學科競賽對化學工程工藝教學的影響

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［摘要］學科競賽是培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力的重要載體，也是檢驗學生理論學習成果的實踐平臺，對于化工專業(yè)人才的培養(yǎng)有著重要的促進作用。通過探討學科競賽對學生綜合素質提高的重要作用，以及在專業(yè)教學條件改善、專業(yè)教學改革、教師教學能力提升和校企合作交流等方面的促進作用，以化工原理和化工實驗競賽為契機，積極推動化工專業(yè)教學改革探索，構建完備的實踐教學體系，創(chuàng)新校企合作模式，為學生工程實踐能力的鍛煉提供有力的保障。

［關鍵詞］學科競賽；化學工程與工藝專業(yè)；實踐教學體系；校企合作

一、引言

隨著“一帶一路”建設和國際交流合作的進一步深化，對優(yōu)秀工程技術人才的需求也越來越迫切?；瘜W工程與工藝專業(yè)是化學工程、化學工藝的綜合學科，肩負著培養(yǎng)適應當代社會發(fā)展需求的卓越化工工程師的責任和使命。如何培養(yǎng)適應新工科建設發(fā)展需要的優(yōu)秀化工類人才，已成為擺在我們面前十分重要而艱巨的任務。作為化工類及其相近專業(yè)的一門重要的基礎技術課程的“化工原理”，其理論及實驗教與學的效果，在培養(yǎng)學生綜合素質的過程中有其特殊的地位和作用，起著承前啟后、由理及工的橋梁作用[1-3]。為提高本科化工類專業(yè)核心課程的教學質量，激發(fā)學生學習實驗理論和技術的興趣，啟迪學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生的實踐能力，提高學生的綜合素質，促進化工專業(yè)教學改革，推進化工人才培養(yǎng)，從2017年起由教育部高等學?；ゎ悓I(yè)教學指導委員會和中國化工教育協(xié)會聯(lián)合主辦了全國大學生化工原理及化工實驗大賽，至今已舉辦三屆。我校積極組隊參加，取得了優(yōu)異的成績，充分展現(xiàn)了我校新工科人才培養(yǎng)的質量。結合工程教育專業(yè)認證要求和新工科建設需要，我校以化工原理及化工實驗競賽為載體，積極查漏補缺，及時發(fā)現(xiàn)在專業(yè)教學和專業(yè)建設中存在的問題，強化專業(yè)教學改革，持續(xù)不斷進行專業(yè)軟硬件條件建設，構筑完備的實踐教學體系，強化學生工程實踐訓練，創(chuàng)新校企合作新模式，不斷提高化工類專業(yè)人才培養(yǎng)的質量。

二、學科競賽促進學生綜合素質的提高

化工原理及化工實驗競賽包括化工原理理論考試、化工單元仿真操作和分析、化工原理實驗操作三部分內容。其中化工原理理論考試涉及流體流動與輸送、傳熱及設備、吸收、蒸餾、干燥等內容，全面考查了學生對“化工原理”這門專業(yè)基礎課程的掌握程度。不僅要求學生對基本概念和理論有充分的理解和掌握，更注重考查學生利用所學理論靈活解決實際問題的能力，尤其是能從工程觀點出發(fā)去分析、解決實際工程技術問題的能力。例如，冬天里，導熱系數(shù)小的穿里邊還是導熱系數(shù)大的穿里邊更保暖？考生如果嚴格利用所學理論進行推導的話，會浪費大量的時間，如果學生結合生活常識便可以輕松解答，這就要求學生必須具備靈活運用所學理論知識的能力。在化工單元仿真操作環(huán)節(jié)，考生在模擬實際化工生產(chǎn)過程中，需要獨立完成化工單元的冷態(tài)開車、正常生產(chǎn)運行、正常停車、常見事故處理等任務。這就要求學生對化工生產(chǎn)過程有系統(tǒng)全面的認識和了解，能科學地分析實際生產(chǎn)中的工程問題，并能采取合理的方法解決遇到的問題，是對學生知識綜合運用能力的一大考驗。競賽的實驗操作部分主要考查學生的動手能力和創(chuàng)新意識，要求4個小時內完成實驗操作過程、數(shù)據(jù)收集處理和實驗報告的撰寫。雖然實驗項目平時都有訓練，但由于每個學校實驗設備差異很大，第一次面對陌生的儀器設備，既要求學生有良好的心理素質，又是對大家理論知識應用、動手能力的綜合考查。而且實驗過程中會出現(xiàn)各種意想不到的情況，要求學生必須沉著冷靜，能結合所學知識分析出現(xiàn)問題的原因，并及時做出調整，也是對學生臨場應變能力和創(chuàng)新能力的一次鍛煉。同時學生在參賽的準備階段，要主動查閱收集文獻資料、對所學知識進行歸納總結，自學各種專業(yè)應用軟件，不僅在知識和眼界上有所提升，在人際交流和溝通等方面也有了很大的改變?；ぴ砑盎嶒灨傎惒粌H提高了參賽學生綜合運用化工專業(yè)知識分析、解決實際工程問題的能力，也鍛煉了學生的動手能力、人際溝通能力、文字撰寫和語言表達能力等。通過競賽的歷練，學生在知識、身體、心理等方面的綜合素質和創(chuàng)新意識都有了明顯提升，歷屆參加競賽的8位同學先后有7人考取了碩士研究生，而且大部分被“雙一流”高校錄取，顯示出了較高的綜合能力。同時通過每年參加競賽選手的選拔，在學生中營造了良好的專業(yè)理論和實驗學習的氛圍，學生對專業(yè)課程尤其是“化工原理”及“化工實驗”課程學習的興趣明顯提升，考研的積極性逐年增加，考研通過率也有了明顯提高，2020年化工專業(yè)考研錄取率接近60%。學生以扎實的專業(yè)基礎和良好的實踐動手能力，得到了兄弟院校和相關企業(yè)的一致認可。

