工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下環(huán)境科學(xué)專業(yè)化工原理實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐

王保明，湯建偉* ，任 珂，李應(yīng)選，劉鵬飛，丁俊祥

(1.鄭州大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.鄭州大學(xué) 化工學(xué)院，河南 鄭州 450001)

化工原理實(shí)驗課程作為環(huán)境科學(xué)專業(yè)的必修課，為后續(xù)開設(shè)的環(huán)境監(jiān)測、水污染控制工程、大氣污染控制工程、固體廢物處理與處置等專業(yè)核心課程提供基本理論支撐和工程實(shí)踐銜接。所以，該課程對于環(huán)境科學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)，具有重要的意義。同時，化工原理實(shí)驗課程的教學(xué)質(zhì)量是工程教育專業(yè)認(rèn)證體系中一項不可或缺的指標(biāo)，因此，結(jié)合環(huán)境科學(xué)專業(yè)的專業(yè)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)目標(biāo)定位，構(gòu)建滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的環(huán)境科學(xué)專業(yè)化工原理實(shí)驗課程教學(xué)體系勢在必行。

工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念主要有三方面：①以學(xué)生為中心；②以學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向；③堅持持續(xù)改進(jìn)。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，本文以環(huán)境科學(xué)專業(yè)的大學(xué)生為載體，基于工程教育專業(yè)認(rèn)證人才培養(yǎng)目標(biāo)，探究環(huán)境科學(xué)專業(yè)化工原理實(shí)驗課程目標(biāo)設(shè)置、目標(biāo)達(dá)成途徑與措施、考核評價方式、課程達(dá)標(biāo)度分析以及教學(xué)結(jié)果分析與反思方面的改革與實(shí)踐，構(gòu)建適用于工程教育環(huán)境科學(xué)專業(yè)認(rèn)證的化工原理實(shí)驗課程教學(xué)體系，推動建立有利于學(xué)生發(fā)展，滿足生態(tài)文明建設(shè)需求的高素質(zhì)工程技術(shù)人才培養(yǎng)評價新體系，為后續(xù)專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)和高校教學(xué)改革提供參考。

1 課程性質(zhì)與目標(biāo)設(shè)置

化工原理實(shí)驗課程是學(xué)習(xí)、掌握和運(yùn)用化工原理課程內(nèi)容必不可少的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，和其他實(shí)驗課程一樣，是理論聯(lián)系實(shí)際的重要方式。但其具有明顯的工程特點(diǎn)，面對的是工程問題。在環(huán)境科學(xué)專業(yè)中，化工原理實(shí)驗課程作為專業(yè)實(shí)踐必修課單獨(dú)開設(shè)。根據(jù)工程教育環(huán)境科學(xué)專業(yè)的認(rèn)證要求，不斷修訂實(shí)驗教學(xué)大綱，優(yōu)化實(shí)驗項目，將該課程目標(biāo)設(shè)置為：①驗證理論，提高基本動手能力；②培養(yǎng)環(huán)境化工實(shí)驗研究能力；③培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。該三項課程目標(biāo)能夠有效支撐工程教育環(huán)境科學(xué)專業(yè)認(rèn)證中對本科生的畢業(yè)要求。

2 目標(biāo)達(dá)成的途徑和措施

為了實(shí)現(xiàn)以上課程目標(biāo)，使學(xué)生達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)的要求，我們不斷優(yōu)化實(shí)驗項目，更新和完善該課程的教學(xué)內(nèi)容，在化工原理實(shí)驗課程教學(xué)中滲透專業(yè)課知識及實(shí)例，發(fā)揮該課程的過渡和銜接作用；把最新的政策形勢、前沿理論、工藝技術(shù)、工程案例添加到教學(xué)中，課程真正做到“常講常新”，確保學(xué)生的每一堂實(shí)驗課都可以學(xué)到新知識。

