基于創新能力拓展的過程裝備成套技術教學改革探索

李海生，陳英華，陳聚凱，沈利民，王艷飛，王光輝

（中國礦業大學 化工學院，江蘇徐州 221116）

加強本科生創新能力培養是高等教育改革的重要內容之一[1]。教育部提出的“一流本科”建設計劃，對培養人才創新能力提出了更高的要求。學生創新能力的培養，能夠激發學生的學習興趣，培養學生主動思考、開拓創新的意識[2]，更有助于提高學生在畢業后分析、解決專業相關領域復雜工程問題的能力[3]。

當前，學生創新能力培養方式多樣化，主要包括創新訓練計劃、創新大賽、第二課堂等。有的專業充分利用自身優勢資源，集中優勢力量開展學生創新訓練計劃，有針對性地吸引部分學生進入科研訓練團隊，指導教師負責學生的引導和團隊課題的規劃，學生在課余能夠有機會參加訓練項目，拓寬視野，其創新能力得到一定的提高[3-5]。有的專業組織學生開展創新大賽和第二課堂，以競賽模式鍛煉學生的創新能力，學生在入校后可以選擇進入第二課堂，由指導教師長期進行跟蹤和培養，設置個性化課題，滿足不同層次學生的需求。這些探索將有助于學生后續升學、就業的能力提升[6-7]。但在教學實踐中，也存在一些問題，如無法涵蓋所有學生，時間有限導致培養過程不夠系統，所選課題知識面不夠寬等，影響了學生創新能力培養的質量[8]。

要解決這些問題，培養學生的創新意識，提高學生創新能力，在校期間的各類實習實踐活動也可以發揮重要作用[9]。學生通過參與企業的生產實踐活動，了解產業發展與技術現狀，結合專業所學知識，圍繞專業技術領域的生產實踐，從實踐中獲取更多的創新知識，對培養學生創新能力具有重要意義[10,11]。但生產實踐教學與理論教學結合不夠緊密，導致學生學習過程存在脫節現象，學生創新能力培養不能連續進行。而且學生實踐時間較短，加之現階段新冠肺炎疫情防控影響，教學效果受到嚴重影響。

結合當前教學實踐發現，學生創新能力培養需要一整套完整體系，通過適當的教學組織形式，深入探索創新能力評價過程，實現創新能力的科學評價與持續改進提升。這個體系不能僅依靠課外環節或是單獨的實踐環節，需要基于專業核心課程構建系統的組織體系。過程裝備成套技術課程是過程裝備與控制工程專業的核心必修課，該課程涉及知識面寬，結合了過程工藝、過程裝備、過程控制三大核心體系，將三者相互融合，包括流程工業系統的工藝開發、經濟評價、流程設計、裝備選型安裝、管系結構與輔助系統等，能夠與工程實踐緊密結合，靈活運用專業所學知識，分析與研究復雜工程問題，充分體現專業的綜合設計能力和實踐創新能力。本文將以過程裝備成套技術課程為例，以創新能力培養為目標，構建圍繞核心課程的創新能力教學拓展體系，不僅可以服務一流專業建設和一流課程建設，還可以推動專業認證的持續改進工作，對專業創新人才培養具有重要指導意義。

1 創新能力拓展的必要性

過程裝備成套技術課程是過程裝備與控制工程專業的專業核心必修課，主要講述工藝開發與工藝設計、經濟分析與評價、工藝流程設計及設備布置、設備及機器選型、管道設計、設備和管道的絕熱工程、過程成套裝置實例等內容。通過該課程的學習，使學生建立過程成套裝置設計的完整概念，掌握成套裝置的設計程序、方法和要求，增強“系統”觀念和工程意識，使之能夠在考慮經濟、安全、環境、法規的因素下，具有工程設計、技術改造與開發研究等實際工作的初步能力。

以過程裝備成套技術課程為核心，構建創新拓展教學體系，對培養學生創新能力具有重要意義，主要體現在如下幾方面：

（1）打造創新拓展教學體系，推動一流專業建設與人才培養。

圍繞專業核心課程和相關教學環節，構建了創新拓展教學體系，與一流本科“雙萬計劃”專業建設相一致，集中優勢資源打造創新教學新體系，提高專業學生的創新能力，推動專業一流人才培養。

