工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的化工原理課程體系的建設(shè)與改革

陶彩虹，劉寶勇，盛麗，雷洋，蔡潔瓊

蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，蘭州 730070

高等教育的快速發(fā)展對一個國家綜合國力的提高有很重要的作用，工程教育與產(chǎn)業(yè)發(fā)展密不可分。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，對工程技術(shù)人才的知識和技能都提出了新要求[1]。作為我國高等教育重要組成部分的工程教育，在高等教育體系中起著舉足輕重的作用，在世界上各個國家工業(yè)化的進(jìn)程中，工程教育都發(fā)揮了不可替代的作用。新工業(yè)革命時代，科技和工業(yè)發(fā)展的特征是“快速變化”和“加速變化”，要求工程科技人才也要適應(yīng)快速發(fā)展。高等教育中的傳統(tǒng)培養(yǎng)模式、課程體系和課程內(nèi)容等需要進(jìn)行改革和創(chuàng)新。工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[2]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評價(jià)。工程教育專業(yè)認(rèn)證要求專業(yè)課程體系設(shè)置、師資隊(duì)伍配備、辦學(xué)條件配置等都圍繞學(xué)生畢業(yè)能力達(dá)成這一核心任務(wù)展開，并強(qiáng)調(diào)建立專業(yè)持續(xù)改進(jìn)機(jī)制和文化以保證專業(yè)教育質(zhì)量和專業(yè)教育活力[3]。

化工類專業(yè)是通用型過程工程專業(yè)，也是與高新科技密切相關(guān)的工科專業(yè)。科技發(fā)展日新月異，人們對化工產(chǎn)品的需求日漸多元化，所以化工過程的復(fù)雜性、多樣性趨勢日趨明顯，這對化工類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)提出了更高的要求。學(xué)生應(yīng)具備較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力和一定的創(chuàng)新能力，尤其是要具備解決復(fù)雜工程問題的能力。傳統(tǒng)的教學(xué)模式一般是以教師為中心，教學(xué)方法和方式相對比較單一，教學(xué)資源的配置不夠完善和合理，對于學(xué)生上述能力的培養(yǎng)造成了一定的困難，學(xué)生的能力達(dá)成度普遍較低[4]，教學(xué)模式的改革迫在眉睫?；ぴ碚n程體系是化工類及相關(guān)專業(yè)的核心課程，有著較強(qiáng)的理論與綜合性，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，在理論與實(shí)踐的教學(xué)過程中也要順應(yīng)工程教育專業(yè)認(rèn)證和新工科建設(shè)的需要進(jìn)行適時改變。要求學(xué)生不僅掌握課程的基本理論，具有一定的運(yùn)用原理解決實(shí)際工程中復(fù)雜問題的能力，同時還要具有良好的人文素養(yǎng)、高尚的道德情操[5]。我?；瘜W(xué)工程與工藝、生物工程和過程裝備與控制等專業(yè)都要在2020年前后申請進(jìn)行認(rèn)證，在認(rèn)證前需對每個專業(yè)的培養(yǎng)方案和各個課程的教學(xué)大綱等進(jìn)行修訂，并對各門課程的教學(xué)質(zhì)量提出新的要求。以此為契機(jī)，我們對化工原理課程體系進(jìn)行了相應(yīng)的改革。工程教育認(rèn)證的三點(diǎn)理論分別是本科學(xué)生作為認(rèn)證的中心、學(xué)生的就業(yè)和出路作為認(rèn)證的引導(dǎo)、找到問題并解決問題作為認(rèn)證的改進(jìn)[6]。化工原理課程體系包括化工原理理論教學(xué)、化工原理實(shí)驗(yàn)和化工原理課程設(shè)計(jì)三個方面的課程，三個方面的課程都要從以教師為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式向以學(xué)生為主的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變。而這三類課程分別是理論課程、實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)踐課程，教學(xué)過程和教學(xué)方法都不同，本文將分別探討工程教育認(rèn)證和新工科建設(shè)背景下對這三門課程的課程改革方法。

