学科竞赛对化学工程工艺教学的影响

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［摘要］学科竞赛是培养学生实践创新能力的重要载体，也是检验学生理论学习成果的实践平台，对于化工专业人才的培养有着重要的促进作用。通过探讨学科竞赛对学生综合素质提高的重要作用，以及在专业教学条件改善、专业教学改革、教师教学能力提升和校企合作交流等方面的促进作用，以化工原理和化工实验竞赛为契机，积极推动化工专业教学改革探索，构建完备的实践教学体系，创新校企合作模式，为学生工程实践能力的锻炼提供有力的保障。

［关键词］学科竞赛；化学工程与工艺专业；实践教学体系；校企合作

一、引言

随着“一带一路”建设和国际交流合作的进一步深化，对优秀工程技术人才的需求也越来越迫切。化学工程与工艺专业是化学工程、化学工艺的综合学科，肩负着培养适应当代社会发展需求的卓越化工工程师的责任和使命。如何培养适应新工科建设发展需要的优秀化工类人才，已成为摆在我们面前十分重要而艰巨的任务。作为化工类及其相近专业的一门重要的基础技术课程的“化工原理”，其理论及实验教与学的效果，在培养学生综合素质的过程中有其特殊的地位和作用，起着承前启后、由理及工的桥梁作用[1-3]。为提高本科化工类专业核心课程的教学质量，激发学生学习实验理论和技术的兴趣，启迪学生的创新意识，培养学生的实践能力，提高学生的综合素质，促进化工专业教学改革，推进化工人才培养，从2017年起由教育部高等学校化工类专业教学指导委员会和中国化工教育协会联合主办了全国大学生化工原理及化工实验大赛，至今已举办三届。我校积极组队参加，取得了优异的成绩，充分展现了我校新工科人才培养的质量。结合工程教育专业认证要求和新工科建设需要，我校以化工原理及化工实验竞赛为载体，积极查漏补缺，及时发现在专业教学和专业建设中存在的问题，强化专业教学改革，持续不断进行专业软硬件条件建设，构筑完备的实践教学体系，强化学生工程实践训练，创新校企合作新模式，不断提高化工类专业人才培养的质量。

二、学科竞赛促进学生综合素质的提高

化工原理及化工实验竞赛包括化工原理理论考试、化工单元仿真操作和分析、化工原理实验操作三部分内容。其中化工原理理论考试涉及流体流动与输送、传热及设备、吸收、蒸馏、干燥等内容，全面考查了学生对“化工原理”这门专业基础课程的掌握程度。不仅要求学生对基本概念和理论有充分的理解和掌握，更注重考查学生利用所学理论灵活解决实际问题的能力，尤其是能从工程观点出发去分析、解决实际工程技术问题的能力。例如，冬天里，导热系数小的穿里边还是导热系数大的穿里边更保暖？考生如果严格利用所学理论进行推导的话，会浪费大量的时间，如果学生结合生活常识便可以轻松解答，这就要求学生必须具备灵活运用所学理论知识的能力。在化工单元仿真操作环节，考生在模拟实际化工生产过程中，需要独立完成化工单元的冷态开车、正常生产运行、正常停车、常见事故处理等任务。这就要求学生对化工生产过程有系统全面的认识和了解，能科学地分析实际生产中的工程问题，并能采取合理的方法解决遇到的问题，是对学生知识综合运用能力的一大考验。竞赛的实验操作部分主要考查学生的动手能力和创新意识，要求4个小时内完成实验操作过程、数据收集处理和实验报告的撰写。虽然实验项目平时都有训练，但由于每个学校实验设备差异很大，第一次面对陌生的仪器设备，既要求学生有良好的心理素质，又是对大家理论知识应用、动手能力的综合考查。而且实验过程中会出现各种意想不到的情况，要求学生必须沉着冷静，能结合所学知识分析出现问题的原因，并及时做出调整，也是对学生临场应变能力和创新能力的一次锻炼。同时学生在参赛的准备阶段，要主动查阅收集文献资料、对所学知识进行归纳总结，自学各种专业应用软件，不仅在知识和眼界上有所提升，在人际交流和沟通等方面也有了很大的改变。化工原理及化工实验竞赛不仅提高了参赛学生综合运用化工专业知识分析、解决实际工程问题的能力，也锻炼了学生的动手能力、人际沟通能力、文字撰写和语言表达能力等。通过竞赛的历练，学生在知识、身体、心理等方面的综合素质和创新意识都有了明显提升，历届参加竞赛的8位同学先后有7人考取了硕士研究生，而且大部分被“双一流”高校录取，显示出了较高的综合能力。同时通过每年参加竞赛选手的选拔，在学生中营造了良好的专业理论和实验学习的氛围，学生对专业课程尤其是“化工原理”及“化工实验”课程学习的兴趣明显提升，考研的积极性逐年增加，考研通过率也有了明显提高，2020年化工专业考研录取率接近60%。学生以扎实的专业基础和良好的实践动手能力，得到了兄弟院校和相关企业的一致认可。