（2）以創新能力拓展教學示范助力專業本科教學的持續改進。

通過開展創新能力拓展教學改革，凸顯學生創新能力培養目標，使專業課程教學過程更加系統化，切實圍繞學生的知識與創新能力培養開展教學，結合創新能力考核評價機制改革，能夠進一步推動專業認證的持續改進，對工程實踐創新人才培養具有重要意義。

（3）開展創新能力拓展教學示范，爭創高質量一流課程。

以過程裝備成套技術課程為例，結合相關課程與教學環節，開展創新能力拓展教學示范，重點培養學生的創新能力。依據課程培養目標和教學要求，完成教學全流程的設計，構建豐富的課程知識體系，主動更新課程教學內容，運用多種教學方法開展教學示范，完善教學反饋評價機制。在此基礎上，形成創新能力拓展融合體系，實現知識能力培養與實踐創新接軌，爭創高質量一流課程。

2 創新能力拓展的方向

基于過程裝備成套技術課程開展創新能力拓展，需要從以下兩方面進行考慮：

（1）課程教學改革方向。

對過程裝備成套技術課程教學體系進行改革創新，融入創新教學設計，依據課程教學內容的特點，精心設計多種教學方法，提高學生的興趣，使學生能夠融入創新課堂，由被動獲取改為主動接受知識。依據課程知識內容難度，設定具體的考核評價方法，由考核結果和內外部聯合評價，共同推動教學持續改進，推動課程教學質量不斷提高。在課內環節，可以將課程知識內容融合提升，增加有高階性、創新性、挑戰度的專題環節；而在課外環節，可以利用課外學時增加創新專題訓練。通過課內課外相結合的方式，探索學生創新能力拓展教學實踐。

（2）實踐教學改革方向。

將課程與實踐環節相融合，形成創新能力拓展教學體系。通過梳理專業實踐環節，整理出與課程相關的知識體系，設計一套完整的創新拓展計劃，逐步將課程關鍵知識點延續深入到設計、實習、實驗等實踐環節中，通過理論實踐相結合，共同開展創新與實踐，使課程內容在工程實踐中得以運用，使學生創新能力逐步提升。

3 創新能力拓展的思路

3.1 課內創新能力拓展

課內以知識學習為主，可以增加專題研討、系統設計方案評價等環節，可以增加課程知識容量，提高課程的挑戰性和創新性。研討環節可以緊密結合課程教學內容，激發學生的創新意識，通過文獻資料整理、信息融合等過程，凝練個人觀點，形成對工程實踐問題的客觀評價，培養學生知識運用與實踐創新的能力。以創新能力培養為導向，精心設計課程作業環節，以流程典型設計方案為例，引入具體的工程實踐問題，結合現有技術發展的現狀，開展方案的評價與優化，為學生未來技術創新與工程實踐提供指導。

與此同時，學生創新能力的培養，教師的啟發和引導至關重要。作為探索者，學生的主要任務是努力發現新事物、探索新知識，學生的探索過程需要教師的有效引導和鼓勵，特別注重學生創新思維的形成過程，鼓勵學生在工程實踐中敢于創新。因此，教師在教學中可以嘗試啟發式教學，引導學生逐步培養積極主動的創新意識。

3.2 課外創新能力拓展

構建課外教學輔助環節，設置課外學時，建立合理的創新能力評價機制。利用課外學時，設置創新訓練計劃課題，學生可以跨學科、跨專業的形式組建創新團隊，參加課題設計與研究工作。課程結束時，評選出優秀課題，可以通過不同途徑參加大學生科技創新大賽或創新創業大賽。這種教學模式能夠充分激發學生的興趣，形成多學科融合與實踐創新，可以強化學生的團隊協作能力和科學思維創新意識，促進學生創新能力的提高。以課內知識為出發點，結合課外創新，課內課外緊密關聯，鼓勵學生在實踐創新中靈活運用課程知識解決工程實踐中的復雜問題。

