工程教育認(rèn)證背景下化工原理教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新

吳志國(guó) 楊宗政 曹井國(guó) 武莉婭 王春虎 郝慶蘭

（天津科技大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，天津 300457）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)高素質(zhì)工程人才的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工程教育的需要[1]?，F(xiàn)代工程教育的核心理念是以人為本，以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出，是基于成果的教育（Outcome Based Education簡(jiǎn)稱OBE）。OBE理念從1994年在美國(guó)教育界正式實(shí)施起，很多國(guó)家教育系統(tǒng)都進(jìn)行了不同層面的推行和實(shí)踐。為了推進(jìn)工程教育改革、促進(jìn)工程教育的國(guó)際互認(rèn)、培養(yǎng)與國(guó)際接軌的中國(guó)工程師，中國(guó)工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)提出了工程教育專業(yè)認(rèn)證的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，強(qiáng)調(diào)三個(gè)中心理念：產(chǎn)出導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)、學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量保障體系。我國(guó)于2016年6月正式成為了《華盛頓協(xié)議》的成員國(guó)，工程教育認(rèn)證工作在我國(guó)多所工科類院校廣泛開展，OBE理念也逐漸被廣大教育工作者所認(rèn)可和采用。

化工原理課程是大化類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。它在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間，起到承前啟后的基礎(chǔ)性作用。化工原理課程不但工程實(shí)踐性強(qiáng)，需要學(xué)生學(xué)會(huì)解決實(shí)際工程問(wèn)題，能夠理論與實(shí)踐相結(jié)合，而且該課程有著較強(qiáng)的理論與綜合性，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。基于以上化工原理課程特點(diǎn)，學(xué)生在接觸這門課后，存在著學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力不足，缺乏理論聯(lián)系實(shí)際能力等問(wèn)題，普遍學(xué)習(xí)效果較差；另一方面，隨著社會(huì)、企業(yè)對(duì)工程人才的實(shí)踐能力提出更高要求，傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工程教育的需要，使教學(xué)模式改革迫在眉睫。教學(xué)模式改革首先需要在理念和教育導(dǎo)向上都要發(fā)生轉(zhuǎn)變。本文將以化工原理課程教學(xué)模式改革中的幾個(gè)要點(diǎn)為例來(lái)加以說(shuō)明。

一、深刻理解工程教育理念在課程教學(xué)中的應(yīng)用

以O(shè)BE理念為核心的工程教育體系主要由3個(gè)閉合循環(huán)組成，分別是校外循環(huán)、校內(nèi)循環(huán)和課內(nèi)循環(huán)，如圖1所示。校外循環(huán)通過(guò)與應(yīng)屆畢業(yè)生座談、對(duì)往屆畢業(yè)生調(diào)查以及校外有關(guān)方面參與的社會(huì)評(píng)價(jià)機(jī)制，及時(shí)了解畢業(yè)生對(duì)自身能力的期望和社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求，對(duì)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求的達(dá)成情況進(jìn)行評(píng)估，推進(jìn)本專業(yè)的持續(xù)改進(jìn)；校內(nèi)循環(huán)是通過(guò)對(duì)教學(xué)全過(guò)程質(zhì)量評(píng)價(jià)及效果反饋，促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)和畢業(yè)要求的持續(xù)改進(jìn)；而與教學(xué)活動(dòng)有關(guān)的課內(nèi)循環(huán)主要是通過(guò)對(duì)教學(xué)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的不斷提升來(lái)實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)。3個(gè)循環(huán)體現(xiàn)了工程教育的實(shí)質(zhì)，也充分反映了OBE理念，三者環(huán)環(huán)相扣，成為了一個(gè)密不可分持續(xù)改進(jìn)的體系。校外循環(huán)提出要求，校內(nèi)循環(huán)制定目標(biāo)，課內(nèi)循環(huán)則是具體地實(shí)施教學(xué)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和達(dá)成畢業(yè)要求的過(guò)程。因此，課內(nèi)循環(huán)作為具體的實(shí)施步驟起著重要的基礎(chǔ)性作用。

圖1　OBE理念為核心的工程教育的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制

課內(nèi)循環(huán)的教學(xué)活動(dòng)過(guò)程主要包括了教學(xué)目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程教學(xué)和課程評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)。如何在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中不斷完善和持續(xù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)真正的以O(shè)BE理念為核心的現(xiàn)代工程教育，就要改革傳統(tǒng)的教育模式，實(shí)現(xiàn)新的課程教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，如表1所示。教師需要改變“教”與“學(xué)”的模式，從傳統(tǒng)的“以教為中心”改為“以學(xué)為中心”，改進(jìn)教學(xué)目標(biāo)，調(diào)整設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，采取靈活的教學(xué)手段和方法，從而來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)效果，逐漸使學(xué)生能夠自覺(jué)學(xué)習(xí)，并能在教師的引導(dǎo)下不斷提高學(xué)習(xí)的能力和個(gè)人素質(zhì)，完成畢業(yè)要求的達(dá)成。進(jìn)行“教”與“學(xué)”的模式改革要先從“教”改起，引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)過(guò)程，形成良好的互動(dòng)，促進(jìn)“教學(xué)相長(zhǎng)”，逐漸地達(dá)到“教”、“學(xué)”兩方面互相促進(jìn)、共同改變的目的。

