新工科背景下化工專業(yè)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程建設(shè)探索

李帆帆 , 李延勛 , 萬亞萌 , 高曉強 , 于 毅

(1.河南工程學(xué)院 化工與印染工程學(xué)院 , 河南 鄭州 450007 ; 2.鄭州大學(xué) 化工學(xué)院 , 河南 鄭州 450001)

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和新工科背景下高等教育內(nèi)涵式發(fā)展,我國本科教育事業(yè)迎來了前所未有的挑戰(zhàn)。如何培養(yǎng)出創(chuàng)新型、應(yīng)用型等高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才,成為化工專業(yè)創(chuàng)新發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題。

在過去的幾十年,化工類專業(yè)一直是與高新技術(shù)關(guān)系最為密切的工科專業(yè)。而在推進化工專業(yè)持續(xù)蓬勃發(fā)展的過程中,如何培養(yǎng)出創(chuàng)新型、應(yīng)用型等高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才是所要解決的關(guān)鍵問題。在眾多化工專業(yè)課程中,化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程是一門尤為重要的專業(yè)核心實踐課程,是綜合性的化工機械類技術(shù)基礎(chǔ)課,其涉及的化工知識面較廣,且工程實踐性較強。通過對化工設(shè)備機械的基礎(chǔ)理論和工程實際應(yīng)用案例的介紹,可有效培養(yǎng)工科學(xué)生的動手實踐能力,激發(fā)其工程意識,引導(dǎo)其創(chuàng)新思維等。因此,在新工科背景下,以新工科人才培養(yǎng)理念和目標(biāo)為契機,著手對化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程教學(xué)進行系統(tǒng)的課程建設(shè)探索具有重要意義。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

①傳統(tǒng)教學(xué)中,往往是教師主動式教學(xué),學(xué)生被動式學(xué)習(xí),這種“灌輸式”的學(xué)習(xí)方式,缺乏對學(xué)生主動性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。②學(xué)生的工程觀念較為欠缺,科學(xué)觀不足,對工程知識的掌握較為膚淺,創(chuàng)新意識不夠。③學(xué)生對化工設(shè)備及其要求知之甚少,對化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理等內(nèi)容難以理解。④缺乏實踐經(jīng)驗,培養(yǎng)方案與產(chǎn)業(yè)相脫節(jié),國際競爭力培養(yǎng)不足。⑤評價方式不合理,傳統(tǒng)的考核方式采用的是終結(jié)性評價,通過試卷成績硬性考察對課本知識的記憶,忽略了實踐能力和創(chuàng)新精神,這種考核方式并不能全面、客觀、科學(xué)地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

2 化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程建設(shè)

2.1 借鑒OBE工程教育理念和模式培養(yǎng)新工科人才

成果導(dǎo)向教育(Outcome-based Education,OBE)作為一種先進的教育理念是國內(nèi)外高校進行教育改革的核心理念,該理念緊貼現(xiàn)階段社會的需求,不僅要求學(xué)生對課本理論知識的有效消化吸收,而且更深層次地注重學(xué)生最后所取得的學(xué)習(xí)成果。課程結(jié)束后,教師根據(jù)學(xué)生是否掌握應(yīng)有的專業(yè)知識、擁有實際工程的操作能力、具有化工人才的自身素養(yǎng)等方面,全面合理地制定教學(xué)和評價方式,確保培養(yǎng)出符合社會需要的新工科人才。因此,OBE理念非常符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。然而,以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式著重教授書本基礎(chǔ)理論知識,實踐教學(xué)環(huán)節(jié)欠缺,學(xué)生的實際操作能力較弱。該教學(xué)模式與學(xué)院“地方性、應(yīng)用型、工程化”的人才培養(yǎng)嚴重不符。相比傳統(tǒng)教學(xué)模式,OBE理念則是以學(xué)生為中心,需改變原有的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式,將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷υ捠秸n堂,即以教師輔助授予知識和學(xué)生主動吸收知識的方式進行。目前,啟發(fā)式、案例式、研討式等教學(xué)方式已逐漸被有效推廣,這些開放式教育逐步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)出疑問、將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí),同時適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合生活實例輔助教學(xué)。比如,在講外壓圓筒的設(shè)計時,提出問題:“上一章節(jié)有關(guān)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計原則回想一下是什么?那么如果是外壓容器,設(shè)計原則會有哪些不同之處?”既溫習(xí)了前一章節(jié)的內(nèi)容,又引出即將學(xué)習(xí)的新問題,可起到積極引導(dǎo)學(xué)生思考和發(fā)現(xiàn)問題并切入分析問題的能力。