1 對標(biāo)畢業(yè)要求，提高化工原理理論教學(xué)水平

化工原理理論教學(xué)是后期進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，所以理論教學(xué)尤為重要?；ぴ碚n程內(nèi)容的研究對象其實(shí)就是實(shí)際化學(xué)工程中的問題，只不過是將某些化工過程中的實(shí)際問題在做了一些合理的模型簡化后進(jìn)行基本原理的探討和相關(guān)計(jì)算的研究，然后可以直接應(yīng)用研究結(jié)論對實(shí)際工程問題進(jìn)行分析描述。這種方法是基礎(chǔ)理論課程中常用的方法，對于培養(yǎng)學(xué)生由科學(xué)到技術(shù)、由理到工的基本能力和工程問題的基本分析能力起到尤為重要的作用[7]。理論教學(xué)過程中要順應(yīng)新工科發(fā)展的需要進(jìn)行適時改變，知識結(jié)構(gòu)需要不斷調(diào)整，理論知識需要不斷更新，緊跟時代步伐?？傮w來講，要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和方法等多方面入手，向以學(xué)生為中心、強(qiáng)化工程觀點(diǎn)，產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)轉(zhuǎn)變。

1.1 對標(biāo)畢業(yè)要求，強(qiáng)化課程教學(xué)目標(biāo)

我校以區(qū)域性高水平一流工科為發(fā)展定位，培養(yǎng)服務(wù)地方能力突出的應(yīng)用型高級專門人才。課程要求學(xué)生具備扎實(shí)的理論知識和解決工程問題的能力和素養(yǎng)，要求達(dá)到準(zhǔn)確理解動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的基本原理，會運(yùn)用基本原理進(jìn)行相關(guān)單元操作的設(shè)計(jì)類型和操作類型計(jì)算的知識目標(biāo)；正確評價(jià)影響單元操作的關(guān)鍵因素，準(zhǔn)確分析其對單元操作產(chǎn)生的影響，掌握調(diào)控關(guān)鍵因素的方法；具有典型設(shè)備選型的能力目標(biāo)和在新工科建設(shè)背景下，掌握每個單元操作的最新發(fā)展趨勢，具有良好的協(xié)調(diào)合作溝通能力，具備工藝工程師、設(shè)備工程師和生產(chǎn)工程師職業(yè)素質(zhì)的素質(zhì)目標(biāo)。

每個專業(yè)的畢業(yè)要求需要支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成，需要明確畢業(yè)生應(yīng)掌握的知識、應(yīng)具備的能力和應(yīng)養(yǎng)成的素質(zhì)。我院每個專業(yè)的畢業(yè)要求在不斷完善的過程中與專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的12項(xiàng)畢業(yè)要求達(dá)到了良好的對應(yīng)與覆蓋關(guān)系，用來支撐培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。每個畢業(yè)要求分成若干小項(xiàng)，每個小項(xiàng)的達(dá)成都需要培養(yǎng)方案中的相關(guān)課程來支撐，根據(jù)每門課程對該畢業(yè)要求的達(dá)成支撐作用的相對大小制定支撐權(quán)重系數(shù)。然后，根據(jù)每門課程在支撐畢業(yè)要求的過程中起到的作用制定課程教學(xué)目標(biāo)，以過程裝備與控制工程專業(yè)的化工原理B課程為例，在教學(xué)大綱中課程目標(biāo)制定如表1所示。課程結(jié)束后，根據(jù)每個課程目標(biāo)的達(dá)成情況來評價(jià)本門課程對畢業(yè)要求中的若干項(xiàng)的達(dá)成度。

表1 課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

1.2 教學(xué)方法改革

化工原理課程具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐性，著重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。要求學(xué)生能夠靈活地將理論與實(shí)踐相結(jié)合，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。所以，這門課程學(xué)起來難度較大，部分學(xué)生對課程有畏懼心理。再者，學(xué)生在接觸這門課時往往是初涉工程領(lǐng)域，缺乏理論聯(lián)系實(shí)際的能力，普遍學(xué)習(xí)效果較差；另一方面，隨著社會、企業(yè)對工程人才的實(shí)踐能力提出更高要求，傳統(tǒng)的教學(xué)模式和教學(xué)理念已經(jīng)無法培養(yǎng)符合新標(biāo)準(zhǔn)的工程人才，所以必須從新的教學(xué)理念出發(fā)，在教學(xué)方法和方式方面進(jìn)行比較全面的改革。在教學(xué)方法改革方面，結(jié)合“兩性一度”即高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度和工程教育認(rèn)證的三大理念(產(chǎn)出導(dǎo)向、學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn))對化工原理課程進(jìn)行建設(shè)，將知識與學(xué)生的能力培養(yǎng)緊密融合，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力。

