生化工設(shè)計競賽，連續(xù)3年參加該賽事，取得良好的實戰(zhàn)效果，獲得全國化工設(shè)計競賽二等獎三項。融入學(xué)科競賽的化工設(shè)計模式，有利于提升化工類專業(yè)學(xué)生的理論分析能力、工程實踐能力和綜合分析能力，更有助于培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作精神，提高解決復(fù)雜工程問題能力和創(chuàng)新應(yīng)用的綜合能力[7]。

四、融入企業(yè)案例教學(xué)

黨的十九大報告提出要實現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展，“深化產(chǎn)教融合，校企合作”。高等教育改革與發(fā)展的實踐證明，應(yīng)用型高校的轉(zhuǎn)型升級必須遵循開放辦學(xué)的基本理念，走“產(chǎn)教融合、校企協(xié)同”的道路，促進教育、人才、產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)新的相互融合。依托產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和新產(chǎn)業(yè)發(fā)展，面向未來建設(shè)高水平應(yīng)用型高校[8]。深化產(chǎn)教融合，校企合作，推進協(xié)同育人，是地方性高校應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革的重要舉措，對培育經(jīng)濟發(fā)展新動能也具有重要意義。

在新時代、新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)背景下，學(xué)院在“因產(chǎn)業(yè)而生、因行業(yè)而長、因?qū)I(yè)而新”的辦學(xué)過程中，深刻體會到推動產(chǎn)教融合、校企合作的重要內(nèi)涵。近年來，學(xué)院積極推進生物產(chǎn)業(yè)學(xué)院和應(yīng)用型專業(yè)群建設(shè)，加強與企業(yè)合作，讓學(xué)生所學(xué)理論知識與企業(yè)實踐結(jié)合起來，讓學(xué)院和企業(yè)的設(shè)備、技術(shù)實現(xiàn)資源共享、優(yōu)勢互補，提高教書育人的實效性，提升應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量：先后開辦了青松班、永晶班、華塑班等校企聯(lián)合培養(yǎng)班，一些經(jīng)驗豐富的企業(yè)專業(yè)人員作為兼職教師走進課堂，一批具體真實的企業(yè)設(shè)計案例融入教學(xué)資源，同時企業(yè)還提供實習(xí)基地、設(shè)備和原料，參與學(xué)生實訓(xùn)訓(xùn)練。如福建青松股份有限公司的合成樟腦生產(chǎn)工藝，福建永晶科技有限公司的氟化工及氟新材料生產(chǎn)工藝成為化工設(shè)計課程教學(xué)的重要案例資源。課程團隊采用理論教學(xué)與企業(yè)案例相結(jié)合的授課方式，校企雙師同上一門課，校內(nèi)教師側(cè)重于專業(yè)理論教學(xué)，企業(yè)教師側(cè)重于單元案例教學(xué)。從項目前期工作、工藝路線選擇及流程確定、關(guān)鍵控制變量和設(shè)計參數(shù)選取，到設(shè)計圖紙點評等教學(xué)內(nèi)容，案例教學(xué)終貫穿于整個化工設(shè)計課程教學(xué)全過程。融入企業(yè)真實項目的案例化教學(xué)方式的改革，改變了以往設(shè)計階段各自獨立，缺乏項目設(shè)計整體性和系統(tǒng)性等問題，同時也有利于彌補校內(nèi)教師的工程意識缺乏和設(shè)計經(jīng)驗不足等問題。對比傳統(tǒng)理論教學(xué)方式，案例教學(xué)讓學(xué)生更容易接受，更積極參討論交流，有助于學(xué)生鞏固、加深課堂所學(xué)知識，使自己真正融入到設(shè)計過程中，增強實際工程應(yīng)用的能力。加強校企合作，深化產(chǎn)業(yè)融合，有利于應(yīng)用型高校培養(yǎng)高素質(zhì)人才，有利于企業(yè)吸收高校產(chǎn)出的人才和科學(xué)知識提升自身產(chǎn)業(yè)的市場競爭力，更有利于形成校企合一，產(chǎn)教結(jié)合，校企共進，互惠共贏的良性教育模式[9]。

五、促進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育

《化工設(shè)計》作為化工專業(yè)一門重要的專業(yè)技術(shù)課程，是把一項化工過程從設(shè)想變成現(xiàn)實的一個建設(shè)環(huán)節(jié)，課程內(nèi)容涉及多門學(xué)科的知識，例如新工藝新技術(shù)新產(chǎn)品開發(fā)、工藝過程模擬與優(yōu)化、計算機輔助技術(shù)、設(shè)備選型、市場分析、工程經(jīng)濟和安全環(huán)保等相關(guān)專業(yè)知識，其工程實踐性、專業(yè)綜合性和創(chuàng)新系統(tǒng)性較強[10]。在化工設(shè)計過程中融合了多方面的知識，想要提高學(xué)生的化工設(shè)計能力，就必須讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識融會貫通，通過本課程的教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)一體化訓(xùn)練，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等方面提供良好學(xué)習(xí)的平臺，理論知識可以用諸于工程實踐，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)，提高專業(yè)核心能力。

2015年，學(xué)院的《化工設(shè)計》課程被列入福建省高等學(xué)校精品資源共享課（創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育融合類）立項建設(shè)，是促進專業(yè)教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合的較理想的專業(yè)核心課程。幾年來，通過推進產(chǎn)教融合專業(yè)群課程資源案例庫建設(shè)，不斷豐富和完善本課程的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育資源。同時，全面開放綠色化工技術(shù)虛擬仿真實驗中心工藝設(shè)計實驗室、工程技術(shù)研究中心和院士工作站等創(chuàng)新平臺，學(xué)生積極參與教師科研課程和服務(wù)產(chǎn)業(yè)項目開發(fā)，結(jié)合開展畢業(yè)設(shè)計、科技競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目訓(xùn)練，全方位培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，收到了良好的實踐創(chuàng)新效果。

六、結(jié)束語

經(jīng)濟事業(yè)的發(fā)展推動教育事業(yè)的發(fā)展，教育事業(yè)的發(fā)展又反過來促進經(jīng)濟進一步發(fā)展。教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展需要不斷的教學(xué)改革，而作為教育教學(xué)改革重要內(nèi)容之一的課程改革則是一個漫長而復(fù)雜的過程?；ぴO(shè)計課程的教學(xué)改革應(yīng)結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)，課堂理論知識聯(lián)系實習(xí)實踐、生產(chǎn)實踐，以服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)為目標，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實際能力和自主創(chuàng)新能力為出發(fā)點，以社會企業(yè)需求為依據(jù)，在培養(yǎng)與時俱進的高素質(zhì)“新工科”人才的同時，帶動學(xué)院完成應(yīng)用型轉(zhuǎn)變。

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