基于专业认证的化工原理课程设计课程改革与实践

李德莹，胡为民，刘杨，晏佳莹，汪磊

(三峡大学材料与化工学院，湖北宜昌443002)[摘要]化工原理课程设计是高校化工类专业的必修课程。本文结合化工原理课程设计教学的实践，探索了课程目标的建立，以及将流程模拟软件AspenPlus运用到化工原理课程设计，课程设计与学科竞赛相融合等教学方法和模式的改革，以期增强学生的工程意识，提高学生的实践能力，提升课程教学的目标达成度。[关键词]化工原理课程设计；AaspenPlus；专业认证[中图分类号]G4[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2019)24-0101-01ReformandpracticeinCourseDesignofChemicalEngineeringPrincipleBasedon

ProfessionalAccreditation

LiDeying,HuWeimin,LiuYang,YanJiaying,WangLei(CollegeofMaterialsandChemicalEngineering,ThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)Abstract:CourseDesignofChemicalEngineeringPrincipleisthespecializedcourseforchemicalmaiorsinuniversities.BasedontheteachingpracticesfortheCourseDesignofChemicalEngineeringPrinciple,establishmentofcourseobject,teachingmodelandmethods,includingapplyingtheAspenPlusprocesssimulationsoftwaretotheCourseDesignofChemicalEngineeringPrinciple,combiningcompetionanddesignwasexploredsoastofosterstudents'engineeringconsciousnessandtheabilityofpractice,raiseteachinggoalreachingdegree.Keywords:CourseDesignofChemicalEngineeringPrinciple；AspenPlus；professionalaccreditation2018年10月，教育部印发了《关于加快建设高水平本科教育，全面提高人才培养能力的意见》，决定实施“六卓越一拔尖”计划2.0。国家战略发展新需求和世界高等教育发展新趋势要求高校必须在提高人才培养能力方面积极应变。人才培养的的核心要素是课程的建设。对于化学工程与工艺专业而言，其特点是具有很强的实践性。化工原理是化工类专业重要的专业基础课，而化工原理课程设计是在学习了化工原理基础知识、基本理论之后的一次实践教学，是化工原理教学中的十分重要的教学环节。它是理论与实践结合的切入点，能有效地培养学生的工程思维能力和思考的能力。因此，对于该课程，我们结合工程专业认证的要求，在学为中心理念的总旨下，本着让课堂活起来、学生忙起来、管理严起来、效果实起来的思路，进行了系列改革，提升人才培养目标达成度。1修订课程教学大纲

首先，按照工程专业认证的要求，修订了课程教学大纲的内容，并在教学大纲里明确了与课程相关的毕业要求指标点。共涉及到以下三个方面：(1)能够设计满足特定需求的系统、单元(部件)或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识；能用设计报告、图纸等直观地表达设计结果并满足相应技术规范，占该指标点达成度的20%；(2)能评价化工过程的工程实践和复杂工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响；占该指标点达成度的20%；(3)具有就化工过程复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流的能力；占该指标点达成度的20%。2融合学科竞赛，改革课程形式