原有的教學(xué)大綱內(nèi)容包括教學(xué)目的、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容以及講授的時數(shù)分配等，不能體現(xiàn)本課程在畢業(yè)要求達(dá)成方面起的作用和作用大小。對原有教學(xué)大綱進(jìn)行了修訂，制定明確的課程目標(biāo)，從教學(xué)內(nèi)容上體現(xiàn)其對畢業(yè)要求達(dá)成度的支撐情況，并制定一個合理的方案計(jì)算畢業(yè)要求達(dá)成度。采用逆向設(shè)計(jì)-正向?qū)嵤┑姆椒?，從制定教學(xué)目標(biāo)開始制定達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的測驗(yàn)和學(xué)習(xí)活動，最后設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動的具體內(nèi)容和策略。對于每個知識點(diǎn)來講，設(shè)計(jì)好興趣點(diǎn)的安插和疑點(diǎn)的設(shè)置，在適宜處提出問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在這整個過程中強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體。教學(xué)設(shè)計(jì)的過程是一個不斷細(xì)化、不斷改進(jìn)的漫長過程。應(yīng)及時更新課程內(nèi)容，將前沿知識引入課堂教學(xué)。教學(xué)形式上要增加學(xué)生的參與度，增加啟發(fā)式教學(xué)、互動教學(xué)、案例教學(xué)等多種形式?；ぴ淼幕纠碚撛趯?shí)際生產(chǎn)、日常生活和科學(xué)研究過程中應(yīng)用都非常廣泛。在備課過程中可以通過補(bǔ)充一些與教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系密切的案例來引導(dǎo)學(xué)生，不但可以引發(fā)興趣，還可以鍛煉學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。合理利用MOOC、學(xué)習(xí)通等信息化教學(xué)工具。

最后，強(qiáng)化整門課程的課堂思政系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，挖掘課程體系本身蘊(yùn)含的思政元素，如科學(xué)家傳記、課程發(fā)展史、單元操作發(fā)展史等，將其與課堂知識有機(jī)結(jié)合、融會貫通、相輔相成，充分發(fā)揮專業(yè)課程的“協(xié)同育人”功能。

1.3 成績評定辦法改革

合理的成績評定方法要遵循的指導(dǎo)思想是要更客觀、公正、全面地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果，要從以結(jié)果評價(jià)為主向結(jié)果過程結(jié)合轉(zhuǎn)變。一方面提高平時成績占比，考查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果的維度從單一的維度向?qū)W生的職業(yè)勝任能力、社會責(zé)任感和人文素質(zhì)等多維度延伸，不斷優(yōu)化平時成績考核方式，使之更客觀、合理，應(yīng)用信息化手段使考核過程可追溯。另一方面，在工程教育認(rèn)證背景下，成績評定辦法還要結(jié)合本門課程對畢業(yè)要求達(dá)成度的支撐情況制定一個方法來計(jì)算每個學(xué)生的畢業(yè)要求達(dá)成度。同樣以過程裝備與控制工程專業(yè)的化工原理B課程為例來分析總評成績的構(gòu)成和達(dá)成度的計(jì)算方法?？傇u成績由平時考核成績和期末考試成績兩部分加權(quán)而成，平時成績、期末成績及總評成績均為百分制，在總評成績中，平時成績和期末成績所占的權(quán)重分別為α1和α2，具體的成績構(gòu)成如表2所示。

表2 成績構(gòu)成與其對應(yīng)的課程目標(biāo)

課程目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)包括課程分目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)和課程總目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)，具體計(jì)算方法如下：

