新工科化工原理課程設計“四化”教學模式探索

工程教育改革和創新的依據是國家重大戰略需求。國家正在實施“互聯網+”、“中國制造2025”、“一帶一路”等重大戰略，為滿足國家戰略需求，支撐新經濟蓬勃發展，在未來經濟中占有一席之地，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踐教學環節的重要組成部分，起著由理論到實踐、由基礎到專業的橋梁作用。目前，學生在學習任務中表現出懈怠、不能自主學習等問題。以新工科為背景，為實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題并找出解決的方法，需要提高學生創新能力以及教學質量，積極探索符合專業特色的工程教育發展之路，以適應新形勢下社會對工程專業人才的需求和要求，在此提出“四化”教學模式。
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內容。然而，在進行課程設計之前，大部分學生對化工工藝和化工設備的原理和結構并不清楚。加上化工產品千差萬別，各企業采用的生產流程和設備的工藝參數也不盡相同，相應的操作過程、原理及要求也有所差別。這就要求我們所設計的內容與時俱進，盡可能讓學生覺得設計內容有所意義。為此，在選題過程中，我們除了考慮這些典型性的設備，結合化工廠具體的設計，通過化工模擬計算，并將選題范圍大致確定為化工或石油加工過程中涉及的實際精餾、吸收及換熱設備。此外，還可以是源于參考書中的參考案例，或是來源于實際工程項目，或是來源于化工設計競賽題目，使選題內容具有真實性、實用性、新穎性。這樣不僅與科研需要和工廠實際相結合，而且引導學生充分發揮學習積極性和創新性，還會感到學以致用，為畢業進入化工廠做好準備，這樣同時推動了老師的教學進程，也提高了學生解決實際化工工程問題的能力。
2 設計手段現代化
以往學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。同一工程問題會受到很多因素的干擾。比如: 在設計中有很多參數需要由學生自行選用，為獲得比較滿意的結果，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，將會出現不合理的計算結果，此時需要逆向計算檢驗一遍，從出現問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，因為設計結果環環相扣，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行驗算，確保結果準確無誤。在學生選擇公式和參數的時候，需要查詢大量包括中文和外文的參考文獻，這也是學生自主學習的過程，查詢文獻的同時，更能幫助學生清楚自己的設計任務。此外，工程制圖可以代替手工制圖。工程制圖是工科專業學生必修的基礎課程，我院化工專業學生在大一年級學習《機械制圖》課程、大二年級學習Auto CAD 軟件運用，這些內容的學習在化工原理課程設計中進行了充分的應用，這也要求學生按照國家標準繪制有關工程設計圖紙。利用AutoCAD 軟件繪制設備圖紙設計，不僅美觀整潔，還可以結合和應用計算機知識的設計，充分調動學生的積極性，促進學生自主學習，培養學生掌握現代科學技術解決工程問題的能力。通過借助計算機，將會提高課程設計效率，也將會獲得不錯的設計作品。
3 任務安排協作化
化工原理課程設計是需要學生團結合作才能完成的，因為化工專業的課程設計時間較短，只有一個星期左右的實踐，若要想要做出一份滿意的設計作品，僅僅靠一個人完成整個設計任務，恐怕是很難實現的。因此，鼓勵學生以4 ～ 6 人為一小組的形式進行任務的布置，這樣不僅能減少每個學生的工作量，而且能發揮團隊優勢，小組內各抒己見，將會產生更好的設計方案，使設計能夠更圓滿的完成。完成一份的課程設計，不僅需要各小組成員個人完成工作，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意識。在教學的具體實踐中，讓學生可以自行組隊，每個小組中有不同特長的人，有的學生很擅長Auto CAD 制圖，有非常熟悉word、PPT、excel 等軟件的運用，有的學生擅長工程計算，教師可以再將他們合理分配，利用每個組員的特長參與設計，發揮作用，這樣往往能夠設計出比較好的設計作品。在設計實踐中，很多同學為解決一個問題而費盡心思、百般努力，他們從一開始的盲目、沒有頭緒，到逐漸進入狀態，到后設計水平有了明顯的提升。同學們在小組中交流學習，不僅增進了友誼，學習和解決問題的能力也有所提高，而且提高了學生對團隊精神的意識。
4 成績評定多元化
由于以往的成績評定“重結果、輕過程”及僅僅依據學生上交的圖紙和說明書進行評定成績的考評方式，這種形式較為單調，而且學生會為了完成設計任務，應付了事，也會忽略學生進行設計時的思考過程，使學生養成不認真思考，一味的為了完成設計任務而去進行設計，以至于設計出的作品缺乏創新，甚至有學生抄襲往屆學生設計作品的情況，這使得老師難以評閱，設計成績也難以合理和公正。在新工科背景下，為了防止以上問題出現，將過程考核和能力考核用相應的比例結合起來，提出了成績評定多元化的改革方案，首先是設計書內容的要求，要求學生運用Word 進行設計書的撰寫，設計書中包括公式的插入以及表格的繪制，這考察到學生的綜合能力，同時加強學生對辦公軟件運用的熟悉度。其次是開放式答辯，即學生用PPT 在任課老師和全體同學的面前進行五分鐘以內的展示，這就要求學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，在學生進行展示之后，老師和其他同學可以進行提問，若遇到不知道的內容，可以現場探討進行解決，答辯這一系列過程其實是學生相互學習和解決問題的過程，老師在這一過程中主要是起到引導的作用，引導學生能夠分析和解決現存問題。由于對本科畢業生有畢業論文答辯的要求，因此平時的課程加入答辯環節也是為畢業答辯做好準備。
5 結語
新工科背景下化工原理課程設計“四化”教學模式，能夠充分調動學生的學習主動性與積極性，培養學生的團隊協作能力，引導學生綜合所學的理論知識和實踐來解決工程實際問題相結合，有助于提高學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，能夠通過網絡查詢文獻和國家設計標準，借助計算機進行公式和參數的選擇，并運用簡潔扼要文字和專業術語正確的表述設計特點和理念。在新工科背景下，化工原理課程設計使學生把理論知識和實際生產知識有機地結合起來，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的工程實踐能力，使知識型人才培養成實用型人才。