我校化工专业人才培养的总体思路：以设计为主线，将工程设计能能力的培养贯穿四年。结合该思路，我们将化工原理课程设计由原来的一次改为现在的两次，分别在二年级上学期和三年级下学期进行，其中化工原理课程设计(一)的主要内容是传热设备的设计，化工原理课程设计(二)是传质设备的设计。并且分别将化工原理课程设计(一)与校内化工设计大赛融合在一起，化工原理课程设计(二)与全国化工设计大赛融合，以项目式教学的方式展开，提高课程设计的创新性，推进工科学生工程设计思维培养的全员覆盖。错就错，设计的正确性和效率大打折扣；另一方面，我们在化工原理的理论授课过程中讲述设计型问题的特点在于有多种方案，需要根据技术与经济的全面考虑进行优化选择，但这种设计中参数优化选择的思想在课程设计中无法落实。因为这个过程需要进行多个参数选择后计算结果的比对，繁杂的计算量是一个很大的阻碍。于是，传统的课程设计以消化吸收现有设计计算流程为主，教学效果达不到期望值成为了一个长期困扰教师的问题。信息化技术与教学过程深度融合提供了摆脱简单复制式学习的契机。化工系在2014年开设了一门新课《化工过程模拟》。AspenPlus是现代化工设计中大型通用流程模拟系统之一，该软件配有强大的物性数据库和全面的单元操作模型，可广泛用于各种流程的模拟计算[1]。将AspenPlus引入化工原理课程设计，可以有效解决物性查找的问题，更可以克服工艺计算中繁琐的计算问题，实现教师在课程设计中进行过程优化选择的教学设想。因此在新版培养方案的设计中，将《化工原理课程设计(一)、(二)》、《化学工程制图》和《化工过程模拟》三门重要课程关联在一起，以单元操作设备的设计作为基础的工程设计能力、工程制图能力和工程软件模拟与应用能力培养的载体，强调多门课程的综合应用，以工程标准规范说明书和图纸制作。在2017级学生的化工原理课程设计(二)中进行了课程改革的设想的第一轮实践。化工原理课程设计(二)涉及内容为传质单元操作，我们选择了精馏塔作为设计内容，精心设计了教学过程。在培养学生基础工程设计能力的目标下，教学方式灵活多变。比如在设计过程中的教师指导答疑，我们采用了线上线下的方式按需开展。根据学生的设计进度及所遇到的问题进行集中或个性化辅导。使学生快速掌握了软件的使用，并为学生学业后期使用这些软件打下良好的基础。4落实课程目标，严格考核要求