三、学科竞赛促进学生团队协作意识的提升

化工原理及化工实验竞赛以团队形式参赛，每校限派一个团队参赛，每队限3名参赛队员。虽然理论考试和化工单元仿真操作部分队员是单独进行的，但要求每位队员都要有良好的发挥，否则就有可能止步于最后的决赛。每位参赛队员都会意识到自己在整个团队中的重要作用，在平时的复习准备阶段，队员之间经常互相交流，发现新的解题方法大家会互相分享。虽然有时也会因某个问题观点不同发生争执，但总能互相理解，最后达成一致意见。高强度的训练过程中，偶尔个别队员也会灰心懈怠，这时候队员之间的鼓励就显得尤为重要，大家会互相鼓劲、共同努力。竞赛的实验操作部分要求3位同学共同完成，这就要求队员之间必须互相信任、默契配合。大家根据各自的优势明确分工，动手能力强的同学主要负责操作，心细的同学主要负责现象观察和记录，字体较好、计算能力强的同学主要负责数据处理和报告撰写。整个实验过程大家互相协作，有条不紊，才能保证实验顺利完成。同时遇到突发情况时，队员之间还要沉着冷静，敢于担当，知难而上，而不是互相抱怨，自乱阵脚。整个竞赛过程，也是对队员默契程度的重要考验，使大家充分认识到团队协作的重要性。特别是对化工专业这类工程性比较强的专业，团队的作用尤为突出，这也是当前工程教育专业认证对毕业学生的基本要求之一。

四、学科竞赛促进教师教学能力的提升

高校教师大多毕业后直接进入工作岗位，平时又忙于日常的教学活动和科研工作，工厂实践锻炼的机会较少，缺乏工程实践经验。教师在教学过程中单纯地进行理论讲解很难调动学生学习的积极性。通过竞赛的指导过程，教师能够充分认识到自己专业知识的薄弱环节，同时也能充分意识到全面开展教学改革的必要性和紧迫性，在竞赛过程中主动向兄弟院校学习先进的教学经验，不断钻研专业知识，主动参与到校企合作当中，实践经验也得到了不断的提升和积累。虚拟仿真操作作为新生事物，教师接触较少，我院的虚拟仿真教学平台刚刚建成，教师对各个操作的流程掌握也不够熟练，往往是指导老师边学边指导学生，教学效果有待进一步提高。学院鼓励教师参加各种技能竞赛，还不定期组织企业工程师或经验丰富的教师进行师资培训，特别是学习一些化工常用软件和仿真操作，稳步提升教师队伍的教学能力。此外，借助对学生竞赛的指导，也能发现学生在知识学习和分析、解决问题方面存在的问题和不足，并及时调整教学内容和方法。比如在单元操作学习过程中，由于学生之前未接触过实际生产过程，教师的板书加PPT的教学手段很难使学生获得对单元操作设备结构的结构和操作过程的直观认识。教师可以结合实际案例，充分利用虚拟仿真教学和实验室实物讲解等手段，把复杂的设备构造直观形象地展现在学生面前，加深学生的印象。同时，通过专题讨论、小组合作等方式激发学生主动学习的积极性和创造性，变被动的课堂听讲为学生的主动参与，使学生真正成为课堂教学的主体。

