工程教育認(rèn)證視域下《粉體工程》課程一站式教學(xué)模式的探索

劉 菲 趙彥亮 譚俊華 朱開金

太原工業(yè)學(xué)院材料工程系，山西 太原 030008

以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向和持續(xù)改進(jìn)，是工程教育認(rèn)證提出的三大核心理念。這三者明確了工科教育的育人方向，既要充分尊重學(xué)生作為獨(dú)立個(gè)體“人”的發(fā)展需要，全面綜合考慮個(gè)體差異，以平等的機(jī)會(huì)引導(dǎo)所有學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)成果，又通過“評(píng)價(jià)－反饋－改進(jìn)”的閉環(huán)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)效果的持續(xù)改進(jìn)［1-4］。專業(yè)認(rèn)證作為高等教育質(zhì)量保障體系的重要組成部分，在2022年11 月開始使用的《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)解讀及使用指南（2022 版）》中，明確說明了本科層次人才培養(yǎng)的主要目標(biāo)是解決復(fù)雜工程問題的工程師，畢業(yè)要求聚焦在復(fù)雜工程問題而非寬泛或一般工程問題，并且新增了計(jì)算思維、可持續(xù)發(fā)展、全生命成本、零凈碳排放目標(biāo)、多樣性和包容性等。

《粉體工程》是太原工業(yè)學(xué)院無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)核心課程，圍繞粉體的特性與應(yīng)用，將粉體的粒度、性質(zhì)、顆粒間的物理與化學(xué)作用，以及加工處理過程中所包含的理論、設(shè)備、工藝等內(nèi)容匯于一體，囊括了高等數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、電子、機(jī)械設(shè)備、工程管理、環(huán)境保護(hù)等很多學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，是一門綜合性很強(qiáng)的交叉科學(xué)，具有很強(qiáng)的適用性，可在材料、能源、制藥、化工、冶金、食品加工等行業(yè)廣泛應(yīng)用。隨著新材料行業(yè)的不斷發(fā)展，按照工程認(rèn)證中面向企業(yè)需求，基于畢業(yè)生和企業(yè)的問卷反饋，本課程通過校企合作的教學(xué)模式，從企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜工程入手，抽象提煉出復(fù)雜工程問題，以學(xué)生能力和素養(yǎng)的提升為目的，打破傳統(tǒng)教材中常規(guī)的知識(shí)劃分，通過案例貫穿不同章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)，一站式培養(yǎng)快速上手的企業(yè)工程師，縮短從畢業(yè)生到工程師的適應(yīng)階段，同時(shí)課程設(shè)置和內(nèi)容講授與時(shí)俱進(jìn)，不斷將科研一線的新技術(shù)、新成果及時(shí)融入課程內(nèi)容中，提高學(xué)生運(yùn)用深入的工程原理解決復(fù)雜工程問題的能力。經(jīng)過五年的探索與實(shí)踐，通過畢業(yè)生和企業(yè)的反饋，學(xué)生的能力素養(yǎng)得到較大提升，達(dá)到了工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的畢業(yè)要求，推動(dòng)“持續(xù)改進(jìn)”良性運(yùn)轉(zhuǎn)。

一、課程定位與改革理念

基于工程教育認(rèn)證核心理念之持續(xù)改進(jìn)，本專業(yè)對(duì)行業(yè)企業(yè)、畢業(yè)生開展了針對(duì)學(xué)科建設(shè)、專業(yè)建設(shè)和課程設(shè)置等內(nèi)容的問卷調(diào)查，涵蓋了對(duì)畢業(yè)生的專業(yè)素質(zhì)和能力的評(píng)估，以及畢業(yè)后的就業(yè)情況。調(diào)查結(jié)果顯示，95%的企業(yè)表示太原工業(yè)學(xué)院的畢業(yè)生動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)，新人上崗培訓(xùn)周期短，工作適應(yīng)性強(qiáng)；93．5%的學(xué)生表示在學(xué)校所學(xué)課程和實(shí)踐技能可以滿足工作崗位的需求；45%的畢業(yè)生表示，某些核心課程尤其是綜合性、交叉性強(qiáng)的課程，教學(xué)內(nèi)容比較分散，章節(jié)之間的知識(shí)點(diǎn)比較獨(dú)立，沒有形成邏輯關(guān)聯(lián)的整體，與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程脫節(jié)。

企業(yè)生產(chǎn)過程往往是一個(gè)復(fù)雜工程活動(dòng)，既包括設(shè)備使用、技術(shù)工藝，又包括原料加工和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控，甚至還涉及土建、水電、儀表等等，學(xué)生必須具有完整的工程思維、縝密的計(jì)算思維，具備串聯(lián)零散知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力，才能快速成長為行業(yè)的技術(shù)人才，達(dá)到專業(yè)設(shè)置的人才培養(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量就業(yè)［5］。復(fù)雜工程問題不是閉門造車，這樣的案例往往與現(xiàn)實(shí)相偏離，甚至是違反生產(chǎn)規(guī)律的，必須從企業(yè)真正的生產(chǎn)過程中挖掘、提煉工程模型，與課堂上的理論知識(shí)共同形成復(fù)雜工程問題，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、在企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速上手具有指導(dǎo)意義。

