新工科化工原理课程设计“四化”教学模式探索

工程教育改革和创新的依据是国家重大战略需求。国家正在实施“互联网+”、“中国制造2025”、“一带一路”等重大战略，为满足国家战略需求，支撑新经济蓬勃发展，在未来经济中占有一席之地，这就需要培养一批新型的工程科技人才。化工原理课程设计是化工原理实践教学环节的重要组成部分，起着由理论到实践、由基础到专业的桥梁作用。目前，学生在学习任务中表现出懈怠、不能自主学习等问题。以新工科为背景，为实现新工科背景下工程师的培养目标，我们必须正视传统工程教育所存在的问题并找出解决的方法，需要提高学生创新能力以及教学质量，积极探索符合专业特色的工程教育发展之路，以适应新形势下社会对工程专业人才的需求和要求，在此提出“四化”教学模式。
1 设计内容新颖化
目前，绝大多数高校仍然选择精馏塔、吸收塔及换热器等设备作为化工原理课程设计教学内容。然而，在进行课程设计之前，大部分学生对化工工艺和化工设备的原理和结构并不清楚。加上化工产品千差万别，各企业采用的生产流程和设备的工艺参数也不尽相同，相应的操作过程、原理及要求也有所差别。这就要求我们所设计的内容与时俱进，尽可能让学生觉得设计内容有所意义。为此，在选题过程中，我们除了考虑这些典型性的设备，结合化工厂具体的设计，通过化工模拟计算，并将选题范围大致确定为化工或石油加工过程中涉及的实际精馏、吸收及换热设备。此外，还可以是源于参考书中的参考案例，或是来源于实际工程项目，或是来源于化工设计竞赛题目，使选题内容具有真实性、实用性、新颖性。这样不仅与科研需要和工厂实际相结合，而且引导学生充分发挥学习积极性和创新性，还会感到学以致用，为毕业进入化工厂做好准备，这样同时推动了老师的教学进程，也提高了学生解决实际化工工程问题的能力。
2 设计手段现代化
以往学生做化工设计手段比较单调，主要是采用手工计算和手工绘图。同一工程问题会受到很多因素的干扰。比如: 在设计中有很多参数需要由学生自行选用，为获得比较满意的结果，因此需要多次选择参数值，但是手工计算结果准确度无法保证，工艺尺寸反复试算计算量又非常大。一旦参数选择不合适，将会出现不合理的计算结果，此时需要逆向计算检验一遍，从出现问题处重新选择参数计算，计算量相当地大。
工程计算不仅需要正确选择设计参数，还要正确运用计算公式，因为设计结果环环相扣，前面的计算结果就是下一步设计的基础数据，所以每一步计算都要进行验算，确保结果准确无误。在学生选择公式和参数的时候，需要查询大量包括中文和外文的参考文献，这也是学生自主学习的过程，查询文献的同时，更能帮助学生清楚自己的设计任务。此外，工程制图可以代替手工制图。工程制图是工科专业学生必修的基础课程，我院化工专业学生在大一年级学习《机械制图》课程、大二年级学习Auto CAD 软件运用，这些内容的学习在化工原理课程设计中进行了充分的应用，这也要求学生按照国家标准绘制有关工程设计图纸。利用AutoCAD 软件绘制设备图纸设计，不仅美观整洁，还可以结合和应用计算机知识的设计，充分调动学生的积极性，促进学生自主学习，培养学生掌握现代科学技术解决工程问题的能力。通过借助计算机，将会提高课程设计效率，也将会获得不错的设计作品。
3 任务安排协作化
化工原理课程设计是需要学生团结合作才能完成的，因为化工专业的课程设计时间较短，只有一个星期左右的实践，若要想要做出一份满意的设计作品，仅仅靠一个人完成整个设计任务，恐怕是很难实现的。因此，鼓励学生以4 ～ 6 人为一小组的形式进行任务的布置，这样不仅能减少每个学生的工作量，而且能发挥团队优势，小组内各抒己见，将会产生更好的设计方案，使设计能够更圆满的完成。完成一份的课程设计，不仅需要各小组成员个人完成工作，也需要互相帮助合作的团队精神。团队精神的核心是协同合作和互帮互助，作为团队中的成员，应顾及大局，将集体利益放在位，还要具有一定的服务意识。在教学的具体实践中，让学生可以自行组队，每个小组中有不同特长的人，有的学生很擅长Auto CAD 制图，有非常熟悉word、PPT、excel 等软件的运用，有的学生擅长工程计算，教师可以再将他们合理分配，利用每个组员的特长参与设计，发挥作用，这样往往能够设计出比较好的设计作品。在设计实践中，很多同学为解决一个问题而费尽心思、百般努力，他们从一开始的盲目、没有头绪，到逐渐进入状态，到后设计水平有了明显的提升。同学们在小组中交流学习，不仅增进了友谊，学习和解决问题的能力也有所提高，而且提高了学生对团队精神的意识。
4 成绩评定多元化
由于以往的成绩评定“重结果、轻过程”及仅仅依据学生上交的图纸和说明书进行评定成绩的考评方式，这种形式较为单调，而且学生会为了完成设计任务，应付了事，也会忽略学生进行设计时的思考过程，使学生养成不认真思考，一味的为了完成设计任务而去进行设计，以至于设计出的作品缺乏创新，甚至有学生抄袭往届学生设计作品的情况，这使得老师难以评阅，设计成绩也难以合理和公正。在新工科背景下，为了防止以上问题出现，将过程考核和能力考核用相应的比例结合起来，提出了成绩评定多元化的改革方案，首先是设计书内容的要求，要求学生运用Word 进行设计书的撰写，设计书中包括公式的插入以及表格的绘制，这考察到学生的综合能力，同时加强学生对办公软件运用的熟悉度。其次是开放式答辩，即学生用PPT 在任课老师和全体同学的面前进行五分钟以内的展示，这就要求学生必须熟悉自己的设计作品，也就避免了抄袭、敷衍了事等现象，在学生进行展示之后，老师和其他同学可以进行提问，若遇到不知道的内容，可以现场探讨进行解决，答辩这一系列过程其实是学生相互学习和解决问题的过程，老师在这一过程中主要是起到引导的作用，引导学生能够分析和解决现存问题。由于对本科毕业生有毕业论文答辩的要求，因此平时的课程加入答辩环节也是为毕业答辩做好准备。
5 结语
新工科背景下化工原理课程设计“四化”教学模式，能够充分调动学生的学习主动性与积极性，培养学生的团队协作能力，引导学生综合所学的理论知识和实践来解决工程实际问题相结合，有助于提高学生对化工单元操作设计的基本流程、方法和Auto CAD 绘图工具的熟识度，能够通过网络查询文献和国家设计标准，借助计算机进行公式和参数的选择，并运用简洁扼要文字和专业术语正确的表述设计特点和理念。在新工科背景下，化工原理课程设计使学生把理论知识和实际生产知识有机地结合起来，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的工程实践能力，使知识型人才培养成实用型人才。