五、学科竞赛促进专业软硬件条件的改善

实践教学是工程类人才培养的重要环节，对学生创新意识和动手实践能力的培养具有十分重要的作用[4，5]。实验室设备条件是化工实验教学的基础，是决定学生实践培养效果的关键。以参加化工实验竞赛和工程教育专业认证为契机，学院对化工原理实验设备进行了更新换代，淘汰了一批陈旧落后的实验设备，增加了一批满足当前实验教学要求和竞赛需求的实验设备，新购置了传热、吸收解吸、精馏实验设备，增加了流线（轨线）实验装置、板式塔流体力学性能实验装置，设备的台套数和先进性都有了较大改善。化工实验的实践性、综合型较强，与基础实验差别较大，学生平时也鲜有机会接触化工设备。如果直接让学生进入实验室进行实验操作，学生由于缺乏对设备的了解，往往很难达到理想的实验效果。多数同学只是根据教师的指导完成实验操作和数据记录，对工作原理往往是一知半见，更不会去分析和解决操作过程中遇到的问题。为有效解决这一问题，学院投入大量资金建成了化工过程虚拟仿真实训实验室。虚拟仿真实训平台内容丰富，涵盖了基础化学实验仿真操作、化工原理实验仿真操作、化工典型生产线虚拟仿真操作、大型仪器仿真操作等内容。虚拟仿真实训平台采用学生喜闻乐见的游戏模式进行虚拟仿真实验练习，大大调动了学生学习的兴趣，而且虚拟仿真练习可以实现远程电脑端操作，使学生的学习更加灵活方便。实验前学生先进行模拟仿真实验操作练习，对实验过程有了全面的了解后再进行真实实验操作，实验效果有了明显的提升。同时学院又建设了化工过程实验室，将工厂常见的生产设备和典型生产过程搬入实验室，让学生有更多机会模拟实际生产操作过程，有效解决了当前实习难、实习效果差的问题。经过持续不断地投入建设，目前学院已经形成了基础实验、专业实验、虚拟仿真实验、化工过程实训、认识见习和生产实习等相结合的完备的实践教学体系，为学生工程实践能力的训练提供了有力的保障。

六、学科竞赛促进专业教学改革研究

竞赛涉及内容广泛，不仅要求学生具备扎实的专业知识，更注重学生对知识的灵活应用，对于学生的动手能力提出了极高的要求，这也是当前工程教育认证的基本要求之一。有效的工程设计和实践训练是提高学生创新意识和实践能力的重要保障，因此，在新的培养方案的修订过程中，在保证基础课程理论课时的基础上，增加了工程性比较强的课程的课外实践环节，如在“工程制图与CAD”课程学习过程中，增加实际工程案例的设计环节，强化学生对专业软件的应用能力和利用所学知识解决工程实际问题的能力。在“化工原理”课程的学习过程中，增加实验室参观、模拟演示和工厂认识见习环节，将理论与实践有机结合。同时增设“化工过程虚拟仿真实验”和“化工过程实训”课程，强化学生的工程实践训练。借助于竞赛还能够找出传统教学方式当中存在的弊端与不足，为今后的教学发展与改革提供更加明确的方向。传统的课堂教学以教师讲授理论为主，学生被动地学习知识，限制了学生创新能力的提高。这就使得授课教师在今后的教学过程中，要给予学生更多主动思考的机会，要充分结合生活实例，调动学生学习的积极性。比如教师在讲授过滤单元操作时，可以引入豆腐的制作过程，能够生动形象地向学生展示过滤过程中过滤压力与滤饼孔隙率的关系，既活跃了课堂的氛围，又帮助学生更好地理解了所学的知识。此外，在教学课程的安排中要适当加大化工单元仿真操作的课时，让学生不止局限于书本上的理论知识，更重要的是形成初步的“工程”理念，通过进行工程知识熏陶，培养学生的工程实践和工程设计能力。同时，通过竞赛发现学生对化工软件如origin、AutoCAD等应用能力较差，对于这种现象，我们可以采取专业选修课的形式在网络教学平台上开设化工专业绘图软件课程，既不会增加课时负担，又方便学生自主学习。