《粉體工程》課程在工程教育理念的指導(dǎo)下，以行業(yè)企業(yè)和畢業(yè)生反饋結(jié)果為基礎(chǔ)，通過社會(huì)服務(wù)“反哺”學(xué)科建設(shè)和課程設(shè)計(jì)，形成具有持續(xù)性改進(jìn)功能的閉環(huán)機(jī)制，將企業(yè)生產(chǎn)的多元化復(fù)雜工程問題與課程知識(shí)的適用性相結(jié)合，以知識(shí)傳授、個(gè)人能力發(fā)展和素養(yǎng)提升、服務(wù)社會(huì)進(jìn)步的綜合取向?yàn)榕囵B(yǎng)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)課程建設(shè)服務(wù)于個(gè)人、服務(wù)于社會(huì)，個(gè)人與社會(huì)互利共生的課程發(fā)展良性生態(tài)。

二、教學(xué)模式改革與創(chuàng)新

（一）打破章節(jié)之間的壁壘，以校企合作案例串聯(lián)知識(shí)點(diǎn)

現(xiàn)有多個(gè)版本的教材雖然篇幅和內(nèi)容略有不同，但是大體結(jié)構(gòu)相同，均分為上篇理論部分和下篇的設(shè)備及應(yīng)用部分，這樣編排的好處是學(xué)生可以從學(xué)習(xí)粉體的基本知識(shí)和特性入手，過渡到加工、處理、運(yùn)輸、應(yīng)用等環(huán)節(jié)的設(shè)備結(jié)構(gòu)、特性和選型。但學(xué)生學(xué)到的知識(shí)往往零散而不連貫。因此，在后期解決實(shí)際問題時(shí)，靈活運(yùn)用和舉一反三的能力不足，無法滿足企業(yè)的實(shí)際需求。并且，粉體的基礎(chǔ)知識(shí)理論性強(qiáng)，顯得有些枯燥，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中缺乏興趣，學(xué)習(xí)效果不佳。針對(duì)這樣的情況，本課程在改革中采用企業(yè)案例作為主線，將理論知識(shí)融入每條主線中，從復(fù)雜工程活動(dòng)中抽象出復(fù)雜工程問題，以案例引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入情境，激發(fā)興趣，帶著實(shí)際問題再去學(xué)習(xí)各種知識(shí)，有的放矢地提高技能。例如，以鎂砂的生產(chǎn)工藝為例，將鎂砂本身的特性、礦石的破碎設(shè)備、物料粉磨機(jī)械、鎂砂的鍛造等知識(shí)點(diǎn)貫穿在一起，講授了粉體的特性、主要選用的破碎設(shè)備、粉體的分級(jí)與篩選、固相燒結(jié)的造粒方法等知識(shí)，邀請(qǐng)企業(yè)工程師重點(diǎn)介紹相關(guān)設(shè)備的選型、產(chǎn)線布控和廠房利用等知識(shí)，以工藝帶動(dòng)知識(shí)點(diǎn)講解，邏輯性更強(qiáng)，理解更透徹，掌握得更牢固，應(yīng)用能力顯著提升，踐行一站式人才培養(yǎng)的社會(huì)服務(wù)功能。

（二）以實(shí)際工程問題作為課程設(shè)計(jì)，融入計(jì)算思維，強(qiáng)化學(xué)生主體意識(shí)

工程教育強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)、提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，該能力體現(xiàn)為具有分析性、創(chuàng)造性和系統(tǒng)性特征的計(jì)算思維能力［6］。計(jì)算思維是指使用處理信息解決復(fù)雜問題所需的思維技能、習(xí)慣或方法［7］，在解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)中必不可少，包含6 項(xiàng)重要技能：抽象、分解、算法思維、泛化與模式、評(píng)估、邏輯［6］。

在粉體流變知識(shí)章節(jié)，理論知識(shí)比較多，學(xué)生理解起來比較困難，但是在實(shí)際應(yīng)用中卻很重要。在本部分的課程講授中（如圖1 所示），以工程案例先建立料倉的設(shè)計(jì)思想，通過簡化事物，確定問題最重要的方面，忽略不必要的細(xì)節(jié)，抽象出設(shè)計(jì)模型；再引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，通過分解技能——將一個(gè)復(fù)雜工程問題分解成多個(gè)更易于管理和解決的小步驟，專注于解決每個(gè)小問題——引出不同粉體在流動(dòng)過程中的狀態(tài)和特點(diǎn)，闡明這些理論性強(qiáng)的知識(shí)點(diǎn)如何應(yīng)用，可以拿來解決什么問題；最后要求學(xué)生根據(jù)工廠實(shí)際生產(chǎn)需要，設(shè)計(jì)一套完整的流料倉，從料倉形狀選擇、材質(zhì)選取、獨(dú)立試算到繪制工程圖、模型制作完成設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)向?qū)嵺`動(dòng)手能力的轉(zhuǎn)化。該種模式的課程設(shè)計(jì)方案在工科課程教學(xué)中具有普適性，具備泛化技能。

