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在人才培养中，遵循工程“实践、集成与创新”的特征，将工程设计贯穿整个大学四年，其内容包括：产品设计、工艺设计、单元设计、设备设计、工厂设计，即要实现从分子到产品，从烧杯到工厂的整个过程。其中产品设计是工程设计的源头，处于产品链的顶端；工艺设计是工程设计的灵魂，是产品竞争力的源泉；单元设计、设备设计是工程设计的基石，是生产实现的重要保障；工厂设计是工程设计的最终体现，是所有设计的系统集成。
2构建完善的工程设计课程体系
以强化学生的工程设计能力、实践能力与创新能力为核心，重新修订教学大纲，整合相关课程，对应工程设计内容体系，构建完善的工程设计课程体系。大一为工程设计启蒙阶段，以激发兴趣为主，课程为生物工程(化学工程)概论；大二为单元设计和工程设计技能培训阶段，包含：化工原理、化工热力学、化工制图、化工仪表自动化；大三为产品设计、工艺设计和设备设计阶段，包含：生物工程(化学工程)设备、分离工程、化工设计与模拟、工艺学课程(化工工艺学、发酵工程、制药工艺学、酿酒工艺学等);大四为工厂设计和综合实训阶段，主要进行生物工程(化学工程)工厂设计和毕业设计。为适应行业的需求和时展，在各课程教学中突出工程思维和工程方法学的同时，着力介绍行业规范、标准以及新产品、新工艺、新技术、新设备，并将计算机辅助制图、计算机仿真模拟、计算机辅助设计作为主要技能进行培养。
3构建完整的工程设计实践环节
工程设计是面向对象的综合性实践活动，只有突出实践环节才能让学生锻炼能力、积累经验、有所感悟。整个工程实践环节包括化工AutoCAD制图、化工原理课程设计、化工设计Aspen仿真模拟、生物工程(制药工程)创新综合性大实验、湖北省化工设计大赛、全国“三井杯”化工设计大赛、全国大学生制药工程设计竞赛、生产实习、工厂设计项目、毕业设计。工程设计以校企组合的校内生产性实训基地(如尿素仿真实训平台、啤酒发酵实训基地、药物制剂实训平台)和校外企业实习基地(如安琪酵母生物工程专业部级工程实践教育中心)为依托，注重选题的针对性(面向地方企业)、设计的规范性(符合行业标准)、操作的可行性(绿色、经济与安全)，并将化工设计竞赛、制药工程设计竞赛融入人才培养的教学体系中，大力提高实践教学环节的实效性。
4构建合适的工程设计评价体系和管理模式
工程设计的系统性、协作性较强，因此在工厂设计和毕业设计中采用小组制、导师制、课题制进行管理、操作和评价，以培养学生的团队合作精神，即每小组5～7名学生和1～2名指导老师，每个学生完成每组设计项目下的一项子课题，最后采用学生答辩与互评、教师评价、企业专家点评等构成综合评价体系。另外，建立健全激励约束机制，考虑给予竞赛获奖和设计达优秀等级的学生相应的创新实践学分，代替相关选修课的学分，以此激发更多的学生参与工程设计的学习。
5结语
面向生物与化学工程产业人才的工程设计能力培养，是以“工程设计”为突破口，以“产品设计、工艺设计、单元设计、设备设计、工厂设计”为主线，以工厂设计、专业设计大赛、实习实训和毕业设计为主要训练平台，重点提升学生综合工程应用能力。通过“工程设计”为核心的工程教育培养模式的改革，学生参与设计类课题的积极性大为提高，工程素质明显提升，参加并获得湖北省化工设计大赛一等奖、全国大学生化工设计大赛一等奖、全国大学生制药工程设计竞赛二等奖，毕业设计论文近三年连续获得湖北省优秀学士论文，相关教改项目“校企一体化•四共同培养生物类应用型人才的研究与实践”获得2013年湖北省教学成果一等奖。另一方面，学生在工程设计训练中不仅掌握了各项技能，而且对行业的现状、规范、需求以及发展前景有了深入的了解，接了地气。学生进入企业后很快成为技术骨干，深受用人单位好评，学校2014年也跻身进入“全国就业50强高校”。
