基于OBE理念的化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革探索*

唐新德，劉 寧，王津津，李昶紅，李來丙

(湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

成果導(dǎo)向教育(OBE)是一種以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向的教育理念[1]。OBE理念的核心在于學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，保證學(xué)生都具備工作后所需要的知識、能力和素質(zhì)[2-3]。近幾年以來，OBE作為工程教育專業(yè)認(rèn)證的基本理念在我國獲得了廣泛地認(rèn)同，應(yīng)用型本科院校是OBE模式改革的主要載體，我校作為應(yīng)用型工科高校正在積極準(zhǔn)備進(jìn)行相關(guān)專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證。對于化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生來說，化工原理課程設(shè)計(jì)對其實(shí)踐工程能力的培養(yǎng)是非常重要的。通過化工原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)不僅可以使學(xué)生去鞏固和加深化工原理的基本理論，尤為重要的是，促使學(xué)生主動(dòng)地運(yùn)用化工基本原理知識進(jìn)行設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際工程問題的能力，為其工作后適應(yīng)工作崗位打下良好的基礎(chǔ)[4]。然而，在傳統(tǒng)的化工原理課程設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，存在教學(xué)目標(biāo)沒有圍繞學(xué)生預(yù)期能力制定、教學(xué)內(nèi)容不能體現(xiàn)實(shí)際工程問題、教學(xué)方式是以“教師為中心”、考核評價(jià)方式輕視設(shè)計(jì)過程等問題，大部分學(xué)生只會根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中例題依樣畫瓢，沒有創(chuàng)新思維和工程意識，缺乏工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，設(shè)計(jì)正確性及效率低。對我院化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)生跟蹤調(diào)查也表明：相當(dāng)一部分新就業(yè)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力有待加強(qiáng)，不能達(dá)到所在崗位要求。

基于此，我們探討了OBE理念下化學(xué)工程與工藝專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)新模式，針對化工原理課程設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題，對課程教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、方式方法和考核評價(jià)等方面的教學(xué)改革進(jìn)行了相關(guān)的探討。

1 基于OBE理念下化工原理課程設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革模式

化工原理課程設(shè)計(jì)作為化學(xué)工程與工藝專業(yè)工程能力教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的重要途徑[5]。基于OBE理念，結(jié)合化工原理課程設(shè)計(jì)課程特點(diǎn)，改革其教學(xué)過程，圍繞預(yù)期學(xué)習(xí)成果，教學(xué)模式設(shè)計(jì)如圖1。從圖1可知，通過企業(yè)調(diào)研、畢業(yè)生訪談獲得的崗位需求來確定課程教學(xué)目標(biāo)，按照課程教學(xué)目標(biāo)、課程教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)方式方法、課程考核評價(jià)等環(huán)節(jié)形成閉環(huán)回路的課程教學(xué)新模式。

圖1 基于OBE理念的《化工原理課程設(shè)計(jì)》課程教學(xué)模式Fig.1 The teaching mode of the course design of Chemical Engineering Principle based on OBE idea

2 基于OBE理念下化工原理課程設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革內(nèi)容

2.1 獲取崗位需求，確定課程教學(xué)目標(biāo)

基于上述的OBE理念下《化工原理課程設(shè)計(jì)》課程教學(xué)模式，課程教學(xué)目標(biāo)是首要環(huán)節(jié)，其精準(zhǔn)設(shè)定有利于教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、教學(xué)方式的實(shí)施及教學(xué)考評的組織[6]。在傳統(tǒng)的化工原理課程設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，教學(xué)目標(biāo)沒有基于學(xué)生預(yù)期能力制定，不能達(dá)到專業(yè)認(rèn)證的畢業(yè)要求。通過到化工類企業(yè)調(diào)研以及從事化工行業(yè)的畢業(yè)生訪談等可知，化工原理課程設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)類課程培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，有益于化工工藝設(shè)計(jì)崗位的獲取。每門課程在專業(yè)課程體系中都不是孤立的，《化工原理課程設(shè)計(jì)》課程除了與《化工原理》課程密切相關(guān)外，也與《化工制圖與CAD》、《化工過程模擬》、《計(jì)算機(jī)在化工中應(yīng)用》等課程相關(guān)，因此，課程教學(xué)目標(biāo)也需要體現(xiàn)這些課程的特點(diǎn)。緊密圍繞化工工藝設(shè)計(jì)崗位培養(yǎng)目標(biāo)，將課程教學(xué)目標(biāo)分為知識、能力與素質(zhì)三個(gè)方面。(1)知識目標(biāo)：掌握能夠運(yùn)用于化工過程流程及設(shè)備的設(shè)計(jì)的工程基礎(chǔ)知識，掌握單元設(shè)備的設(shè)計(jì)原理、方法及步驟等。(2)能力目標(biāo)：運(yùn)用工程基礎(chǔ)知識分析解決工程問題的能力，設(shè)計(jì)單元設(shè)備和過程的能力，工程軟件模擬與應(yīng)用能力，工程制圖能力，個(gè)人和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及其它綜合考慮能力。(3)素質(zhì)目標(biāo)：道德素質(zhì)、表達(dá)素質(zhì)及協(xié)作交流素質(zhì)等。