三、對(duì)標(biāo)全生命周期成本，突出可持續(xù)發(fā)展

全生命周期成本，是指產(chǎn)品在有效使用期間所發(fā)生的與該產(chǎn)品有關(guān)的所有成本。包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本、制造成本、采購成本、使用成本、維修保養(yǎng)成本、廢棄處置成本等［8］。廣義角度看，是產(chǎn)品的全生命周期成本，還包括社會(huì)責(zé)任成本。社會(huì)責(zé)任成本并不是一種單一成本，是貫穿在產(chǎn)品生產(chǎn)、使用、處理和回收等過程中的成本，主要是環(huán)境衛(wèi)生、污水處理等所發(fā)生的成本支出［9］。社會(huì)責(zé)任成本可以影響管理者對(duì)產(chǎn)品的定價(jià)決策，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的長期收益和潛在收益有指導(dǎo)意義，有利于企業(yè)優(yōu)化收益，實(shí)現(xiàn)更長期、更均衡的收益。在講解選粉機(jī)集成一體化的內(nèi)容時(shí)，將同行課程無機(jī)材料工藝學(xué)中新型干法水泥熟料生產(chǎn)過程，尤其是水泥窯頭和窯尾的余熱與選粉中的烘干功能相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)的合理組織利用，充分體現(xiàn)全生命周期成本管理。再如，粉磨、混合造粒等內(nèi)容與無機(jī)工藝學(xué)中的燒成集合在一起，從顆粒特性和混合造粒的需求，解析如何提高燃燒效率，促進(jìn)物料發(fā)生固相反應(yīng)，降低制造成本，融合全生命周期成本概念，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維和工程管理思維，形成知識(shí)體系的遷移能力，直接為企業(yè)一站式培養(yǎng)上手快、能解決復(fù)雜工程問題的學(xué)生。在講授料倉設(shè)計(jì)及設(shè)備選型的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，融入舊產(chǎn)線的改造設(shè)計(jì)與廠房再利用的知識(shí)，利用無機(jī)工廠設(shè)計(jì)概論課程中的廠房布置規(guī)則，從降低廢物處置成本的角度，以全生命周期成本的理念引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)備、產(chǎn)線和廠房的二次利用，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

四、考核評(píng)價(jià)體系改革，更側(cè)重過程管理與評(píng)價(jià)

基于工程教育認(rèn)證的課程改革，更重視過程的跟蹤量化考核。過程管理是培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成的有力保障，也是對(duì)教學(xué)過程的檢視和持續(xù)性改進(jìn)的必要方法。本課程更側(cè)重于評(píng)價(jià)對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和靈活運(yùn)用的能力，采用分組任務(wù)的形式，每組布置不同的工程案例題目，不僅考查學(xué)生們對(duì)專業(yè)知識(shí)的靈活掌握程度，也兼顧了對(duì)資源的搜集、小組成員團(tuán)隊(duì)協(xié)作、報(bào)告撰寫以及現(xiàn)場(chǎng)答辯能力，綜合性很強(qiáng)，該部分考核的比重占25%；模型設(shè)計(jì)與制作部分重點(diǎn)考查學(xué)生通過計(jì)算思維解決工程數(shù)學(xué)問題的能力，是學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的必備技能，該項(xiàng)考核占20%；這兩個(gè)部分均由教師和學(xué)生共同評(píng)價(jià)產(chǎn)生分?jǐn)?shù)，旨在提高學(xué)生參與度，通過朋輩指引增進(jìn)學(xué)習(xí)效果。其余部分則通過期末考試完成，重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和綜合運(yùn)用能力。

五、結(jié)語

工程教育認(rèn)證是高等教育與國際工程教育接軌的有效助推器，是工程教育類專業(yè)提高教育質(zhì)量的促進(jìn)劑。在此模式下培養(yǎng)的學(xué)生，解決了傳統(tǒng)教育方式達(dá)成度不高的問題，提高了解決復(fù)雜工程問題的核心能力。專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)明確要求，學(xué)生在畢業(yè)五年后的社會(huì)和專業(yè)成就仍能與培養(yǎng)目標(biāo)相契合。本課程基于這條要求，以行業(yè)企業(yè)和畢業(yè)生的社會(huì)成就和個(gè)人價(jià)值的問卷反饋為依據(jù)，從課程定位和改革理念、教學(xué)模式與改革、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)效果考核評(píng)價(jià)與可持續(xù)發(fā)展四個(gè)方面進(jìn)行了改革與探索，形成閉環(huán)機(jī)制，構(gòu)建工程認(rèn)證持續(xù)性改進(jìn)的理念。在工程教育專業(yè)認(rèn)證的大背景下，本課程的教學(xué)模式對(duì)于其他工科課程實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)應(yīng)用能力強(qiáng)的一站式綜合型人才，提供了一種新的路徑，具有重要的借鑒作用和指導(dǎo)意義。