將化工原理實(shí)驗課程教學(xué)內(nèi)容與課時分配進(jìn)行了重新設(shè)置。教學(xué)內(nèi)容及課時分配如表1所示。

表1 環(huán)境科學(xué)專業(yè)化工原理實(shí)驗課程學(xué)時分配表

高校教學(xué)改革中的重要內(nèi)容之一是教學(xué)方法改革，教學(xué)方法和手段直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，決定其對所學(xué)內(nèi)容的理解和掌握程度。近年來，我們不斷改進(jìn)教學(xué)方法和手段，逐漸形成了化工原理實(shí)驗五步法特色教學(xué)。①課堂集中授課。主要講授實(shí)驗內(nèi)容、目的、原理、裝置流程、數(shù)據(jù)測試方法、數(shù)據(jù)基本處理方法和用到的測試儀器、儀表。②實(shí)驗室現(xiàn)場小組授課。教師在設(shè)備旁為小組講授所需操作測試的內(nèi)容，工藝流程設(shè)備、儀器、儀表、數(shù)據(jù)采集與控制元件的原理和結(jié)構(gòu)及使用方法，實(shí)驗室安全注意事項與實(shí)驗數(shù)據(jù)誤差的主要來源，然后指導(dǎo)教師演示一遍實(shí)驗操作過程。③實(shí)驗前小型測試。實(shí)驗前，教師檢查學(xué)生本次實(shí)驗的思考題完成情況，并給出成績；然后采用閉卷方式考查學(xué)生的實(shí)驗準(zhǔn)備情況，之后學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗，老師現(xiàn)場批改試卷，給出分?jǐn)?shù)，不及格者重新考試，直到及格為止。④以學(xué)生為主導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗現(xiàn)場測試。在確保安全的前提下，學(xué)生可以根據(jù)自己的方案進(jìn)行實(shí)驗測試，為避免出現(xiàn)較大的錯誤操作和事故，指導(dǎo)教師監(jiān)督學(xué)生的操作進(jìn)程。⑤實(shí)驗報告撰寫。該報告類似小論文，要求學(xué)生重點(diǎn)介紹實(shí)驗方案、數(shù)據(jù)采集與處理方法、實(shí)驗結(jié)果分析與討論。教師側(cè)重考查實(shí)驗方案的可行性與創(chuàng)新性、數(shù)據(jù)采集與處理的可靠性與科學(xué)性、結(jié)果分析與討論的全面性與創(chuàng)新性，并據(jù)此給出相應(yīng)分?jǐn)?shù)，并在下次實(shí)驗前與學(xué)生互動交流。化工原理實(shí)驗五步法特色教學(xué)為培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實(shí)驗研究能力和創(chuàng)新能力打下了良好的基礎(chǔ)，獲得了鄭州大學(xué)2019年度“一院一范例”本科教育教學(xué)建設(shè)項目支持，并已結(jié)項。

3 課程考核評價方式

化工原理實(shí)驗課程考核評價不同于理論課，要用適當(dāng)?shù)姆绞娇疾鞂W(xué)生對實(shí)驗內(nèi)容的掌握程度和實(shí)際動手能力，既考知識又考能力。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力、實(shí)驗研究能力、綜合能力和創(chuàng)新能力，我們進(jìn)一步創(chuàng)新實(shí)驗考核方法，對單個動手實(shí)驗的成績評定采用過程性考核和實(shí)踐性考核。

單個動手實(shí)驗100分，包括實(shí)驗現(xiàn)場操作40分和實(shí)驗報告60分。實(shí)驗現(xiàn)場操作40分包含實(shí)驗紀(jì)律5分、預(yù)習(xí)報告5分、測試考查10分、分工協(xié)作10分、實(shí)驗安全10分。紀(jì)律指的是出勤及課堂表現(xiàn)情況；預(yù)習(xí)報告指的是安全承諾書簽字和實(shí)驗講義后思考題答題情況；測試考查指現(xiàn)場筆試或口頭提問；分工協(xié)作是指實(shí)驗操作過程中組員之間的配合協(xié)作情況以及按時完成情況；實(shí)驗安全是指實(shí)驗操作過程中的安全操作。實(shí)驗報告60分包含實(shí)驗原理10分、實(shí)驗流程圖10分、計算示例10分、實(shí)驗結(jié)果10分、實(shí)驗分析10分、報告整潔度10分。報告整潔度是指實(shí)驗報告整體情況，包括書寫、條理、思路、整潔及裝訂等多方面的考察。為了使課程總成績更能真正反映學(xué)生的綜合實(shí)踐能力及對知識的掌握程度，課程總成績由所做的每個動手實(shí)驗成績進(jìn)行算術(shù)平均求得。