三、學科競賽促進學生團隊協(xié)作意識的提升

化工原理及化工實驗競賽以團隊形式參賽，每校限派一個團隊參賽，每隊限3名參賽隊員。雖然理論考試和化工單元仿真操作部分隊員是單獨進行的，但要求每位隊員都要有良好的發(fā)揮，否則就有可能止步于最后的決賽。每位參賽隊員都會意識到自己在整個團隊中的重要作用，在平時的復習準備階段，隊員之間經(jīng)常互相交流，發(fā)現(xiàn)新的解題方法大家會互相分享。雖然有時也會因某個問題觀點不同發(fā)生爭執(zhí)，但總能互相理解，最后達成一致意見。高強度的訓練過程中，偶爾個別隊員也會灰心懈怠，這時候隊員之間的鼓勵就顯得尤為重要，大家會互相鼓勁、共同努力。競賽的實驗操作部分要求3位同學共同完成，這就要求隊員之間必須互相信任、默契配合。大家根據(jù)各自的優(yōu)勢明確分工，動手能力強的同學主要負責操作，心細的同學主要負責現(xiàn)象觀察和記錄，字體較好、計算能力強的同學主要負責數(shù)據(jù)處理和報告撰寫。整個實驗過程大家互相協(xié)作，有條不紊，才能保證實驗順利完成。同時遇到突發(fā)情況時，隊員之間還要沉著冷靜，敢于擔當，知難而上，而不是互相抱怨，自亂陣腳。整個競賽過程，也是對隊員默契程度的重要考驗，使大家充分認識到團隊協(xié)作的重要性。特別是對化工專業(yè)這類工程性比較強的專業(yè)，團隊的作用尤為突出，這也是當前工程教育專業(yè)認證對畢業(yè)學生的基本要求之一。

四、學科競賽促進教師教學能力的提升

高校教師大多畢業(yè)后直接進入工作崗位，平時又忙于日常的教學活動和科研工作，工廠實踐鍛煉的機會較少，缺乏工程實踐經(jīng)驗。教師在教學過程中單純地進行理論講解很難調動學生學習的積極性。通過競賽的指導過程，教師能夠充分認識到自己專業(yè)知識的薄弱環(huán)節(jié)，同時也能充分意識到全面開展教學改革的必要性和緊迫性，在競賽過程中主動向兄弟院校學習先進的教學經(jīng)驗，不斷鉆研專業(yè)知識，主動參與到校企合作當中，實踐經(jīng)驗也得到了不斷的提升和積累。虛擬仿真操作作為新生事物，教師接觸較少，我院的虛擬仿真教學平臺剛剛建成，教師對各個操作的流程掌握也不夠熟練，往往是指導老師邊學邊指導學生，教學效果有待進一步提高。學院鼓勵教師參加各種技能競賽，還不定期組織企業(yè)工程師或經(jīng)驗豐富的教師進行師資培訓，特別是學習一些化工常用軟件和仿真操作，穩(wěn)步提升教師隊伍的教學能力。此外，借助對學生競賽的指導，也能發(fā)現(xiàn)學生在知識學習和分析、解決問題方面存在的問題和不足，并及時調整教學內容和方法。比如在單元操作學習過程中，由于學生之前未接觸過實際生產(chǎn)過程，教師的板書加PPT的教學手段很難使學生獲得對單元操作設備結構的結構和操作過程的直觀認識。教師可以結合實際案例，充分利用虛擬仿真教學和實驗室實物講解等手段，把復雜的設備構造直觀形象地展現(xiàn)在學生面前，加深學生的印象。同時，通過專題討論、小組合作等方式激發(fā)學生主動學習的積極性和創(chuàng)造性，變被動的課堂聽講為學生的主動參與，使學生真正成為課堂教學的主體。