經(jīng)過近兩年的改革，本人在教學(xué)工作中得到了更好的鍛煉和提升，獲得校級的教學(xué)優(yōu)秀獎和學(xué)生最喜愛的教師稱號；學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性提高，學(xué)習(xí)效果明顯提升，以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)1班學(xué)生的化工原理A課程成績?yōu)槔瑥?014級至2018級，2017級和2018級的優(yōu)良率相比之前有明顯提升，見表3。

表3 應(yīng)用化學(xué)專業(yè)化工原理A課程成績

2 化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方式改革

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與化工原理課程的理論教學(xué)之間相輔相成，是化工原理課程體系中非常重要的組成部分。通過有機(jī)結(jié)合實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)有助于提高學(xué)生對課本知識的深入理解。為了進(jìn)一步提高化工原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)水平，真正通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決實(shí)際問題的能力，主要從以下幾個方面入手對實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革。

2.1 修訂教學(xué)大綱，增加實(shí)驗(yàn)課時，完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

對化工原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)大綱進(jìn)行修訂，補(bǔ)充購買設(shè)備，在原有的6個實(shí)驗(yàn)(離心泵的性能測試及流量計(jì)的校核、流體阻力實(shí)驗(yàn)、圓形直管中氣體傳熱膜系數(shù)的測定、篩板式精餾塔的操作及塔板效率測定、填料塔中液相傳質(zhì)系數(shù)的測定、流化床干燥實(shí)驗(yàn))基礎(chǔ)上新增了4個實(shí)驗(yàn)(二氧化碳吸收與解吸、恒壓過濾常數(shù)測定、板式塔演示實(shí)驗(yàn)、板式換熱器液液傳熱實(shí)驗(yàn))。因?yàn)?，原有?個實(shí)驗(yàn)不能完全覆蓋化工原理理論課中講授的所有單元操作，補(bǔ)充后實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更加完善，且增加了綜合性實(shí)驗(yàn)的比例。目前執(zhí)行的培養(yǎng)方案中化學(xué)工程與工藝和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)化工原理實(shí)驗(yàn)課程為24學(xué)時，生物工程和過程裝備與控制專業(yè)為16學(xué)時，學(xué)時都偏少。計(jì)劃在培養(yǎng)方案中增加各個專業(yè)化工原理實(shí)驗(yàn)的課時，提高學(xué)生的動手、實(shí)踐能力。鼓勵教師和學(xué)生積極參加化工實(shí)驗(yàn)大賽和化工設(shè)計(jì)大賽等項(xiàng)目，以競賽為抓手進(jìn)一步促進(jìn)課程建設(shè)。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

實(shí)驗(yàn)課教師的教學(xué)理念也應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整，同樣要更注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力，而不是僅僅講好實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)方法上可采用對分課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等多種方式調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和探索的積極性，引導(dǎo)學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)的意識，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。目前從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師偏少，新引進(jìn)設(shè)備后需要組織教師積極參加培訓(xùn)，承擔(dān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)?；ぴ韺?shí)驗(yàn)采用的是輪流制的實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，教師的講解往往不可能讓所有學(xué)生理解得很透徹，不可避免得會有學(xué)生偷懶、渾水摸魚。為了讓學(xué)生能夠更加深入地理解單元操作的內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教師要學(xué)會放手[8]，小組內(nèi)選學(xué)生自己去講。這樣，即使是主動性比較差的學(xué)生，為了完成講解任務(wù)，也會付出更多精力和時間去先掌握單元操作的原理及過程，可以達(dá)到事半功倍的效果。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生鞏固理論教學(xué)的成果、提升解決工程問題的能力。

3 以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，改革化工原理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)