4 課程達(dá)成度分析

課程達(dá)成度由各課程目標(biāo)達(dá)成度組成。

課程目標(biāo)1是驗證理論，提高學(xué)生基本動手能力。該部分內(nèi)容知識點(diǎn)較多、較分散，邏輯性不強(qiáng)，且特例與記憶性的內(nèi)容也偏多，是歷來考查的重點(diǎn)和難點(diǎn)，從達(dá)成結(jié)果來看，最高達(dá)成度91.00%，最低達(dá)成度62.00%，平均達(dá)成度在75.76%，總體達(dá)成度偏低，學(xué)生差異性較大。說明大部分學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真，有相當(dāng)一部分學(xué)生基礎(chǔ)知識點(diǎn)掌握不牢，概念混淆，動手能力較差，有待進(jìn)一步加強(qiáng)基本概念和基本理論學(xué)習(xí)、提高動手能力。課程目標(biāo)2是培養(yǎng)學(xué)生化工實(shí)驗研究能力。該部分平均達(dá)成度91.75%，最高達(dá)成度100.00%，最低達(dá)成度80.00%。大部分學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)知識與實(shí)驗訓(xùn)練，分析整理實(shí)驗數(shù)據(jù)，運(yùn)用現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行基本數(shù)據(jù)處理，但存在的問題是分析不夠嚴(yán)謹(jǐn)，考慮不夠全面。部分基礎(chǔ)知識掌握較差的學(xué)生在面臨該綜合性較強(qiáng)的考察時，差異性進(jìn)一步拉大。課程目標(biāo)3是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力，即良好的團(tuán)隊協(xié)作精神、強(qiáng)烈的安全意識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)與科學(xué)的工作方法，在此基礎(chǔ)上開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。該部分平均達(dá)成度94.63%，最高達(dá)成度100.00%，最低達(dá)成度82.00%。相對于前兩個課程目標(biāo)，課程目標(biāo)3的達(dá)成度總體情況良好，大部分學(xué)生都能結(jié)合目前所學(xué)的知識與實(shí)驗訓(xùn)練，形成嚴(yán)肅的態(tài)度、嚴(yán)格的作風(fēng)、訓(xùn)練有素的協(xié)作能力、強(qiáng)烈的安全意識和嚴(yán)密的思想；少部分學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗不夠認(rèn)真，實(shí)驗報告書寫過程不規(guī)范，內(nèi)容寬泛，不夠具體，表明對于科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)尚需加強(qiáng)。

與往年相比，90分以上的有所上升；沒有學(xué)生不及格，與往年情況相同；達(dá)成度分布集中在80%～89%附近，與往年數(shù)據(jù)相似，反映出大部分學(xué)生都能夠掌握該門課程的基本知識，同時也說明實(shí)驗總體上深度、廣度和實(shí)驗量基本合適，難度較為適中，能夠達(dá)到預(yù)定的教學(xué)目的。

5 教學(xué)結(jié)果分析與反思

從所有學(xué)生的課程達(dá)成度中可以看出，平均達(dá)成度為87.38%，沒有低于60%的學(xué)生，較往年有所升高，大部分學(xué)生成績分布在達(dá)成度中位數(shù)上下10%區(qū)間之內(nèi)，說明學(xué)生對該課程總體掌握情況較好，達(dá)到了教學(xué)要求。

該門課程為環(huán)境科學(xué)專業(yè)的必修模塊課程之一，是學(xué)生必須了解掌握的一門實(shí)踐課程。本教學(xué)班總體表現(xiàn)較好，大多數(shù)學(xué)生能夠按照教學(xué)計劃的要求，認(rèn)真完成該門課程的學(xué)習(xí)，總體教學(xué)表現(xiàn)也有所提升。但往年教學(xué)中的一些共性問題仍然存在，如知識點(diǎn)混淆、實(shí)驗操作規(guī)程掌握不牢固、數(shù)據(jù)處理不夠嚴(yán)謹(jǐn)、分析不夠全面、實(shí)驗報告書寫過程不規(guī)范等。需要在后續(xù)的教學(xué)過程中進(jìn)行改進(jìn)：一方面突出重點(diǎn)，對化工原理實(shí)驗中的重要知識點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)探討；另一方面加強(qiáng)現(xiàn)場預(yù)習(xí)教學(xué)，加深學(xué)生對理論知識在工程應(yīng)用的理解，并對前后實(shí)驗中聯(lián)系較緊密的知識點(diǎn)擇時進(jìn)行串講，提高學(xué)生對所學(xué)知識靈活運(yùn)用的能力。

6 結(jié)論

化工原理實(shí)驗課程是理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，著重培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力、實(shí)驗研究能力和創(chuàng)新能力。通過上述改革與探索，構(gòu)建了以課程目標(biāo)設(shè)置、學(xué)生主導(dǎo)、過程考核、達(dá)成度分析等方法培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維能力為中心，滿足環(huán)境科學(xué)專業(yè)工程教育專業(yè)認(rèn)證要求的化工原理實(shí)驗課程教學(xué)體系，提高了教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)更多符合生態(tài)文明建設(shè)要求的高素質(zhì)工程技術(shù)人才打下基礎(chǔ)。