表1　工程教育創(chuàng)新教育模式與傳統(tǒng)模式的對(duì)比

二、合理改革課程教學(xué)模式

1.教學(xué)目標(biāo)的改進(jìn)

在工程認(rèn)證教育背景下，化工原理的課程目標(biāo)要滿足學(xué)生畢業(yè)要求達(dá)成。因此，教師應(yīng)盡力建立畢業(yè)要求與課程目標(biāo)的聯(lián)系，通過(guò)課程教學(xué)逐步達(dá)成畢業(yè)要求。首先，在畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)中重視基本知識(shí)、基本原理的學(xué)習(xí)。所以在化工原理理論課學(xué)習(xí)中不僅是要注重各單元操作知識(shí)的學(xué)習(xí)，還要注重理解領(lǐng)悟化工原理的精髓——“三傳”規(guī)律。將“三傳”的基本理論及其相互聯(lián)系貫穿到各單元操作中，系統(tǒng)地理解課程內(nèi)容和正確地應(yīng)用化工原理解決實(shí)際工程問(wèn)題至關(guān)重要。其次，在畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)中，要求學(xué)生具有對(duì)化學(xué)工程與工藝生產(chǎn)過(guò)程中的單元操作設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜工程問(wèn)題分析和解決的能力。所以，在制定課程教學(xué)目標(biāo)時(shí)就不能使學(xué)生只局限于會(huì)進(jìn)行單一單元操作的設(shè)計(jì)型問(wèn)題的分析處理，而應(yīng)使學(xué)生能處理較為復(fù)雜的操作型問(wèn)題或者由多個(gè)單元操作并行的復(fù)雜工程問(wèn)題。此外，課程除了要培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)、深厚的化工基礎(chǔ)理論專業(yè)知識(shí)，能夠在化工等相關(guān)領(lǐng)域從事科研、設(shè)計(jì)、開發(fā)和管理等工作的專業(yè)人才，更要培養(yǎng)具有良好的人文素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)精神和廣闊的國(guó)際視野的專門人才。只有將以上教學(xué)目標(biāo)做出相應(yīng)的改進(jìn)，才能符合畢業(yè)要求的達(dá)成。

2.教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和設(shè)計(jì)

任課教師在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理的過(guò)程中，以課程目標(biāo)作為出發(fā)點(diǎn)，需要將單元操作設(shè)計(jì)、計(jì)算和設(shè)備選型等諸多工程能力以及具備一定人文素養(yǎng)的畢業(yè)要求融入相關(guān)章節(jié)，從而需要進(jìn)行傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和設(shè)計(jì)。

針對(duì)學(xué)生基本知識(shí)、原理掌握不夠扎實(shí)的問(wèn)題，需要轉(zhuǎn)變觀念，以學(xué)生為中心。要深入淺出聯(lián)系實(shí)際闡釋理論問(wèn)題，這就需要將書本上枯燥乏味的原理或公式通過(guò)設(shè)立新的情境，設(shè)定易于互動(dòng)的教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)達(dá)到，學(xué)生聽得有興趣，教師講得更生動(dòng)，利于學(xué)生通俗易懂地學(xué)習(xí)知識(shí)、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的目的。例如，在流體流動(dòng)章節(jié)的教學(xué)中，復(fù)雜管路的分析是其中的一個(gè)難點(diǎn)，可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察宿舍中多個(gè)水龍頭出水量隨用水高峰的出現(xiàn)而發(fā)生流量大小變化來(lái)理解分支管路中流量分配的特征，并可結(jié)合家庭裝修中水管的合理選擇和鋪設(shè)等具體問(wèn)題來(lái)理解流體流動(dòng)阻力的概念；為了加深學(xué)生對(duì)于伯努利方程的深刻理解，可以列舉和請(qǐng)學(xué)生互動(dòng)討論生活實(shí)例來(lái)說(shuō)明能量轉(zhuǎn)換的道理，比如飛機(jī)能夠起飛的原理，足球運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上運(yùn)動(dòng)員為什么能夠踢出香蕉球。