五、學科競賽促進專業(yè)軟硬件條件的改善

實踐教學是工程類人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，對學生創(chuàng)新意識和動手實踐能力的培養(yǎng)具有十分重要的作用[4，5]。實驗室設備條件是化工實驗教學的基礎，是決定學生實踐培養(yǎng)效果的關鍵。以參加化工實驗競賽和工程教育專業(yè)認證為契機，學院對化工原理實驗設備進行了更新?lián)Q代，淘汰了一批陳舊落后的實驗設備，增加了一批滿足當前實驗教學要求和競賽需求的實驗設備，新購置了傳熱、吸收解吸、精餾實驗設備，增加了流線（軌線）實驗裝置、板式塔流體力學性能實驗裝置，設備的臺套數(shù)和先進性都有了較大改善。化工實驗的實踐性、綜合型較強，與基礎實驗差別較大，學生平時也鮮有機會接觸化工設備。如果直接讓學生進入實驗室進行實驗操作，學生由于缺乏對設備的了解，往往很難達到理想的實驗效果。多數(shù)同學只是根據(jù)教師的指導完成實驗操作和數(shù)據(jù)記錄，對工作原理往往是一知半見，更不會去分析和解決操作過程中遇到的問題。為有效解決這一問題，學院投入大量資金建成了化工過程虛擬仿真實訓實驗室。虛擬仿真實訓平臺內容豐富，涵蓋了基礎化學實驗仿真操作、化工原理實驗仿真操作、化工典型生產(chǎn)線虛擬仿真操作、大型儀器仿真操作等內容。虛擬仿真實訓平臺采用學生喜聞樂見的游戲模式進行虛擬仿真實驗練習，大大調動了學生學習的興趣，而且虛擬仿真練習可以實現(xiàn)遠程電腦端操作，使學生的學習更加靈活方便。實驗前學生先進行模擬仿真實驗操作練習，對實驗過程有了全面的了解后再進行真實實驗操作，實驗效果有了明顯的提升。同時學院又建設了化工過程實驗室，將工廠常見的生產(chǎn)設備和典型生產(chǎn)過程搬入實驗室，讓學生有更多機會模擬實際生產(chǎn)操作過程，有效解決了當前實習難、實習效果差的問題。經(jīng)過持續(xù)不斷地投入建設，目前學院已經(jīng)形成了基礎實驗、專業(yè)實驗、虛擬仿真實驗、化工過程實訓、認識見習和生產(chǎn)實習等相結合的完備的實踐教學體系，為學生工程實踐能力的訓練提供了有力的保障。

六、學科競賽促進專業(yè)教學改革研究

競賽涉及內容廣泛，不僅要求學生具備扎實的專業(yè)知識，更注重學生對知識的靈活應用，對于學生的動手能力提出了極高的要求，這也是當前工程教育認證的基本要求之一。有效的工程設計和實踐訓練是提高學生創(chuàng)新意識和實踐能力的重要保障，因此，在新的培養(yǎng)方案的修訂過程中，在保證基礎課程理論課時的基礎上，增加了工程性比較強的課程的課外實踐環(huán)節(jié)，如在“工程制圖與CAD”課程學習過程中，增加實際工程案例的設計環(huán)節(jié)，強化學生對專業(yè)軟件的應用能力和利用所學知識解決工程實際問題的能力。在“化工原理”課程的學習過程中，增加實驗室參觀、模擬演示和工廠認識見習環(huán)節(jié)，將理論與實踐有機結合。同時增設“化工過程虛擬仿真實驗”和“化工過程實訓”課程，強化學生的工程實踐訓練。借助于競賽還能夠找出傳統(tǒng)教學方式當中存在的弊端與不足，為今后的教學發(fā)展與改革提供更加明確的方向。傳統(tǒng)的課堂教學以教師講授理論為主，學生被動地學習知識，限制了學生創(chuàng)新能力的提高。這就使得授課教師在今后的教學過程中，要給予學生更多主動思考的機會，要充分結合生活實例，調動學生學習的積極性。比如教師在講授過濾單元操作時，可以引入豆腐的制作過程，能夠生動形象地向學生展示過濾過程中過濾壓力與濾餅孔隙率的關系，既活躍了課堂的氛圍，又幫助學生更好地理解了所學的知識。此外，在教學課程的安排中要適當加大化工單元仿真操作的課時，讓學生不止局限于書本上的理論知識，更重要的是形成初步的“工程”理念，通過進行工程知識熏陶，培養(yǎng)學生的工程實踐和工程設計能力。同時，通過競賽發(fā)現(xiàn)學生對化工軟件如origin、AutoCAD等應用能力較差，對于這種現(xiàn)象，我們可以采取專業(yè)選修課的形式在網(wǎng)絡教學平臺上開設化工專業(yè)繪圖軟件課程，既不會增加課時負擔，又方便學生自主學習。

