基于工程教育的生物質(zhì)化工課程教學模式探索

蓋希坤，李 音，邢 闖，呂 鵬，成 忠，楊瑞芹

(1．浙江科技學院 生物與化學工程學院，杭州 310023；2．浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學與生物加工技術(shù)重點實驗室，杭州 310023；3．浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心，杭州 310023)

?

基于工程教育的生物質(zhì)化工課程教學模式探索

蓋希坤1，2，3，李 音1，2，3，邢 闖1，2，3，呂 鵬1，2，3，成 忠1，2，3，楊瑞芹1，2，3

(1．浙江科技學院 生物與化學工程學院，杭州 310023；2．浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學與生物加工技術(shù)重點實驗室，杭州 310023；3．浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心，杭州 310023)

生物質(zhì)化工課程是化學工程與工藝專業(yè)的一門專業(yè)方向課。從工程教育專業(yè)認證要求的導向出發(fā)，結(jié)合學校學科特色，在課程的教學實踐中，進行了一系列思考與探索。通過課上、課下多個教學環(huán)節(jié)和考核方式的設(shè)計與創(chuàng)新，將科研和生產(chǎn)實踐中的最新成果與課堂教學有機結(jié)合，探索一種有利于學生工程思維和能力培養(yǎng)的教學模式。

工程教育；專業(yè)認證；化學工程與工藝；生物質(zhì)化工

提高高等工程教育質(zhì)量、促進工程教育的國際化是當前應(yīng)用型大學培養(yǎng)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的工作重點。目前，國際上已經(jīng)形成了以《華盛頓協(xié)議》為核心的工程教育專業(yè)認證和工程技術(shù)人員職業(yè)資格認證的國際協(xié)議體系，該協(xié)議所構(gòu)建的工程教育專業(yè)學位的國際互認平臺成為工程技術(shù)人員國際流動的基礎(chǔ)[1]。浙江科技學院是一所以工學為主的全日制省屬本科院校，學校通過中德合作辦學，借鑒德國應(yīng)用科學大學培養(yǎng)工程師的獨特辦學經(jīng)驗，結(jié)合應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)實際，堅持特色發(fā)展和錯位發(fā)展，在國內(nèi)率先提出農(nóng)業(yè)生物資源生化制造的研究思路，培育了“生物質(zhì)能源”學科專業(yè)特色，獲得了跨越式發(fā)展，已建立浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學與生物加工技術(shù)重點實驗室、浙江省農(nóng)副產(chǎn)品生化制造科技創(chuàng)新團隊、浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心等多個依托平臺[2-3]。2015年，浙江科技學院化學工程與工藝專業(yè)申報并順利通過了工程教育認證。

生物質(zhì)化工課程是學生在學習基礎(chǔ)課程后開展的一門專業(yè)方向課，是學生將基礎(chǔ)理論應(yīng)用于專業(yè)實際的重要載體，承擔著開拓學生視野、提高學生專業(yè)素養(yǎng)等重要任務(wù)。因此，在前期教學過程中，本課程以工程認證對畢業(yè)生畢業(yè)要求為導向，圍繞化學工程與工藝專業(yè)的學生在今后求學和工作過程中對專業(yè)知識與技能的實際需要，從教學理念、教學內(nèi)容和教學手段等多方面對課程進行合理設(shè)計。

1 樹立開放的教學理念

1.1 教師起主導作用，學生才是教學活動的主體

以教師的“教”為主的直接灌輸式教學方法存在很大的弊端[4]，教師直接向?qū)W生傳遞教學信息不僅難以把控學生對知識的掌握程度，而且不利于學生綜合能力的提高。在生物質(zhì)化工課程的教學過程中，教師的主要工作是對教學目標、教學內(nèi)容進行梳理，對教學活動進行組織，對教學的難點重點進行解答，總體上扮演一個管理者的角色；學生才是教學過程的主體，是教學活動的積極參與者和知識的主動建構(gòu)者。讓學生認識到知識的學習過程是一個學生要求學習、教師進行指導的主動學習的過程，而不是教師傳授、學生被動接受的過程。