2.2 緊扣課程教學(xué)目標(biāo)，改革教學(xué)內(nèi)容

在化工原理課程教學(xué)過程中，化工原理課程設(shè)計(jì)是一個(gè)非常綜合的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要聯(lián)系化工生產(chǎn)實(shí)際，綜合運(yùn)用化工原理基本理論及基本知識和先修基礎(chǔ)課程知識，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)才能較好的完成。傳統(tǒng)的化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容不能體現(xiàn)實(shí)際工程問題，手工計(jì)算耗時(shí)費(fèi)力，設(shè)計(jì)的正確性和效率不如人意，必須改革其教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)化工原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目標(biāo)，課程教學(xué)內(nèi)容主要如下：(1)化工單元操作的基本原理、物料衡算及熱量衡算、典型設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型；(2)化工制圖相關(guān)知識和CAD；(3)化工過程模擬知識、軟件及計(jì)算機(jī)輔助應(yīng)用；(4)調(diào)研化工生產(chǎn)實(shí)際問題；(5)課程設(shè)計(jì)的基本程序和方法。《化工原理課程設(shè)計(jì)》課程教學(xué)內(nèi)容的前面三項(xiàng)主要在先修課程中完成，通過《計(jì)算機(jī)在化工中應(yīng)用》課程知識的學(xué)習(xí)，就可利用Excel、Origin和Matlab等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的選取、核算和繪圖；《化工過程模擬》課程Aspen Plus軟件可廣泛用于各種物性參數(shù)選取、計(jì)算及單元操作流程的模擬計(jì)算，可以克服課程設(shè)計(jì)工藝計(jì)算中繁瑣的計(jì)算問題，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)中過程優(yōu)化選擇，這樣設(shè)計(jì)的正確性和效率將會大大提高[7]。通過調(diào)研化工生產(chǎn)的實(shí)際問題，進(jìn)而確定設(shè)計(jì)題目和設(shè)計(jì)內(nèi)容，有利于學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、提高解決工程問題的能力。本課程側(cè)重第四、五項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，對于第四項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，則需要安排進(jìn)當(dāng)?shù)鼗は嚓P(guān)企業(yè)實(shí)習(xí)；第五項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容有助于學(xué)生清楚課程設(shè)計(jì)的基本程序和方法。

2.3 改變教學(xué)觀念及方式，靈活應(yīng)用教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)

傳統(tǒng)的化工原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)觀念是以“教師為中心”，教學(xué)方式為教師對學(xué)生的單向灌輸式，在這種教學(xué)觀念及方式下，學(xué)生只會按照教師布置的設(shè)計(jì)任務(wù)書參照課程設(shè)計(jì)書上的例題完成課程設(shè)計(jì)，沒有創(chuàng)新思維和工程意識，缺乏工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，達(dá)不到應(yīng)有的教學(xué)目標(biāo)[4]。因此，基于OBE的理念，必須對化工原理課程設(shè)計(jì)的教學(xué)方式方法進(jìn)行改革。

(1)改變傳統(tǒng)的以“教師為中心”觀念，樹立新的“以學(xué)生為中心”觀念；改革傳統(tǒng)的單向灌輸式教學(xué)方式，創(chuàng)建新的“學(xué)生為主，教師為輔”教學(xué)方式。在化工原理課程設(shè)計(jì)過程中，教師需要教會學(xué)生怎么學(xué)、如何增強(qiáng)創(chuàng)新意識和工程觀念、如何發(fā)現(xiàn)解決設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的問題，從而提高其工程設(shè)計(jì)能力。在這過程中，必須以學(xué)生為主、教師為輔，教師需要給定課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，學(xué)生充分發(fā)揮主體能動(dòng)作用，自行組建設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，分工協(xié)作查找與設(shè)計(jì)課題相關(guān)的參考資料、確立設(shè)計(jì)思路、進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等，在設(shè)計(jì)過程中的輔導(dǎo)答疑也以學(xué)生討論為主，教師引導(dǎo)啟發(fā)、加強(qiáng)監(jiān)督，這樣能大大激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，開拓創(chuàng)新能力，進(jìn)而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決實(shí)際工程問題的能力。

