《化工设计》在线课程建设及教学改革

徐环斐，高 扬，王传兴，高传慧，刘月涛，陈秋阳，田文德

(1.青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042；2.山东三维石化工程股份有限公司 青岛分公司，山东 青岛 266071)

2020年2月4日教育部应对新型冠状病毒感染肺炎疫情工作领导小组办公室发布了《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》。《化工设计》课程是化学工程与工艺专业必修课程，做好本科生的《化工设计》课程网络教学，进行《化工设计》在线课程建设及教学改革，在疫情的特殊教学背景下具有十分重要的意义。

1 结合各级各类网络教学平台资源，强化学生云课堂学习

积极整合利用各种在线课程教学资源，拓宽学生课程相关知识的储备，调动学生上课的积极性。依托各级各类在线课程平台、积极开展各类型教师线上网络授课和学生线上课程学习的网课活动，保证特殊时期的本科生化工设计课程的教学进度和学生的学习质量，在网络云平台上实现远程虚拟课堂的建立，实现化工设计课程的“停课不停教、停课不停学”。

利用各种云端空中课堂开展“互联网+教学”工作，推动信息技术与教育教学的融合[1]，应用本区域的互联网和信息化教育资源为学生提供学习支持。如山东省高等学校在线开放课程平台、青岛科技大学校内网络学习空间 “爱课程”、“超星”、“学堂在线”和“智慧树”等课程平台的慕课课程。

加强师生互动和学生小组间的交流，尽量提高课堂互动程度，引导学生深入学习，让学生在远程网课上感受到超越屏幕，突破时空限制的课堂互动，让学生尽可能地融入全新的网络课堂模式[2]。通过在线回答问题，在线测试、在线小组交流、翻转课堂等混合式学习、探究性学习模式让学生通过实践获得更好的学习效果[3]。下课后，通过五人小组制完成大作业的方式，调动学生们的课程参与度，更好的消化吸收所学的化工设计知识。

2 使用化工软件资源，提高学生课堂参与度

结合专业软件的使用，提高学生《化工设计》网络课堂的积极性和参与度。能够灵活使用现代工具软件，是工程教育专业认证的要求之一，也是“卓越工程师教育培养计划”中全面提高工程教育人才培养质量的要求。如生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统Aspen、流体传递和化学反应等有关的工业设计模拟软件Fluent、三维工厂设计软件PDSoft、工艺过程进行计算机模拟软件ChemCAD、流体动力学仿真软件CFX、石油化工工厂设计软件PDMS、分子模拟软件Materials Studio、工程编程语言Matlab软件、车间和管道布置软件Pdmax、化工工艺流程图绘图软件PIDCAD、DCS控制系统软件、危险与可操作性分析软件Hazop、青岛科技大学拥有自主知识产权的ECSS工程化学模拟系统等化工设计相关软件能够直观、清晰地运用和展示化工设计的相关知识，让学生能够方便地看到近乎真实的化工厂场景，更为深刻地理解所学设计知识[4]。

图1 车间管道布置图

比如，学生通过对ECSS工程化学模拟系统的学习，可以掌握如何在化工厂的设计中进行装置扩建改造、节能降耗、优化操作、设计计算和科研开发。再比如，学生通过对PDMS的学习，可以了解如何在平面和立面进行设备布置、平台框架结构布置、工艺管道布置、采暖通风等非工艺管道布置等方面的三维设计。在学习此软件时，学生能感受到全彩色的三维化工厂模型；并通过设置“模型人”在化工厂各部位中穿行，实现对设计的实时审查，达到发现错误能及时修改的目的。