在第一輪教學活動結(jié)束后的評教環(huán)節(jié)中，一位學生提出：“老師在上課時沒有給出標準答案”，實際上，作為大學生的學習已經(jīng)不能拘泥于教師給出的標準答案了，在生物質(zhì)化工課程的教學設(shè)計中，由于加入了一些當前關(guān)注的科研課題，課題本身也沒有標準答案。課堂討論的主要目的是引導學生去思考問題，而“標準答案”是需要學生在學習過程中不斷地思考，甚至有可能將來投身到科學研究中去探索的。

1.2 “授之以漁”而非“授之以魚”

建立起系統(tǒng)的專業(yè)知識體系，是大學生學習的一個重要任務(wù)。為了使學生能夠更好地構(gòu)建自己的知識體系，必須幫助學生培養(yǎng)適合自己的學習方法，即“授之以漁”。在教學過程中，通過對不同的技術(shù)進行縱向和橫向的對比研究，對熱門技術(shù)的發(fā)展與改進歷程進行梳理，與學生一起總結(jié)相關(guān)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系與共性規(guī)律等一系列的教學活動，讓學生認識到知識的獲得有章可循，進而幫助學生找到適合自己的學習方法。

1.3 興趣是最好的老師

興趣是學生學習的最主要動力。興趣的培養(yǎng)可以通過榜樣的力量來實現(xiàn)。比如，在課堂上可以適時地向同學們介紹一些相關(guān)領(lǐng)域的牛人事跡、科研成果，讓學生認識到自己所學專業(yè)知識的重要性；在學校召開國際會議/學術(shù)研討會期間，鼓勵學生擔任會場的服務(wù)工作，讓學生近距離接觸科研實際，切實地感受到專業(yè)對人才的需求，提高學生的專業(yè)榮譽感與責任感。

2 明確教學目標、合理設(shè)計教學內(nèi)容

生物質(zhì)化工為一門新興的專業(yè)課，是與浙江科技學院化工專業(yè)特色緊密結(jié)合的。目前，全國范圍內(nèi)僅有少數(shù)高校開設(shè)了生物質(zhì)化工專業(yè)方向[5-6]，在選擇教材時發(fā)現(xiàn)，還沒有一本與“生物質(zhì)化工”同名的書籍，因此，無論對教學目標還是對教學內(nèi)容都需要進行探索。

在培養(yǎng)目標方面，結(jié)合行業(yè)人才需求和專業(yè)認證對學生的畢業(yè)要求，制定下列教學目標：

1)熟悉生物質(zhì)化工技術(shù)的基本原理、工藝路線及技術(shù)參數(shù)；

2)明確生物質(zhì)化工技術(shù)目前存在的問題及將來的發(fā)展方向；

3)具有較好的自學能力、分析問題和解決問題的能力；

4)具有從事生物質(zhì)化工技術(shù)、生物質(zhì)能源及生物質(zhì)材料等的開發(fā)設(shè)計和科學管理的初步能力。

教學內(nèi)容的選擇不局限于一本教材，要體現(xiàn)多元化、前沿化、實用化的課程體系，主要包括課程的基本知識的講授、問題研討和探究性項目三部分。

課程的基本知識分成12章內(nèi)容，分別是：1)概述；2)生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)；3)生物質(zhì)壓縮成形和炭化技術(shù)；4)生物質(zhì)熱解技術(shù)；5)生物質(zhì)液化技術(shù)；6)生物質(zhì)氣化技術(shù)；7)沼氣發(fā)酵及重整技術(shù)；8)生物質(zhì)制氫技術(shù)；9)生物質(zhì)燃料乙醇和燃料甲醇技術(shù)；10)生物柴油技術(shù)；11)生物質(zhì)制備平臺化合物技術(shù)；12)城市固體廢棄物能源處理技術(shù)。

問題研討主要根據(jù)各章節(jié)研究重點，結(jié)合企業(yè)工藝路線現(xiàn)狀，提出研討主題。包括：生物質(zhì)現(xiàn)代化燃燒技術(shù)的改進思路；制約炭化爐推廣的關(guān)鍵問題是什么；生物質(zhì)熱解技術(shù)的優(yōu)缺點對比，結(jié)合對比思索進一步的改進方案；生物質(zhì)熱解過程中如何根據(jù)熱解產(chǎn)物分布要求控制反應(yīng)條件；從產(chǎn)物用途的角度分析生物質(zhì)氣化技術(shù)的未來發(fā)展方向；生物質(zhì)制氫技術(shù)經(jīng)濟可行性分析；結(jié)合燃料甲醇的不同生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)缺點，分析哪種工藝具有更好的應(yīng)用前景；等等。

