新工科、工程教育專業(yè)認證雙背景下課程教學改革研究
——以《工業(yè)通風》為例

易燦南副教授 胡 鴻副教授 劉美英副教授 易玉枚副教授 耿偉樂

（湖南工學院 安全與環(huán)境工程學院，湖南 衡陽 421002）

0 引言

第四次工業(yè)革命的到來，促使工程教育進行全方位變革[1]。德國率先推出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，美國提出“工業(yè)復興”、“先進制造業(yè)”等措施，我國實施了國家創(chuàng)新驅動發(fā)展、“中國制造2015”、“互聯(lián)網(wǎng)＋”等重大戰(zhàn)略，促進新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展[2]。我國工程教育規(guī)模世界第一，但世界經(jīng)濟論壇發(fā)表的《全球競爭力報告（2016～2017）》卻顯示我國在“Availability of scientists and engineerings”一項中名列第30位[3]，同時，我國工程教育人才不足，工程教育與新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟發(fā)展存在脫節(jié)[4]。2016年，教育部提出“新工科”概念并于2017年開展了一系列研討[5]——“復旦共識”、“天大行動”以及“北京指南”。如何培養(yǎng)滿足新工業(yè)技術革命要求的工程人才，是當前中國工程教育迫切需要解決的問題。

專業(yè)認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現(xiàn)工程教育的國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。2016年6月中國成為“華盛頓協(xié)議”第18個正式成員，標志著我國工程教育專業(yè)認證體系實現(xiàn)國際實質等效。2008年安全工程專業(yè)被列為教育部10個認證專業(yè)范圍，中國礦業(yè)大學（北京）開始了首次認證工作，到目前為止，全國已有30所高校安全工程專業(yè)通過了認證[6]。

我國工程教育向國際接軌，但新工業(yè)技術革命又給工程人才培養(yǎng)提出了新的要求：不僅要有過硬的專業(yè)知識，還要求具有全球視野、工程倫理意識、創(chuàng)新意識、合作意識、發(fā)展意識、服務意識和跨界創(chuàng)新能力[7]。因此需要根據(jù)新工科人才能力要求以及工程教育認證要求制定和優(yōu)化人才培養(yǎng)體系，開展課程教學改革，以促成培養(yǎng)滿足社會發(fā)展需求的新型工程人才。其中，課程教學改革是達成新工科能力要求、工程教育專業(yè)認證畢業(yè)要求的關鍵途徑，是人才培養(yǎng)的最基礎環(huán)節(jié)。本研究將結合安全工程專業(yè)《工業(yè)通風》課程教學中存在的問題，探討新工科、工程教育專業(yè)認證雙背景下該課程教學改革，以培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求的高素質人才。

1 《工業(yè)通風》課程教學中存在的問題

《工業(yè)通風》是安全工程專業(yè)中一門重要的專業(yè)課，理論性強且具有很強的實踐性[8]。該課程重在培養(yǎng)學生對污染物的控制能力——依據(jù)污染物產(chǎn)生和傳播途徑，提出污染物控制方案，并能夠設計相應的通風系統(tǒng)。目前，《工業(yè)通風》課程在教學中主要存在以下問題：

（1）學生存在的問題。

《工業(yè)通風》課程理論性很強，大部分學生反應難以很好把握課程體系，對于各種排風罩工作原理、適用場合以及設計計算思路，凈化設備工作原理及適應條件，以及通風系統(tǒng)設計存在概念模糊、計算混淆的情況。其次，該課程學習需要有較好的《流體力學》知識為基礎且涉及大量計算，部分高校安全工程專業(yè)為文理兼招，文科背景學生反應難以理解一些基本概念和計算。再次，由于對工業(yè)通風缺乏感性和理性認識，學生學習積極性不高。

（2）教學方法存在的問題。

首先，傳統(tǒng)“填鴨式”教育難以滿足培養(yǎng)學生工程能力的培養(yǎng)要求。其次，單一授課方式難以全面呈現(xiàn)信息：采用板書教學，學生能夠較好的理解公式推理過程以及設計過程，但對工業(yè)通風設備及系統(tǒng)難以有形象的認識；采用多媒體方式，能夠通過展示圖片的方式讓學生加強對工業(yè)通風系統(tǒng)相關問題的認識，但是部分學生反應難以理解公式推理過程。

（3）考核方法存在的問題。

《工業(yè)通風》考核一般包括理論教學、實驗、課程設計三個培養(yǎng)環(huán)節(jié)。其中，理論教學考核成績和實驗成績計入《工業(yè)通風》課程成績，而課程設計成績單列。在傳統(tǒng)考核方式中，一般采取期末考試成績與平時成績（包括實驗成績）各占70%、30%的方式，而課程設計通常依據(jù)設計說明書及圖紙打分。這種考核方式便于維護教學秩序，但不利于培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力[9]。

2 《工業(yè)通風》課程教學改革

2.1 課程內容體系

針對初學學生難以把握該課程內容體系，繪制思維導圖，如下圖。下圖不僅可以直觀展示課程內容體系，還有助于學生把握每部分內容在課程中的地位與作用。

2.2 教學方法

2.2.1 授課方式

（1）以板書和多媒體相結合的授課方式。

可依照《工業(yè)通風》教學內容性質而采用不同的授課方式。例如，運用多媒體演示通風設備工作原理，通過視覺刺激直觀展示其運行原理與過程；通過板書進行公式推導、介紹理論分析過程，可加深學生對其物理含義的理解。