目前，石油工程设计课程教学中主要包括：油藏工程设计、钻井工程设计、采油工程设计和储层改造工程设计等四个专题。石油工程设计是大学生在石油工程领域的第一次“实战”演习。其中，油藏工程设计中包括：井网布置和注采井组动态分析。钻井工程设计包括：井身结构设计、钻井液设计、钻柱设计、钻井参数设计、固井设计、井控设计和钻机选择等。采油工程包括：有杆泵采油系统工程设计、连续气举设计和电潜泵采油系统设计等。储层改造工程设计包括：水力压裂和酸化设计。根据教学计划安排，石油工程设计通常用4周～6周时间，时间比较紧凑。一般要求学生在这个时段内分别进行油藏工程设计、钻井工程设计、采油工程设计和储层改造工程设计等。这四个专题的设计内容根据不同油田的生产数据、钻井数据、地质资料等进行，也即只做以一口井或一个井组为对象的单项工程设计。四个设计之间，没有共同的设计基础数据，相互之间没有必然的联系，每个设计具有相对的独立性。
二、单项工程设计教学的优点
1.成熟的教学内容降低指导难度
在石油工程设计中，各个单项设计的内容几乎没有太多的更新。以钻井工程设计部分为例，在钻井工程设计阶段，通常选用某油田的真实《钻井设计》作为主要参考资料。由于钻井工程设计内容较多，在设计的过程中，将学生分组，每小组3人，分别进行水力参数设计、固井参数设计、钻柱及下部钻具组合设计等，再将三部分内容合在一起，构成完整的钻井工程设计。在进行各部分设计的过程中，学生根据教材或专业书籍、工具手册上给出的计算方法进行计算。这个过程就是先有结果，之后要求学生根据现有专业知识进行结果复核。一般情况下，指导教师对每口井的钻井设计计算结果出现的各种问题较为了解，教学指导过程难度较小。
2.较短学时内保证各单项设计的完整性
由于石油工程设计的内容较多，而教学学时较短，为了保证学生能够得到各个单项设计过程的训练，同时也为了保证每个单项设计的相对完整性，对每个部分的设计内容都进行了适当的简化，便于学生抓住重点，训练解决问题的能力，以利于较短时间内教学工作的顺利开展。
3.模块化教学内容提高了学生的设计效率
石油工程设计在分成四个单项进行教学时，每个部分的教学内容都比较集中，都有相对独立性。指导教师根据设计内容详细讲解，使学生能够明确主要的设计思路和设计方法，并进行初步模仿和试做。学生在进行各部分设计时，根据事先拟定的已知数据和资料，采用教材上给出的设计方法进行计算，针对具体设计内容快速完成该部分的设计，提高了学生完成各分项工程设计的效率。
三、单项工程设计教学的不足
1.单项工程设计内容更新速度慢
石油工程设计各个单项设计内容的前提条件和已知条件更新速度较慢。如，钻井工程设计部分参考的原始设计还有20年前的，这与当前的钻井技术发展速度不匹配。很多陈旧的设计方法和理念还没有得到及时的改进，很多新的技术方法没有充分考虑和融入，甚至有些设备工具早已淘汰，但却在目前的设计中出现。这对实践类教学是不利的。
2.各单项工程设计之间联系不够紧密