七、學科競賽促進校企合作

要想培養(yǎng)學生的實際動手能力，企業(yè)見習是必不可少的環(huán)節(jié)。通過將學校教授的理論知識與企業(yè)生產(chǎn)實際相結合，培養(yǎng)學生解決實際問題的 能力。然而在現(xiàn)階段，校企合作并沒有發(fā)揮出有效的作用。由于企業(yè)受場地及安全方面的因素影響，接受學生見習的積極性不高。即使勉強接受，也只是讓學生通過觀察進行學習，很少有學生能夠直接上手進行設備的操作[2]。而學科競賽又對學生動手能力有非常高的要求，如何有效調動企業(yè)的積極性，解決實習難的困境，是當前亟待解決的問題。學院主動加大與企業(yè)特別是校友企業(yè)的合作力度，不斷創(chuàng)新校企合作新模式，給學生提供更多的實踐鍛煉機會。邀請企業(yè)技術人員參與培養(yǎng)方案的修訂，充分考慮企業(yè)的用人需求，強調學生綜合素質培養(yǎng)的同時注重學生解決實際問題的能力提升，優(yōu)化了課程設置方案，進一步滿足了當前社會發(fā)展對化工類專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。通過設立化工過程虛擬仿真實驗和化工過程實訓課程，實現(xiàn)當前典型的化工設備和化工生產(chǎn)過程的校內練習。嘗試建立企業(yè)導師制度，學院聘請閱歷豐富的企業(yè)工程師作為學生的校外導師，通過微信群等與學生進行適時的溝通交流。企業(yè)導師可以將企業(yè)一些小的攻關課題在群里，學生可以自主提出解決方案并與企業(yè)導師進行討論，真正實現(xiàn)理論學習與實踐應用的無縫結合，讓學生有機會真實參與企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。同時，通過與?？瓦~斯生物科技（上海）有限公司和河南甾體生物科技有限公司建立校內校企研發(fā)實驗室、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化基地等形式加強校企合作交流，以保障學生有充足的工程實踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力鍛煉的機會，同時也實現(xiàn)了校企雙贏。

八、結語

工程教育專業(yè)認證和新工科建設，對以化工原理及實驗為代表的化工類專業(yè)核心課程教學提出了更高的要求，有效的工程實踐訓練也是提高學生動手能力和創(chuàng)新意識的關鍵。通過競賽鍛煉，進一步激發(fā)學生專業(yè)學習的興趣，通過與兄弟院校的溝通和交流，及時查漏補缺，改變教育教學方式，提高課堂教學效果。以化工原理和化工實驗競賽為契機，積極推動化工專業(yè)教學改革探索，構建完備的實踐教學體系，創(chuàng)新校企合作模式，為學生工程實踐能力的鍛煉提供有力的保障。

參考文獻

［1］劉輝,曹占芳,鐘宏,等.以學科競賽為載體的化工原理實驗教學改革與實踐［J］.化工高等教育,2020(1):123-127.

［2］王堃,蔣建新,宋國勇,等.以“化工原理”課程競賽促進學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)［J］.中國林業(yè)教育,2018(4):64-66.

［3］張莉梅,秦莉曉,譚蕓妃,等.化工原理及實驗課程教學體系的改革與探索［J］.教育教學論壇,2020(29):373-375.

［4］張進,李松霞,張春梅,等.以學科競賽為引導的材料專業(yè)實驗教學模式的探索與實踐［J］.科教導刊,2019(23):69-70.

［5］孫遠韜，張氫，朱玉田.面向工程教育認證的以學科競賽為載體的高校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)研究［J］.高教學刊,2020(21):29+3.

作者：王紅軍 高愛萍 李鐵巖 單位：信陽師范學院