3 利用虚拟仿真实验教学中心资源，促进学生上课积极性

利用好本校虚拟仿真实验教学中心资源，青岛科技大学拥有国家级实验教学示范中心，其中的化工过程与装备虚拟仿真实验教学中心具有本校自主开发化工单元虚拟仿真软件、化工实习虚拟仿真软件、虚拟仿真教学平台网络系统等。比如本校研发的苯胺工厂3D虚拟现实认识实习仿真软件和甲醇工艺3D虚拟现实生产实习仿真软件，能够为本科生提供化工设计课程的线上学习资源，学生远程网上操作即可进入此仿真实验室。利用化工过程动态模拟和仿真技术，实现了学生线上学习时与虚拟真实场景中的化工设备的互动，学生可以进行相关工艺操作。借助虚拟仿真教学实验中心这一线上平台，可提高化工专业本科生使用大型计算软件和利用化工计算工具解决工程问题的能力。

图2 聚甲醛工艺虚拟仿真流程图

4 借助全国大学生化工设计竞赛资源，强化学生对知识点的掌握

全国大学生化工设计竞赛是在中国化工学会、中国化工教育协会等组织举办的化工专业最重要的全国性比赛。比赛要求队员根据每年不同的任务书，通过所学专业知识，灵活运用软件，完成一个特定化工厂的厂址选择、工艺流程设计、设备的选型和设计、车间布置、管道布置、公用工程设计、技术经济计算等任务。因此，参加全国大学生设计竞赛，是实践“卓越工程师教育培养计划”的重要策略，可提高学生的创新思维和工程技能[5]，培养参赛学生良好的团队协作精神，增强了学生工程设计与实践能力[6]。今年的大赛题目是“为某大型化工企业设计一座分厂，以碳五烷烃为原料制备非燃料用途的化工产品。相对该领域的现有生产技术，要求技术提升达到《中国制造 2025》中提出的绿色发展 2025 年指标”。

网课进行过程中，除了鼓励学生积极报名参赛之外，将网课各章节部分的讲解与大赛进行了紧密的结合，并让学生五人一组，进行了以大赛题目为背景的小组作品的设计，五位同学各自有具体的分工，在整个线上课程的进程中，同学们随着对化工设计课程了解的不断深入，结合设计大赛题目，能够进行更加深刻的思考，给出更优的产品结构方案、节能降耗方案、核心反应方案、分离方案、设备选型方案、环境保护方案等。以大赛促进学习的模式，潜移默化地建立了学生的工程思维，加强了学生对相关知识的掌握和运用，提升了学生发现化工厂设计中的主要矛盾并解决主要矛盾的能力。同时，在课程的进行中，将一些往届大学生化工设计大赛国家总决赛的优秀作品在课堂中进行分享，尤其是对某一章节的内容进行展开讨论，让学生对知识点有更为直观的理解。

5 改变考核评价体系，进行课程考核改革

网络课程目前处在发展的初期，其考核与评价仍存在许多问题[7]。相比于传统的线下教室授课模式，老师对线上网络课程的掌控程度存在区别，老师无法实时监控学生们在网课时学习状态。因此，更为全面和科学的考核评价体系，将有利于老师掌控学生的学习进展，并督促学生在课堂上保持注意力，提高学习效率。提高学生平时成绩的分值，通过分析学生网课在线的时间和屏幕状态的数据、考核在课堂上回答问题的情况、考核参与小组交流的情况、考核作业展示的情况等给出学生课堂参与程度的分数。根据学生随堂作业的作答情况、课后大作业的作答情况，给出学生对知识点的掌握程度的分数。增加期中考试和随堂考试的占比，合理优化考核评价体系中各部分的比值。从学期初就对学生进行持续的网课学习进度和掌握程度的考核，让学生能提高课堂的效率，达到该课程的各项学习指标。以最终实现完善《化工设计》网络课程考核评价体系、提高《化工设计》网络课程授课质量。

6 总结

在“互联网+”和防疫时期远程网课的大背景下，《化工设计》课程建设及教学改革以保障学生远程网课质量为出发点，通过结合各级各类网络教学平台资源、丰富课程资源库、采用化工软件资源，利用虚拟仿真实验教学中心资源、借助全国大学生化工设计竞赛资源、优化考核评价体系等方式，达到提高化工专业本科生综合工程能力和实践创新能力的目的。