圖 工業(yè)通風課程體系思維導圖Fig. Mind map of Industrial Ventilation

（2）引導式、案例式、項目式等多種教學方法相結合。

在教學過程中，采用引導式、案例式以及項目式等多種教學方法相結合的方式，吸引學生注意力，提高學習參與積極性[10]。例如，在介紹工業(yè)通風課程時，可以用引導式教學方式引導學生思考工業(yè)通風是什么——“上學期認識實習中，同學去到有大量難聞刺激氣味的舊電鍍車間，請問你怎么解決？”；在講述通風方案時，可以以學生所熟悉的“學校食堂通風”為例，分析廚房污染物特征，以圖片或者回憶的方式刺激學生思考食堂選擇何種通風方案才能有效降低廚房油煙濃度，改善作業(yè)環(huán)境；在講述凈化裝置選擇時，可以發(fā)布“硫鐵礦燃燒制備硫酸除塵凈化”項目，要求學生自行了解硫鐵礦燃燒制備硫酸工藝，探討制備高純度硫酸應該去除哪些污染氣體和液體雜質，應該選擇哪些凈化裝置才能達到制備目的。

（3）結合仿真軟件介紹工作原理。

結合仿真軟件，如CFD數(shù)值模擬技術實現(xiàn)通風過程的動態(tài)描述[11]，引起學生興趣并且培養(yǎng)其工程實踐的基本思想。例如，可以結合《工業(yè)通風》授課內容，實現(xiàn)不同環(huán)節(jié)內容的動態(tài)描述，如排風罩工作原理、凈化裝置工作原理、防排煙通風系統(tǒng)等。

（4）開展網(wǎng)絡教學模式。

安全工程專業(yè)理論課課時均為32h左右，但32h難以完成《工業(yè)通風》課程教學任務，需引入新的教學模式，MOOC是其有效教學模式。根據(jù)課程內容知識模塊，錄制部分教學內容改為網(wǎng)絡教學，讓學生課外網(wǎng)絡學習，課堂上再重點講解。這種網(wǎng)絡教學模式，不但有利于翻轉課堂的實施，且培養(yǎng)學生自我學習能力，提高教學效率與學習效果。

2.2.2 以能力訓練為目標的教學組織設計

以通風系統(tǒng)設計、評價能力為培養(yǎng)目標，制定該課程能力培養(yǎng)指標體系，設計能力培養(yǎng)設計訓練題目：

（1）正確確定通風方案的能力。

（2）進行全面通風系統(tǒng)設計計算的能力：正確確定氣流組織形式的能力；正確計算全面通風量的能力。

（3）進行局部排風系統(tǒng)設計的能力：正確選擇排風罩、凈化裝置的能力；正確設計不同場所所需排風罩結構尺寸并計算風量的能力；依據(jù)工藝要求、建筑結構特征以及環(huán)境特點正確設計管網(wǎng)并布置；水力計算的能力。

以“正確計算全面通風量的能力”為例，在教材中一般列出了處理“污染物、余熱與余濕”所需要的全面通風量的計算公式，并列出存在數(shù)種不同污染物時通風量的計算方法。為鞏固不同場所下全面通風量的計算方法，可設計能力訓練題目如下：某車間，同時散發(fā)一氧化碳和二氧化硫；某車間，同時散發(fā)苯、醋酸乙酯、三氧化二硫、二氧化碳；某車間，散發(fā)硫酸蒸汽，存在余熱；某車間，散發(fā)氟化氫，同時存在余熱和余濕；某車間，同時散發(fā)苯、醋酸乙酯、三氧化二硫、二氧化碳，且存在余熱和余濕。要求學生根據(jù)所學知識確定以上5種場所中全面通風量的計算方法，教師引導學生進行思考以完成訓練，并總結不同場所存在不同污染物情況下的全面通風量計算方法。

2.3 考核改革

根據(jù)安全工程畢業(yè)要求，以能力培養(yǎng)為目標，制定包含授課過程、實驗以及考試3個環(huán)節(jié)的考核體系，確定各環(huán)節(jié)的評分指標體系，及其權重，確定合理的評分方案。授課過程考核從以下3方面開展：

（1）繪圖能力考核。

根據(jù)已有通風系統(tǒng)正視圖，繪制側視圖（課程開始1-2次課后）；參觀某場所通風系統(tǒng)，繪制三視圖（排風罩、凈化裝置內容學習完成后）。

（2）設計能力考核。

依據(jù)2.2.2環(huán)節(jié)設計的能力訓練過程，進行考核。

（3）其他。

對出勤率、作業(yè)以及回答問題情況進行考核。

3 結論

（1）《工業(yè)通風》課堂教學中存在學生對知識內容體系認識不全面、學習積極性不高等現(xiàn)象，傳統(tǒng)的教學方式也制約了工程能力的培養(yǎng)：可以通過思維導圖等方法，促進學生全面認識課程內容體系；采用引導式、案例式以及項目式等教學方式以提高學生的學習積極性；結合仿真軟件介紹工作原理，并采用MOOC等網(wǎng)絡授課方式，打造立體學習氛圍。

（2）能力培養(yǎng)是新工科、專業(yè)認證的核心內容，可根據(jù)專業(yè)定位確定《工業(yè)通風》能力培養(yǎng)體系，設計能力訓練項目，全面提升通風系統(tǒng)設計與評價的能力。

（3）《工業(yè)通風》課程過程考核可從繪圖能力考核、設計能力考核和出勤率、作業(yè)以及回答問題情況3個方面來開展，促進通風系統(tǒng)設計能力的全面提升。