要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力，可以將化工原理的基礎(chǔ)理論著眼于目前最新的設(shè)備設(shè)計(jì)和計(jì)算中，這也將成為課程教學(xué)新的落腳點(diǎn)。隨著新的工藝和裝備不斷涌現(xiàn)，在新的工藝設(shè)備設(shè)計(jì)中，通過(guò)應(yīng)用化工原理的基本原理和研究方法進(jìn)行具體分析和推導(dǎo)，介紹設(shè)計(jì)所要遵循的規(guī)范性、創(chuàng)新性以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性，使學(xué)生既了解典型設(shè)備工作原理和特點(diǎn)，又能關(guān)注到新設(shè)備的發(fā)展及其在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。例如，“藍(lán)藻水華應(yīng)急打撈裝置”本來(lái)是教師最新的科研項(xiàng)目成果，該裝置包含了流體流動(dòng)及輸送機(jī)械、過(guò)濾、離心沉降等多個(gè)單元操作。該項(xiàng)目綜合多個(gè)單元操作的聯(lián)合使用，涉及到了工藝間的組合設(shè)計(jì)問(wèn)題和工程計(jì)算問(wèn)題，把該項(xiàng)目中的設(shè)備以多媒體形式展示給學(xué)生，并啟發(fā)學(xué)生思考其中的原理和涉及的計(jì)算問(wèn)題可以訓(xùn)練學(xué)生處理復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。

針對(duì)課程目標(biāo)中要達(dá)到加強(qiáng)學(xué)生人文素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)觀念等方面培養(yǎng)的目的，在教學(xué)過(guò)程中，不但要培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點(diǎn)，也要通過(guò)工程案例剖析或介紹工廠實(shí)際情況的方式，在潛移默化中向?qū)W生傳遞工程技術(shù)人員應(yīng)有的職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任的信息。例如在講述吸收單元操作時(shí)，工程設(shè)計(jì)中要考慮到廢熱以及吸收劑的回收利用問(wèn)題，說(shuō)明作為工程設(shè)計(jì)人員不但要設(shè)計(jì)出合格的單元操作設(shè)備或過(guò)程，也應(yīng)具有社會(huì)責(zé)任感，盡量做到節(jié)能、環(huán)保。

通過(guò)以上化工原理教學(xué)中內(nèi)容的調(diào)整和教學(xué)設(shè)計(jì)能夠使化工原理內(nèi)容做到既注重深厚系統(tǒng)的化工基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識(shí)，又與時(shí)俱進(jìn)地?cái)U(kuò)展或外延教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)注重人文素質(zhì)培養(yǎng)，從而為培養(yǎng)出能夠在化工領(lǐng)域從事研究、工程設(shè)計(jì)和新技術(shù)開發(fā)的專業(yè)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.教學(xué)方法的靈活運(yùn)用

教學(xué)方法是教學(xué)內(nèi)容的載體，如何更好地承載教學(xué)內(nèi)容，更容易讓學(xué)生接受，并能夠融會(huì)貫通是一直以來(lái)化工原理教學(xué)方面的難題。教育工作者做出了很多嘗試和努力，也得到了一些卓有成效的成果和經(jīng)驗(yàn)[2-3]。大量新的教學(xué)方法手段不斷涌現(xiàn)，使傳統(tǒng)的教學(xué)方法和模式發(fā)生著巨大的變化，如互動(dòng)式教學(xué)法、問(wèn)題啟發(fā)教學(xué)法以及項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法等等。不論何種教學(xué)法，都在進(jìn)行著傳統(tǒng)的課堂上以教師為中心向?qū)W生為中心的轉(zhuǎn)移，改變了傳統(tǒng)的以課堂教學(xué)傳授知識(shí)為目標(biāo)的教學(xué)模式，而替代為以學(xué)生學(xué)習(xí)和體驗(yàn)為主題，從而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和主動(dòng)性。