3综合应用，加大课程的深度

一直以来，化工原理课程设计的基本是以手工计算为主，尤其是工艺过程计算部分。这样存在的问题是一方面大量的手工计算要求学生付出大量的时间和精力，另一方面必须确保计算的正确性。因为设计过程是环环相扣，前一步计算的错误，势必会影响到后续的设计。很多学生往往在设计进行一大半时发现错误，此时重新计算会徒增工作量，很多学生望而却步，直接放弃，将[收稿日期][作者简介]在第一轮实践中，化工原理课程设计要求工艺计算部分使用AspenPlus完成，对精馏塔的重要参数比如回流比、理论板数、进料位置要求得到最优值，所有的过程均需要软件界面截图后写在课程设计说明书内；水利学性能校核部分手工计算，负荷性能图要求从软件导出。这样的运作模式较好的解决了之前存在的问题，学生的工作量虽大，但每一步都行之有效，行之有据，且需要充分调动运用自己的思考才可以完成。在图纸方面，要求出两张图纸，一份是塔设备的工艺条件图，一份是带控制点的工艺流程图。考虑到在同一学期所开设的《过程装备与控制》课程已经结束，所以在化工原理课程设计内增加了精馏塔控制的内容，比如精馏段的温度控制，塔釜液位控制，进料的流量控制，塔釜加热蒸汽温度控制。在作品上交后答辩过程中，我们发现学生对于在过程装备与控制理论课中学到的控制(下转第113页)2019-11-10李德莹(1973-)，女，湖北宜昌人，硕士研究生，主要研究方向为化学工程。2019年第24期第46卷总第410期广东化工www.gdchem.com·113·播者、模范践行者。(1)完善课程思政内容：在纸、塑料、玻璃、金属等主要包装材料的章节教学内容中将社会主义核心价值观的基本内涵、主要内容等具体体现，使学生充分了解社会主义核心价值观概念内涵、发展历程、价值意义等。(2)建设在线课程思政教学内容：通过教学课件、思考题、作业、动画、图片的方式将相应的课程思政教学内容上传在线学习平台，同时将相应的授课内容录制成教学视频及微课，方便学生学习。(3)改革考核方式：依托在线课程学习平台，建设相应的课程思政教学内容的课程作业及讨论题目，由学生完成在线课程作业和课程讨论，并计入平时成绩。3.3传播中华传统文化推动中华优秀传统文化融入课程教学，引导学生厚植爱国主义情怀，传承中华优秀传统文化。实施方案：将中华优秀传统文化融入课程教学，使学生了解国家发展历程，了解中华优秀传统文化，理解中华优秀传统文化是中华民族的精神命脉，引导学生自觉弘扬以爱国主义为核心的民族精神和以改革创新为核心的时代精神。(1)完善课程思政内容：在绪论、纸、塑料、玻璃、金属等章节教学内容中将各种包装材料的发展历史和应用与中华传统文化结合在一起，同时引导学生关注当代中国文化传播理论和实践，培养文化自信。(2)建设在线课程思政教学内容：通过教学课件、思考题、作业、动画、图片的方式将相应的课程思政教学内容上传在线学习平台，同时将相应的授课内容录制成教学视频及微课，方便学生学习。3.4提高职业素养把职业素养同课程教学内容紧密结合起来，重点围绕职业道德精神和职业伦理等方面，加强科学精神和工匠精神教育。实施方案：针对包装工程专业的大学生，在传授专业知识的过程中，明确将专业性职业规范操守和职业道德教育融为一体，给予其正确的价值取向引导，使其具有良好的科学素养和工程职业道德，较强的社会责任感，能够在包装工程实践中理解并遵守工程职业道德与规范，履行责任。(1)完善课程思政内容：在纸、塑料、玻璃、金属等章节教学内容中将职业素养同课程教学内容紧密结合，培养学生职业意识、职业道德、职业态度、职业作风。(2)构建在线平台学习模式：在课程在线平台设置相应的学习版块，将科学精神、工匠精神等职业素养教育与课程专业知识相融合，指导学生自学相应内容，并通过主题讨论探讨良好的科学素养和工程职业道德和专业学习的联系，讨论环节计入平时成绩。(3)构建思政活动课堂模式：结合职业素养同课程教学内容设计思政活动主题，将活动主题提前布置给学生，学生分组进行准备，设计活动方案和实施细则，选择优秀方案在课上实施或在课程在线网站上分组讨论，由各小组互评和老师点评，作为小组思政活动成绩计入平时成绩。(上接第101页)思想真正应用在精馏设备中的时候出现了各种问题，比如PID图的基本要素不清楚，工业实践中基本的控制思想比较薄弱等等，通过在课程设计中增加的环节，学生在一定程度上对这些问题有了明确的认识，知道什么是学以致用。化工原理课程设计的总评成绩是按照平时成绩，设计说明书，图纸，答辩几方面加权得到[2]。平时成绩有记录依据，答辩要求每位学生制作PPT，10分钟时间汇报，10分钟回答问题，并做出答辩记录，与设计说明书一起存档。课程结束以后很多学生的反映是为了完成这门课的学习，掉了几层皮！工程设计和实践教育的不足严重影响工程教育质量。化工原理课程设计是化工专业的学生在四年学习中接触到的第一个设计环节，通过对该课程内容及形式的大幅度改革，形成更加以学习(上接第122页)3.5融合生态文明理念把“绿水青山就是金山银山”的重要发展理念和**生态文明思想与授课内容有机融合，加强学生生态文明教育。实施方案：将生态文明理念和授课内容有机融合，把具有东林特色的绿色文化贯穿于教学过程，使学生理解环境保护和社会可持续发展的内涵和意义，能够评价包装工程系统资源消耗，理解包装整个生命周期对环境、社会可持续发展的影响。(1)改革课程内容：增加包装材料废弃物处理等章节的学习内容，在此部分学习的过程中将**总关于生态文明建设的金句和生态文明理念融入其中，使学生理解环境保护及生态文明建设的重要意义。(2)开展线上线下讨论：在课程网站上设置相应版块，增加包装材料废弃物处理的实际案例，并设置线上讨论主题，引导学生围绕如何理解生态文明理念进行讨论。(3)改革考核方式：①考试方式采用主观考试和客观考试相结合；②总成绩由平时成绩(20%)，阶段考试(30%)，期末成绩(40%)和实验考试(10%)四部分组成。平时成绩包括思政活动课堂成绩、课程在线平台完成作业及讨论成绩及课程论文成绩等，课程论文以包装材料学专业知识为主线，结合社会主义核心价值观、中华传统文化、职业素养及生态文明理念等课程思政元素完成。《包装材料学》是一门注重理论和实践相结合的课程，通过课程思政元素的引入、课程思政教学模式的构建促使专业教育与思政教育深入融合、协同发展，达成“知识传授”与“价值引领”，实现协同育人机制目标，转变人才培养模式，进而增强高校教育教学质量。参考文献

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