(2)靈活地運(yùn)用各種教學(xué)方法，讓學(xué)生獲取知識、提高能力，確保學(xué)習(xí)成果的達(dá)成。在化工原理課程設(shè)計(jì)過程中，不同的設(shè)計(jì)階段應(yīng)采用不同的教學(xué)方法，以之實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)成果。在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，首先應(yīng)采用案例式教學(xué)方法，教師對優(yōu)秀設(shè)計(jì)案例的設(shè)計(jì)思路、步驟和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)講解；然后詳細(xì)了解學(xué)生情況，采用引導(dǎo)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生組建設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)；最后通過實(shí)地調(diào)研的方法，讓學(xué)生進(jìn)入當(dāng)?shù)鼗て髽I(yè)實(shí)習(xí)調(diào)研，確定設(shè)計(jì)課題。在設(shè)計(jì)階段，采用啟發(fā)式教學(xué)方法，在設(shè)計(jì)思路、方案優(yōu)化等方面進(jìn)行指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生工程基礎(chǔ)知識運(yùn)用能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程軟件模擬與應(yīng)用能力。在設(shè)計(jì)說明書的編寫和圖紙繪制階段，對于設(shè)計(jì)說明書的編寫采用案例式對比式教學(xué)方法，學(xué)生參考不同的設(shè)計(jì)說明書，確定統(tǒng)一的設(shè)計(jì)說明書的編寫格式，培養(yǎng)學(xué)生的書面表達(dá)能力；對于圖紙繪制，采用部分干預(yù)的啟發(fā)式教學(xué)方法，啟發(fā)學(xué)生改正繪制圖紙過程中出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生的工程制圖能力。各種教學(xué)方法的靈活運(yùn)用有利于激發(fā)學(xué)生的積極性主動(dòng)性，改善教學(xué)效果，提高教學(xué)質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。

2.4 建立多元考核評價(jià)體系，落實(shí)課程教學(xué)目標(biāo)

化工原理課程設(shè)計(jì)現(xiàn)有的考核評價(jià)方式主要是教師評價(jià)設(shè)計(jì)成果(學(xué)生所提交的設(shè)計(jì)說明書和圖紙)，很少對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行評價(jià)。要想真實(shí)反映學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，必須對現(xiàn)有的考核評價(jià)方式進(jìn)行改革[8]。不能僅憑學(xué)生設(shè)計(jì)成果評價(jià)學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)，而是要建立以工程實(shí)踐能力為主導(dǎo)、以過程評價(jià)和成果評價(jià)相結(jié)合的多元評價(jià)體系，確保課程教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)。過程評價(jià)是對學(xué)生設(shè)計(jì)階段各方面表現(xiàn)的測評，主要從設(shè)計(jì)態(tài)度與出勤情況、團(tuán)隊(duì)協(xié)作情況、提問釋疑情況、交流討論情況、答辯表現(xiàn)等方面進(jìn)行評價(jià)；其中提問釋疑情況指設(shè)計(jì)過程中教師向?qū)W生提問及其回答情況，交流討論情況指設(shè)計(jì)過程中團(tuán)隊(duì)個(gè)人之間、小組之間、個(gè)人及團(tuán)隊(duì)與教師的互相交流情況，答辯表現(xiàn)指對設(shè)計(jì)的理解和解決工程問題的能力。成果評價(jià)是對學(xué)生最終設(shè)計(jì)成果的評價(jià)，主要從設(shè)計(jì)說明書及圖紙的質(zhì)量等方面進(jìn)行評價(jià)；其中設(shè)計(jì)說明書的質(zhì)量的評價(jià)是對設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)思路、創(chuàng)新性、計(jì)算的準(zhǔn)確性等方面進(jìn)行評價(jià)，圖紙的質(zhì)量的評價(jià)是對圖紙的規(guī)范性和準(zhǔn)確性等方面進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)主體包括學(xué)生個(gè)人、小組和教師，在課程評價(jià)過程中將學(xué)生自評、小組互評和教師評價(jià)相結(jié)合。課程評價(jià)體系的構(gòu)成及權(quán)重關(guān)系如表1所示。

表1 基于OBE 理念的《化工原理課程設(shè)計(jì)》課程評價(jià)體系Table 1 The Assessment System of the course design of Chemical Engineering Principle based on OBE idea

2.5 持續(xù)改進(jìn)

OBE理念一個(gè)重要原則就是持續(xù)改進(jìn)。在化工原理課程設(shè)計(jì)課程目標(biāo)、內(nèi)容、方式、考核評價(jià)等方面的教學(xué)工作完成后，分析學(xué)生預(yù)期成果的達(dá)成度，是否存在偏差，偏差發(fā)生在課程教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、方式、考核評價(jià)的哪個(gè)方面，并進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，及時(shí)反饋給教學(xué)管理部門，不斷的循環(huán)改進(jìn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出。

3 結(jié) 語

基于OBE理念，我們探討了化學(xué)工程與工藝專業(yè)化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)新模式，對化工原理課程設(shè)計(jì)的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了重新梳理，通過企業(yè)調(diào)研和畢業(yè)生訪談等獲取崗位需求，確定課程教學(xué)目標(biāo)；緊扣課程教學(xué)目標(biāo)，改革教學(xué)內(nèi)容；改變教學(xué)觀念及方式，靈活應(yīng)用教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)；建立多元考核評價(jià)體系，落實(shí)課程教學(xué)目標(biāo)；最后通過教學(xué)反思持續(xù)改進(jìn)課程的各教學(xué)環(huán)節(jié)，形成“閉合回路”。這種教學(xué)新模式將促進(jìn)具有工程實(shí)踐能力人才的培養(yǎng)，為應(yīng)用型高校化工類專業(yè)的工程實(shí)踐課程建設(shè)提供有益的借鑒。