筆者在教學(xué)過(guò)程中就嘗試了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法[4]，并且取得了良好的教學(xué)效果。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法以學(xué)生為主體，將復(fù)雜實(shí)際工程問(wèn)題設(shè)置于項(xiàng)目之中，學(xué)生在主動(dòng)完成項(xiàng)目過(guò)程中，不但強(qiáng)化了對(duì)化工原理理論知識(shí)、基本原理學(xué)習(xí)，而且培養(yǎng)了工程觀念和團(tuán)隊(duì)合作能力。在教學(xué)活動(dòng)中，合理選擇項(xiàng)目是化工原理項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)的關(guān)鍵，不但要兼顧提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也要能夠達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力與提升綜合素質(zhì)的目的，并且要注意因材施教。針對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，設(shè)計(jì)了經(jīng)典的項(xiàng)目“精餾回收乙醇-水混合物系中的乙醇”，為化工原理課程設(shè)計(jì)做了鋪墊；針對(duì)生物化工專業(yè)，設(shè)計(jì)的項(xiàng)目為“萃取法提取葡萄籽中的花青素”，為后續(xù)的生物分離工程專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)；針對(duì)環(huán)境化工專業(yè)，設(shè)計(jì)了“二氧化硫尾氣的吸收法脫硫”項(xiàng)目，從而將環(huán)保理念與典型吸收單元操作相結(jié)合。以上所述項(xiàng)目設(shè)計(jì)均與學(xué)生專業(yè)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決專業(yè)實(shí)際問(wèn)題的能力，也為學(xué)生后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。學(xué)生不但從知識(shí)能力層面得到了鞏固，也達(dá)到了鍛煉學(xué)生的組織能力，交往能力，表達(dá)能力以及團(tuán)隊(duì)合作的能力，并培養(yǎng)學(xué)生具有工程技術(shù)人員應(yīng)有的職業(yè)道德和社會(huì)責(zé)任。因此，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法作為重要的教學(xué)手段很好地體現(xiàn)了工程教育理念，在化工原理教學(xué)中表現(xiàn)出較好的應(yīng)用效果和實(shí)踐價(jià)值，值得進(jìn)一步地借鑒和推廣。

4.教學(xué)效果評(píng)價(jià)方法的多樣化和有效性

課程考核既是對(duì)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)，也對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)起到督促和導(dǎo)向作用。優(yōu)化考核方法應(yīng)從專業(yè)認(rèn)證的要求出發(fā)，明確課程的教學(xué)目標(biāo)，以教學(xué)目標(biāo)確定考核的內(nèi)容。在明確考核內(nèi)容的基礎(chǔ)上，課程考核應(yīng)能夠做到全方位、多層面地評(píng)價(jià)課程教學(xué)效果。首先，常規(guī)的筆試形式采用簡(jiǎn)答、計(jì)算等多種題目型式，主要考核基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本原理的理解和應(yīng)用。其次，課程成績(jī)?cè)u(píng)定參照平時(shí)成績(jī)，平時(shí)成績(jī)可以體現(xiàn)在作業(yè)完成情況和學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)，可布置一些相關(guān)的小論文寫作來(lái)拓展能力。再次，也可以嘗試采用適合不同教學(xué)方法的多種考核方式，如前文提到的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法就可以采用答辯、匯報(bào)、成果展示等形式，從而能夠?qū)⒐こ虒?shí)踐能力納入考核成績(jī)的評(píng)定中去，其中還包括了溝通能力、合作精神、職業(yè)道德、創(chuàng)新思維等方面的考察，但是這方面學(xué)生能力不易量化，考慮可以通過(guò)自評(píng)、互評(píng)和投票的方式來(lái)體現(xiàn)。此外，還可以鼓勵(lì)學(xué)生參加相關(guān)興趣團(tuán)體活動(dòng)，參加大學(xué)生相關(guān)專業(yè)競(jìng)賽如化工設(shè)計(jì)大賽等，并根據(jù)學(xué)生取得的成果及掌握的知識(shí)能力情況適當(dāng)給予課程評(píng)價(jià)。最后，根據(jù)多層面、全方位的評(píng)價(jià)體系，綜合給出課程的總成績(jī)。教學(xué)評(píng)價(jià)方法多樣化有利于使成績(jī)能真正反映出學(xué)生對(duì)該門課程的掌握以及能力提升情況，以及滿足畢業(yè)要求的達(dá)成情況。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)工程教育專業(yè)認(rèn)證，可以明確工程教育專業(yè)質(zhì)量的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和基本要求，促進(jìn)高校和專業(yè)突出特色和優(yōu)勢(shì)，還有利于發(fā)現(xiàn)高校相關(guān)專業(yè)教學(xué)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，促進(jìn)科學(xué)規(guī)范的教學(xué)質(zhì)量管理和監(jiān)控體系的建立。同時(shí)，開展工程教育專業(yè)認(rèn)證工作能夠與國(guó)際注冊(cè)工程師制度相銜接，也是注冊(cè)工程師制度實(shí)施的前提和基礎(chǔ)，能確保學(xué)生在國(guó)際就業(yè)市場(chǎng)享受同等對(duì)待[5]。

為了達(dá)到認(rèn)證的要求，實(shí)現(xiàn)真正的以O(shè)BE理念為核心的現(xiàn)代工程教育，課程教學(xué)模式改革勢(shì)在必行。本文以專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向，將化工原理課程作為實(shí)例，提出了如何開展符合工程認(rèn)證的教學(xué)模式改革的建議，以期為探索如何根據(jù)專業(yè)認(rèn)證的相關(guān)要求來(lái)開展課程改革提供借鑒。