学生在进行工程设计时，各个专题的训练几乎是孤立的，没有共同的数据基础，相互之间缺少必要的联系。一名合格的石油工程师必须具有全局意识，因此，只有将各个专题通盘考虑，设计出的内容才能真正服务于实际生产，才能与目前提倡的“卓越工程”素质培养相符。目前，从各单项各自的训练内容上看，确实能够使学生在各单项上得到好的锻炼。但是在进行各单项设计时，学生却不能从油田开发过程的全局出发。学生在设计过程中很少加入个人观点，也会相应的缺少全局意识和观念。因此，在工程设计训练中，应增强工程设计综合训练力度，使学生通过查阅文献或资料，理顺各个专题设计中的前后逻辑关系和衔接次序，优化以培养具有“综合业务素质”工程师为特色的教学内容。近几年，学校参加全国石油工程设计竞赛的作品数量较少，设计质量不高。究其原因，不是学生不优秀，而是缺乏必要的指导。学生不知如何从全局考虑，做一个上、中、下游一体化的完整的石油工程设计。这也说明以往孤立式、分专题开展石油工程设计教学存在不足。
3.学生缺少获取和加工原始数据方法的训练
石油工程设计各个专项设计内容的已知参数和设计要求基本上都已给出，缺少训练学生如何获取和加工原始数据的思路和方法。经常出现学生采用教材的计算方法计算出来的结果与已知数据相差很大，使学生产生困惑和不解。这其中一个重要原因是，学生对现场的实际地质情况和工程施工情况缺少了解。如果能够训练学生从某一油田开发初期的原始资料开始进行编辑整理，并作为学生将要进行石油工程设计的原始参考资料，依次进行油藏工程、钻井工程、采油工程和储层改造工程等四个专题模块的设计，学生既学会了解决问题的方法，又学会了发现问题、分析问题的方法，从而培养学生综合考虑问题，从全局出发进行石油工程设计。
4.学生团队协作能力未能得到充分训练
在进行石油工程设计时，为了让每名学生在短时间内完成全部的工作，只能降低设计难度，减少发现问题和分析问题的环节，更多地强调解决问题的最后一个环节。而发现和分析问题的环节往往是更难的，是更需要训练的，同时也需要更多的时间和更多的人在一起进行分析和讨论。因此，在进行石油工程设计实践教学的训练过程中，其组织形式也应模仿现场工程师的工作方式——团队协作。这样做，可以使学生体验到石油工程设计的真实性，还可以使学生在团队协作的工作方式中学会与他人相处，体验在团队协作中自己应承担的责任和义务，增强学生的责任感和大局观念。学生毕业工作后，能感受到在学校所进行的石油工程设计具有很强的实用性。
四、单项工程设计教学的改革方案
1.强化小组讨论机制
在石油工程设计教学过程中，要求学生以团队协作方式进行四个专题的综合训练。在四个专题设计之初，要求小组成员必须针对各自的专题设计要求提出问题，小组内部进行讨论和研究，撰写公共部分内容，形成小组讨论机制。这样做的目的就是要求小组内各成员能够相互配合，团结协作。虽然小组内各成员主要负责其中一个专题的设计工作，但是每名成员必须根据自己对基础数据的理解和四个专题的共同需求，提炼出共同使用的公共数据资料，从而训练学生的工程意识和全局意识。
2.延长教学时间
单项工程设计实践教学环节与学生毕业后从事的工作内容息息相关。在大四阶段，强化和细化这些实践性较强的教学内容越来越有必要。因此，适当延长单项工程设计的教学时间也是非常必要的。目前，本校以往安排在大四阶段的专业课程多数都提前到大三阶段，目的是给考研的学生腾出更多的时间来专心备考。这样一来，大四阶段的教学时间较为充裕，使延长单项工程设计的教学时间成为可能。
3.工程设计代替毕业设计
石油工程设计教学能够使学生全面掌握石油工程设计的原理、方法、步骤和过程，提高石油工程专业学生的工程意识和工程实践能力，培养符合市场需求的具有“卓越工程师”素质的专业技术人才。目前，大学生在大四阶段基本上都要进行毕业设计或毕业论文的训练，而这项训练专题性强，涉及知识范围较窄，一般情况下很难保证学生能将自己之前所学的知识全面系统地利用起来。近年来，大学生在做毕业设计或毕业论文的过程中表现出的效率不高、质量下降的情况越来突出。因此，可以尝试将石油工程单项工程设计和毕业设计合并，甚至以工程设计代替毕业设计，让学生有充足的时间完成完整的和系统的石油工程设计训练过程，其教学效果会更好。