探究性項目主要是根據(jù)企業(yè)的調(diào)研報告和生產(chǎn)實際，針對制約企業(yè)技術(shù)發(fā)展的瓶頸問題和企業(yè)發(fā)展關(guān)心的技術(shù)路線問題設(shè)立兩個課題：生物質(zhì)快速裂解技術(shù)新工藝的開發(fā)，生物質(zhì)基F-T合成技術(shù)的發(fā)展道路探索研究。

3 采用多樣化教學手段

根據(jù)教學內(nèi)容的特點，并借鑒國外普遍認可的先進的教學模式，采用大班講解、小組討論、主題發(fā)言、教師評述等教學方法，幫助學生在知識的獲取、能力和素質(zhì)的提高等方面達到課程的目標要求。

3.1 教師提出問題，學生協(xié)作學習

教師先提出研討案例/項目的主題，并給學生一定的課后時間準備(一般提前一周布置)，讓學生以小組的形式完成作業(yè)。以生物質(zhì)快速熱解技術(shù)一章為例。首先，根據(jù)自愿結(jié)合的原則將學生分組，每個小組4～5人；教師布置任務(wù)——“簡述生物質(zhì)快速熱解技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合存在問題提出并設(shè)計你認為最有應(yīng)用前景的工藝”；小組成員開始收集相關(guān)的信息，包括目前正在開發(fā)的生物質(zhì)快速熱解技術(shù)有哪些，制約技術(shù)發(fā)展的瓶頸是什么等，然后各小組分析任務(wù)，制訂學習計劃，每個組員的任務(wù)要根據(jù)自己的理解獨立完成發(fā)展現(xiàn)狀的分析；接下來小組內(nèi)匯總各個組員的初步結(jié)果，討論并找出最好的設(shè)計方案；不同的小組間可以進行交叉評價，糾正錯誤；最后由教師幫助學生改正工藝設(shè)計中存在的錯誤，講解重點難點，并對各個小組的工作成果進行評價。在分組討論過程中，鼓勵學生向?qū)I(yè)教師請教，學生在協(xié)作學習過程中對工藝的分析能力得到了提高，有助于激發(fā)學生學習的興趣。

3.2 開展“情景模擬”教學活動

通過模擬項目答辯、會議報告等學術(shù)活動，鍛煉學生對某一工藝技術(shù)進行總結(jié)、梳理和匯報的能力。以項目答辯為例，教師設(shè)計了一些生物質(zhì)化工的熱門研究課題，如生物質(zhì)氣化技術(shù)、纖維素基乙醇煉制、生物柴油生產(chǎn)等，要求學生3～4人一組，通過學校圖書館的數(shù)據(jù)庫資源查閱相關(guān)資料做成PPT，課堂上留出十分鐘給學生闡述。通過練習，學生可以很好地掌握知識的查閱、總結(jié)、凝練和表達等多方面的能力。

3.3 開展“小老師課堂”教學活動

課外學習給學生布置一些專業(yè)方向的討論題，然后讓學生自發(fā)組成授課團隊，每周利用課余時間為其他同學開展一次講解課，供大家學習。這種模式下，授課團隊能夠從學生自身的需求和關(guān)注點出發(fā)為其他同學進行講解，更符合聽課學生的思維過程，同時，授課學生也提高了自身的表達能力?！靶±蠋熣n堂”作為一種輔助教學方法，既可鞏固聽課學生的知識，又能提高授課學生的表達能力、應(yīng)變能力等多種素質(zhì)。