課程設(shè)計(jì)是整個化工原理課程體系中的最后一個環(huán)節(jié)，其綜合性和實(shí)踐性相比前兩個環(huán)節(jié)更強(qiáng)，是考查學(xué)生使用化工原理理論課程和實(shí)驗(yàn)課程的知識去解決實(shí)際工程問題的一把抓手。通過化工原理課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生能綜合運(yùn)用本課程和前修課程的基本知識，進(jìn)行資料查閱和獨(dú)立思考，完成指定的設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工工程設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練[9,10]。目前，我院化工原理課程設(shè)計(jì)的主要教學(xué)方式是教師首先集中授課，講解設(shè)計(jì)步驟，然后學(xué)生參考相關(guān)資料，按照教師制定的步驟，進(jìn)行工藝過程計(jì)算和校核以及工藝流程及主要設(shè)備工藝條件圖的繪制等工作。在課程設(shè)計(jì)中存在的問題是：設(shè)計(jì)初始階段，部分學(xué)生云里霧里，不知道從哪里入手，后期時間緊張只能找上屆同學(xué)的模板，難以避免抄襲現(xiàn)象；設(shè)計(jì)題目難以做到一生一題，都是分組進(jìn)行，組內(nèi)同學(xué)之間難以避免抄襲現(xiàn)象；成績評定辦法太單一，評價(jià)結(jié)果往往無法準(zhǔn)確體現(xiàn)學(xué)生的真實(shí)設(shè)計(jì)水平。面對存在的問題，對化工原理課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了一些改革。

3.1 課程實(shí)施前制定化工原理課程設(shè)計(jì)計(jì)劃及實(shí)施方案

為了保證課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量，要求課程設(shè)計(jì)實(shí)施前一學(xué)期，課程負(fù)責(zé)人制定化工原理課程設(shè)計(jì)計(jì)劃及實(shí)施方案，具體內(nèi)容包括課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容及基本要求、課程設(shè)計(jì)的時間、主要負(fù)責(zé)人及指導(dǎo)教師安排情況、課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)及安排、課程設(shè)計(jì)分組情況及指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)情況、課程設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃安排、課程設(shè)計(jì)成績評定細(xì)則、指導(dǎo)教師教學(xué)日志提交規(guī)范及時間要求、學(xué)生學(xué)習(xí)參考資料、歸檔材料明細(xì)規(guī)范性要求等。讓教師提前規(guī)劃、提前準(zhǔn)備，從指導(dǎo)教師的角度保證課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

3.2 課程設(shè)計(jì)成績評定方法改革

在以往的成績評定中往往是綜合學(xué)生的設(shè)計(jì)說明書和設(shè)計(jì)圖紙來評定學(xué)生的總評成績，教師在評閱的過程中，不可能逐項(xiàng)去進(jìn)行檢查和核算，而且對于學(xué)生之間的抄襲、抄襲往屆學(xué)生設(shè)計(jì)成果的方面，教師很難準(zhǔn)確把握和了解，這就造成教師很難給出合理、公正的設(shè)計(jì)成績。所以對成績評定辦法進(jìn)行改革很有必要，目前執(zhí)行的成績評定辦法是：總評成績=平時成績(50%)+設(shè)計(jì)圖紙(20%)+設(shè)計(jì)說明書成績(30%)，平時成績所占的50分中，考勤占10分，平時設(shè)計(jì)過程中的答疑、質(zhì)疑等表現(xiàn)(設(shè)計(jì)表現(xiàn)是否積極，是否參加設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)，能否按照課程設(shè)計(jì)的要求答疑，完成說明書的撰寫、修改，完成圖紙的繪制)占20分，交設(shè)計(jì)成果時回答老師提出的問題占20分。經(jīng)過改革，加強(qiáng)了過程性的考核，使得成績更加客觀和公正，并且通過對設(shè)計(jì)過程的督導(dǎo)，增強(qiáng)了對學(xué)生的管理，增加了學(xué)生的積極性和主動性。

最后，要求指導(dǎo)教師在課程設(shè)計(jì)完畢后，進(jìn)行教學(xué)反思，提交本次課程設(shè)計(jì)的總結(jié)及改進(jìn)建議，以促進(jìn)對課程設(shè)計(jì)的持續(xù)改進(jìn)。

4 結(jié)語

國家大力推進(jìn)一流專業(yè)建設(shè)，培養(yǎng)一流人才，通過專業(yè)認(rèn)證是一流本科專業(yè)建設(shè)的保障?；ぴ碚n程作為我院各個專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是專業(yè)認(rèn)證重點(diǎn)關(guān)注的課程，也是校級一流課程。所以我們對該課程進(jìn)行了比較全面的改革和探索，使該課程真正能對各專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)要求起到支撐作用，并有評價(jià)的“尺子”。