研究性教学的核心思想是构建以研究为基础的本科教学体系。从教学目标上看，研究性教学应当以培养科学思维、提高学生的各种能力为目的。通过研究性学习，学生要掌握进行科学研究的方法和技能；增强发现问题、分析问题与解决问题的能力，并强化协作观念，提高交流合作能力。从教学过程上看，研究性教学强调有效地引导学生主动探究、培养学生实践能力和创新精神的教学方式。研究性教学强调教师创造有利于创新思维的学习环境，引导学生进行研究性学习，激活学生自主学习和探究的动机，达到培养学生科研与创新能力的目的。要指出的是，研究性教学不是压缩课时，也不是重科研轻教学。研究性教学强调以探索和研究为基础的教学，坚持教学与科研相结合，在教学中体现科研，以科研促进教学，两者实现有机结合。
二、研究性教学的意义
金融工程专业学科采用研究性教学对于学生掌握知识、发展能力，对于促进教师教学工作、提高教学质量都具有重要作用和意义：1.有利于学生掌握专业知识。从学科性质上讲，金融工程专业课程具有几个主要特点：与经济学相关的课程知识含量丰富；理论性与业务性都很强，在理论指导下注重实际体验；研究范围较广、交叉学科多；与国家政策措施联系紧密等。课程的应用性特点决定了研究性教学的必要性。2.有利于提高学生的学习和科研能力。金融学课程的学习主要是围绕解决问题而展开的，要求学生从社会实际生活中发现和提出各类现实问题，并通过主动探究去解决问题。这种学习方式注重让学生在收集资料、分析问题、思考问题、解决问题的基础上，使学生能够对其所学的知识有所启发，进而思考如何运用所学知识，甚至由此发现新的知识，提出自己的观点。通过对真实问题的学习，有助于提高学生发现问题与解决问题的能力，培养学生的创新思维和创造能力。3.有利于培养学生的合作能力。研究性教学主张全体学生的积极参与，学生根据自身的能力基础和个人特点，制订恰当的研究计划，进行具体分工，共同实现研究目标。通过协作学习与研究，学生可以取长补短，学会分享与交流研究成果，并使自己的合作意识与能力得到提高。4.有利于培养学生的科学精神，增强社会责任感。融资、投资是金融学关注的基本问题，而金融问题更多地与中国的金融体制改革以及经济发展有着十分密切的关系。开展研究性教学，不仅有利于学生了解和体验金融学学习和研究的基本方法，而且能够增强学生对社会的了解与关注，培养学生理论联系实际、实事求是的科学精神，在寻求解决问题的过程中逐步形成一切从实际出发的科学态度和社会责任感。5.有利于教师同时提高教学水平和科研能力，实现科研与教学有机结合。研究性教学需要教师研究学科发展和课程体系、研究教学方法和授课艺术、研究授课对象，在此基础上进行教学改革，构建新的教学模式、进行科学的课程建设、教材建设以及教学方案和方法的设计。同时，实施研究性教学教师自己必须有研究，形成自己的观点，才能引导学生去思考问题，这有利于提高教师的科研能力。
三、研究性教学设计与教学实践
金融工程专业研究性教学应当根据专业课程特点，结合各种现实因素，整合出有效的研究性教学模式，设计教学过程和具体教学环节。
（一）划分知识单元，明确教学主题