4 實現(xiàn)考核內(nèi)容多樣化

改變單一的書面考核方式，學生成績的考核要精心設(shè)計，以過程性評價為主，終結(jié)性評價為輔，重點考核學生的實際應(yīng)用能力?？傇u成績由平時考核、項目研討、期末考試三部分構(gòu)成。平時考核包括考勤考紀、平時測驗、課后作業(yè)、讀書報告等；項目研討主要是考核學生運用基礎(chǔ)知識分析問題、解決問題的能力，以及表達和創(chuàng)新能力等；期末考試主要考核學生對課程基本知識的掌握。

5 結(jié) 語

加入國際工程教育專業(yè)和職業(yè)資格互認體系是應(yīng)用型大學在人才培養(yǎng)方面值得探索和實踐的道路之一。生物質(zhì)化工課程作為一門專業(yè)方向課，在學生建立專業(yè)知識體系中發(fā)揮著舉足輕重的作用。本課程從專業(yè)認證要求和行業(yè)發(fā)展需求出發(fā)，以工程教育為主線，結(jié)合學院學科特色，精選教學內(nèi)容，不僅使學生能充分掌握生物質(zhì)化工方向不同技術(shù)的基本原理和基本知識，還注重提高學生提出問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維和獨立思考的能力，嘗試建立起符合化工專業(yè)學生發(fā)展的生物質(zhì)化工方向知識體系。在授課過程中用心觀察學生、了解學生，通過讓學生了解中國化學工業(yè)和世界化學工業(yè)的差距與優(yōu)勢，激發(fā)學生的使命感；通過不斷補充化工前沿的學習內(nèi)容，培養(yǎng)學生的專業(yè)學習熱情，幫助他們體驗到學習的成就感和樂趣，激發(fā)學生進行主動學習的內(nèi)在動力。

[1] 王玲，雷環(huán)．《華盛頓協(xié)議》簽約成員的工程教育認證特點及其對我國的啟示[J]．清華大學教育研究，2008，29(5)：88．

[2] 陳麗春，毛建衛(wèi)，楊瑞芹．依托特色學科培養(yǎng)卓越工程師的研究與實踐[J]．中國大學教學，2012(9)：35．

[3] 張立慶，朱春鳳，李菊清．借鑒德國FH辦學模式的實踐教學改革[J]．實驗室研究與探索，2002，21(1)：36．

[4] 路勝利，馮軍，羅朝盛．對高校課程建設(shè)與人才培養(yǎng)的探討[J]．浙江科技學院學報，2015，27(5)：326．

[5] 陳登宇．新能源科學與工程專業(yè)(生物質(zhì)能方向)人才培養(yǎng)探索[J]．課程教育研究，2015(1)：236．

[6] 艾寧，計偉榮，阮慧敏，等．生物質(zhì)化學工程人才培養(yǎng)模式的探索與實踐[J]．化工高等教育，2011(4)：27．

Exploration of teaching model for biomass chemical engineering based on engineering education

GAI Xikun1，2，3, LI Yin1，2，3, XING Chuang1，2，3, LYU Peng1，2，3, CHENG Zhong1，2，3, YANG Ruiqin1，2，3

(1. School of Biological and Chemical Engineering, Zhejiang University of Science and Technology, Hangzhou 310023, China; 2. Zhejiang Provincial Key Laboratory for Chemical and Biological Processing Technology of Farm Produce, Hangzhou 310023, China; 3. Zhejiang Collaborative Innovation Center of Chemical and Biological Manufacturing for Agricultural Biological Resources, Hangzhou 310023, China)

Biomass chemical engineering is a professional course for students majoring in chemical engineering and technology. Based on the requirements of engineering education professional certification, and combined with the characteristics of school discipline, some thinking and exploration were carried out in the teaching practice of the course. Through the design and innovation of several teaching links and evaluation methods in the classroom and extracurricular, the latest achievement of scientific research and production practice was combined to the classroom teaching, to explore a new way to cultivate students’ engineering thinking and ability.

engineering education; professional certification; chemical engineering and technology; biomass chemical engineering

10.3969/j.issn.1671-8798.2016.05.013

2016-04-07

浙江科技學院引進企業(yè)優(yōu)秀課程項目(浙科院教[2014]24號)

蓋希坤(1982— ),男,山東省萊陽人，副教授，博士，主要從事生物質(zhì)能源方向的教學和研究。

G642.3；TQ062

A

1671-8798(2016)05-0409-04