七、学科竞赛促进校企合作

要想培养学生的实际动手能力，企业见习是必不可少的环节。通过将学校教授的理论知识与企业生产实际相结合，培养学生解决实际问题的 能力。然而在现阶段，校企合作并没有发挥出有效的作用。由于企业受场地及安全方面的因素影响，接受学生见习的积极性不高。即使勉强接受，也只是让学生通过观察进行学习，很少有学生能够直接上手进行设备的操作[2]。而学科竞赛又对学生动手能力有非常高的要求，如何有效调动企业的积极性，解决实习难的困境，是当前亟待解决的问题。学院主动加大与企业特别是校友企业的合作力度，不断创新校企合作新模式，给学生提供更多的实践锻炼机会。邀请企业技术人员参与培养方案的修订，充分考虑企业的用人需求，强调学生综合素质培养的同时注重学生解决实际问题的能力提升，优化了课程设置方案，进一步满足了当前社会发展对化工类专业人才培养的要求。通过设立化工过程虚拟仿真实验和化工过程实训课程，实现当前典型的化工设备和化工生产过程的校内练习。尝试建立企业导师制度，学院聘请阅历丰富的企业工程师作为学生的校外导师，通过微信群等与学生进行适时的沟通交流。企业导师可以将企业一些小的攻关课题在群里，学生可以自主提出解决方案并与企业导师进行讨论，真正实现理论学习与实践应用的无缝结合，让学生有机会真实参与企业生产环节。同时，通过与海客迈斯生物科技（上海）有限公司和河南甾体生物科技有限公司建立校内校企研发实验室、大学生创新创业孵化基地等形式加强校企合作交流，以保障学生有充足的工程实践和创新创业能力锻炼的机会，同时也实现了校企双赢。

八、结语

工程教育专业认证和新工科建设，对以化工原理及实验为代表的化工类专业核心课程教学提出了更高的要求，有效的工程实践训练也是提高学生动手能力和创新意识的关键。通过竞赛锻炼，进一步激发学生专业学习的兴趣，通过与兄弟院校的沟通和交流，及时查漏补缺，改变教育教学方式，提高课堂教学效果。以化工原理和化工实验竞赛为契机，积极推动化工专业教学改革探索，构建完备的实践教学体系，创新校企合作模式，为学生工程实践能力的锻炼提供有力的保障。

参考文献

［1］刘辉,曹占芳,钟宏,等.以学科竞赛为载体的化工原理实验教学改革与实践［J］.化工高等教育,2020(1):123-127.

［2］王堃,蒋建新,宋国勇,等.以“化工原理”课程竞赛促进学生创新能力培养［J］.中国林业教育,2018(4):64-66.

［3］张莉梅,秦莉晓,谭芸妃,等.化工原理及实验课程教学体系的改革与探索［J］.教育教学论坛,2020(29):373-375.

［4］张进,李松霞,张春梅,等.以学科竞赛为引导的材料专业实验教学模式的探索与实践［J］.科教导刊,2019(23):69-70.

［5］孙远韬，张氢，朱玉田.面向工程教育认证的以学科竞赛为载体的高校创新型人才培养研究［J］.高教学刊,2020(21):29+3.

作者：王红军 高爱萍 李铁岩 单位：信阳师范学院