根据专业课程的性质、特点和内容结构，划分知识单元，并根据教学进度，明确各阶段的研究性教学主题。教学主题的选择应当符合科学合理的原则，具体体现在：（1）在满足教学要求、与教材理论保持联系的基础上，选题应当贴近学生的生活实际。金融学中涉及一些枯燥的理论知识，学生的主动性和创造性容易受到压抑。生活化的教学主题容易调动学生的积极性，激发学生的学习热情。比如讲投资组合理论时，可确定研究主题为投资收益与风险的讨论；讨论金→←融市场时，可以将教学主题明确为金融业务的仿真交易实验。（2）选题要注重教学与科研相结合，富于探究空间，同时还要与学生的学习基础和学习能力相一致。（3）选题应提高学生的社会责任感。比如，在讲述金融市场监管时可以引导学生认识现实中存在的问题并展开讨论；在学习货币政策时，可以与现实中的通货膨胀等问题紧密结合起来。（4）在把握选题原则的前提下可以由学生自主设计研究目标与课题，增强学生主动学习的意识，使学生有发现和体验、创造的自由空间。
（二）教学形式与学习方式的选择
研究性教学有专题讨论、案例教学、实践教学等不同的教学形式，在实践中应当结合教学内容分析各种形式的优缺点与适用性，选择合理的教学形式。对于一些在知识框架中相对独立的重点内容，比如金融市场结构、投资组合分析等内容可以采取专题讨论的形式，鼓励学生进行合作性探讨，培养他们的科研素养和集体合作精神，提高学生的口头表达能力与应变能力。对于一些现实性较强，社会关注度较高的主题，比如金融市场的作用、运作机制、融资方法、金融发展程度的差异化、货币政策以及金融监管等问题，可采用案例分析的形式。案例分析的教学形式一方面可以加强学生搜集与整理信息的能力，另一方面能够培养学生应用知识分析解决问题的能力，而且有利于学生建立科学思维，增加社会忧患意识，形成正确的价值观。对于一些操作性与实验性强的主题可以采用实践教学的形式。比如仿真交易实验可以让学生利用模拟交易系统了解股票、外汇等市场的运作，或结合虚拟资金交易竞赛的方式帮助学生深入理解与掌握交易实务中所涉及的基本概念与常用词汇，把握交易的基本特点与交易常识，使学生对市场有初步的认识。研究性教学的学习方式可以采用学习小组的形式，比如固定合作学习小组或非正式合作学习小组。固定合作学习小组是教师在开始专业学习之前根据学生的特点决定学生的分组，保证每组由不同学习水平的成员组成；非正式合作学习小组是在教学过程中随机组合，给学生创造一个研究性学习的机会。两种合作型学习方式各有适用性，教师要根据教学主题所确定的教学形式，在分析两种学习小组安排方式优缺点与适用性的基础上，选择既能满足学生需求，又能实现教学目标并能充分评价学生学习过程与成果的安排方式。
（三）教学环节与教学实践
1.布置任务，明确要求，适当引导。教师应当对研究主题的背景知识作必要介绍，并要求学生必须认真阅读一定数量的相关文献、有关评论文章或搜集相关资料，不能简单地拼凑他人材料，不要轻易否定别人的研究成果，也不要持偏激观点，而应当调查或深入研究，通过补充、深化形成自己的观点或看法。教师在这一阶段适当引导和帮助他们广泛查阅和收集资料，培养学生信息搜集处理以及文献研究的能力。
2.展开教学活动。教学形式和学习方式有多种，无论采取哪一种，教师角色的定位与转换都非常重要。研究性教学强调学生的主体地位，学生是知识的探索者，而教师是学习活动的引导者和组织者。无论是实践教学还是专题讨论、案例教学都要求学生积极参与，勤于动手，相对而言，对于专题讨论或案例教学的教学方式，教师更应当从保证教学质量、控制讨论主题、正确引导学生、鼓励学生的创造性思维的角度重点把握好以下方面的问题：（1）要善于组织学生开展合作学习，强调学生的高度参与。学生是研究性教学的主体，教师要多为学生创造学习机会，倡导学生主动参与，培养学生团结合作的精神。教师要营造良好的课堂讨论气氛，和学生形成一种良性的互动关系，积极引导学生进行讨论，结合分组讨论、角色模拟等形式调动学生参与和探究的积极性。