3.3 實踐創新能力拓展

在培養方案中，先在第六學期開展過程裝備專題實驗和專業生產實習，后在第七學期開始過程裝備成套技術課程學習。為使前后教學形成體系，對教學內容進行合理規劃。例如在過程裝備專題實驗中，讓學生熟悉實驗項目的工程應用背景，了解相關技術領域的發展現狀，能夠開展與項目相關的工藝開發與設計實例分析與經濟評價，鼓勵學生開展創新實踐。同時，建立創新性實驗系統—壓縮空氣吸附式干燥實驗系統，該實驗系統包括典型的過程裝備、裝備相互連接的管路系統，學生可以開展壓縮空氣吸附式干燥實驗、超聲波探傷實驗、內壓薄壁容器應力測定實驗以及壓縮機振動測試等實驗項目，在完成單項實驗的基礎上，可以進一步提出過程裝備成套系統，將流程工業的系統、裝備、控制相結合，培養學生的系統觀念和工程意識。

在生產實習教學中，了解空分行業的技術發展現狀，學習空分工藝開發與設計的基本思路，能夠結合工程技術案例，提出創新的技術思路、研究方法和設計方案，鼓勵學生綜合運用所學專業知識，從不同側面探索工程實踐創新。實習結束后，對學生實習效果進行評價，特別注重考查學生的創新意識培養、創新思維形成和創新方法應用，為后續專業核心課程學習奠定基礎。

3.4 綜合創新能力拓展

在過程裝備成套技術課程結束后，基于課程所學知識與能力，學生開展為期兩周的過程裝備課程設計。該課程設計環節使學生了解成套裝置設計中的工藝、控制、保溫等環節對過程裝備設計的影響，掌握過程裝備基本零部件的選擇方法，掌握典型過程裝備和管道設計的基本流程和方法。培養學生能夠運用相關標準和專業知識，設計滿足特定需求的過程裝備及管道，并具備正確使用圖紙和設計說明書體現設計成果的能力。

在確定選題后，學生可以明確設計對象和目標，注重學生設計過程創新思維的引導，鼓勵學生成立設計團隊，做好任務分工，高效開展設計工作。不但教師要參與其中，還可以邀請企業從事設計工作的工程師參與設計過程的創新評價。同時，學習興趣是創新的源泉和驅動力，能夠促使學生堅持探索和創新。在課程設計過程中，增加創新研討環節，有利于學生發表各自的心得，交流設計過程中的經驗，建立專業課程學習和工程實踐的聯系，將創新意識滲透到知識學習、能力培養和工程實踐中，對培養學生創新能力具有重要意義。

3.5 校企聯合創新能力拓展

與企業共同成立產教融合育人創新基地，整合政府、企業和高校的多方面資源，構建校企聯合創新能力拓展平臺，三方共建教學管理委員會，共商協同創新育人模式。依托創新基地，可以從多渠道探索校企聯合創新人才培養機制。一方面可以聯合企業參與課程建設，形成校企合作課程，結合行業技術發展現狀，通過講座、論壇等形式，為學生講授最新的技術創新成果，鼓勵學生組建實習創新團隊，赴企業開展生產實踐，提高學生實踐創新能力。另一方面，校企聯合成立科研創新研究組，由企業提供課題，企業研發工程師、高校師生共同研究，共同探索新產品研發和技術革新，實現科研育人與創新育人相結合。

4 結語

圍繞專業核心課程過程裝備成套技術構建的創新能力拓展體系，能夠符合當前一流專業和一流課程建設的要求，可以響應專業認證的持續改進需求，對學生創新能力提升具有重要指導意義。與傳統的創新培養方式不同，該體系能夠以專業核心課程知識儲備和專業能力為核心，將與課程相關聯的先后教學環節進行統籌布局，形成無縫對接關系，以創新能力培養為目標，豐富各教學環節內涵，實現課程與實踐教學相結合、課內課外接軌、校內校外聯合的創新能力拓展完整體系，可為學生創新能力拓展提供有益參考。