（2）应给学生自由发挥的空间，允许学生发表不同的意见和看法，不要轻易就某一问题下结论。开放式的讨论可以培养学生善于思考、大胆质疑的思维品质，激活学生自主学习和探究的动机，提高学生的创造性思维和开放性思维。比如，在讲述中国货币政策的实践时，在讨论中，学生有时会有一些片面的认识，提出“中国的紧缩货币政策对于抑制通货膨胀达不到预期效果”、“中国货币政策的目标不明确”、“货币政策没有起到很好的效果”等观点。对于学生的这些观点，教师不应一味地否定，而是应当对学生的资料搜集和学习过程予以肯定，同时引导要求学生联系货币政策的作用与目标来理解中国货币政策的实施与调整过程。在课堂上，教师应当肯定学生好的思路和独到的见解，注重学生个性的发展和潜能的发挥，而对于学生一些不成熟的观点，应当考虑学生思维能力的发展规律与差异，给予鼓励和正确引导。（3）应当充分发挥好主导和主控作用。首先，教师应当从创设问题情境出发，通过各种巧妙的提问激发学生的兴趣和探究激情。所提问题要围绕教学内容，做到少而精。问题过于宽泛则讨论散乱，不利于教师对课堂教学的控制，也不利于学生对教学重点和难点知识的掌握。考虑到不同学生理解和接受能力不同，提问还要有层次性，由易到难，逐渐深入。例如，在讨论中国人民币是应该升值还是贬值的问题上，教师在讨论的不同阶段可以通过设置一系列的提问来引导学生：人民币升值或贬值对于我们的生活有什么影响？对企业的经营有什么影响？升值与贬值对总需求的影响究竟是扩张性的还是紧缩性的？与物价水平具有怎样的关系？对中国经济结构的调整和经济增长有什么样的影响？对中国的国际收支有何影响？这样逐渐深入的提问有助于学生接受和理解汇率变动的经济影响。其次，教师应当引导学生积极参与讨论，鼓励学生对前人观点有所质疑或补充，也可以引导学生从新的视角看待问题，从而提高学生在实践中发现问题、分析问题、思考问题和解决问题的能力。第三，引导学生围绕中心问题进行讨论，力保讨论沿预期的方向进行。鼓励学生要善于表达自己的观点和意见，同时耐心地听取他人的意见。教师要及时对学生的讨论进行点评，解答学生提出的疑点问题，并对讨论中暴露出的问题及时修正。对于学生争论较大的问题，即使是一些社会敏感问题，教师也应认真分析，不能避重就轻，更不能不回答。第四，教师要把学生对具体问题的讨论引导到对一般性问题的讨论，并归纳出一般性的理论观点或结论，以提高学生分析问题和解决问题的能力。
3.学习总结。教学过程的最后环节，教师应当总结学习要点，阐明学习过程中所运用的理论知识，总结学习重点、难点和疑点。为了获得更好的教学效果，教师还应要求学生完成一份书面的分析报告或论文，通过重新审视讨论过程和解决方案，学生对于学习内容能够加深理解。教师也应当总结教学过程的成功与不足之处，以便于在以后的教学中进一步改进和完善。
4.建立研究性教学的评价体系。研究性教学重在学生学习的过程，重视知识技能的应用和思维水平的提高，着眼于学生能力的发展和综合素质的提高。与传统的普通教学不同，研究性教学的成果可能并不是可量化的评价结果，如何从教学效果评价和学生学习评价两方面构建研究性教学的评价体系，需要进一步的探索和设计。
四、小结
研究性教学的核心思想是构建以研究为基础的本科教学体系。在金融工程专业课程的教学中，教师应当根据课程特点，结合各种现实因素，整合出有效的研究性教学模式，设计科学合理的教学过程和具体教学环节。同时，研究性教学模式的构建，也需要高校在教学管理、评价机制、教师培训、制度建设与激励机制等方面建设与完善研究性教学的支撑环境，保障研究性教学的顺利推行和实施。