2.2 合理制定教學(xué)大綱

依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案,圍繞OBE教育理念,從宏觀和微觀角度進行合理設(shè)計教學(xué)大綱。在宏觀層面上,培養(yǎng)方案的設(shè)計通常是以社會經(jīng)濟發(fā)展對本專業(yè)人才的需求狀況及趨勢為導(dǎo)向,進而制定與之相契合的培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系及畢業(yè)要求。微觀層面上,基于培養(yǎng)方案的要求。制定相應(yīng)的能反映課程目標(biāo)的教學(xué)大綱,并選擇對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計合理可行的教學(xué)過程。

2.2.1明確培養(yǎng)目標(biāo)

明確化工設(shè)備機械基礎(chǔ)在整個化工課程知識框架中的地位,強調(diào)該教學(xué)內(nèi)容在社會工作崗位中的實用性,采取精煉學(xué)習(xí)要點、從基礎(chǔ)理論步入實踐操作、層層遞進的方式完善課程教學(xué)內(nèi)容,實時掌握并傳達最新知識動態(tài)、化工工程上的各項最新標(biāo)準(zhǔn)以及化工企業(yè)的最新發(fā)展動態(tài)。如該教材內(nèi)容主要包括化工設(shè)備材料、化工容器設(shè)計和典型化工設(shè)備的機械設(shè)計三大部分,化工設(shè)備材料部分是以工程力學(xué)為基礎(chǔ),主要講解材料力學(xué),簡要概述靜力學(xué),可緊密結(jié)合化工原理課程中的立式精餾塔或吸收塔進行授課;而對于化工容器設(shè)計篇章,則是以薄膜應(yīng)力理論為基礎(chǔ),簡要概述外壓容器設(shè)計,主要針對工程中常用的內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計進行精講,并強調(diào)強度計算,其目的是重點突出整體設(shè)備的設(shè)計理念,即從內(nèi)外壓筒體和封頭等主要部件的設(shè)計及制造,到法蘭、支座、墊片、接管、凸緣、人孔和手孔、視鏡等容器零部件的選用與設(shè)計。

2.2.2加大實踐性教學(xué)改革力度

化工專業(yè)是工科中具有很強實踐性的專業(yè),規(guī)劃科學(xué)合理的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是滿足社會人才需求的關(guān)鍵。而傳統(tǒng)教學(xué)重理論知識的教授,實踐教學(xué)部分所占比重較小,因此在保證學(xué)生能夠得到扎實理論知識的前提下,可將實踐教學(xué)課時適當(dāng)增加,壓縮理論教學(xué)課時。比如,化工專業(yè)學(xué)生較少用到有力矩理論和彈性力學(xué)理論,在教學(xué)過程中對其進行簡單介紹即可。其次,可把課堂上教授的化工設(shè)備理論內(nèi)容插入課程設(shè)計的實踐教學(xué)環(huán)節(jié),讓學(xué)生在實踐中體會如何選擇合適的化工設(shè)備材料,如何設(shè)計內(nèi)外壓容器的結(jié)構(gòu)參數(shù),如何選型化工設(shè)備等。這種將理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革,既能夠突出教學(xué)重點,又能實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用個人能力的目的。

2.3 改進教學(xué)設(shè)計模式和方法

應(yīng)用型本科教育已由原來的空談理論和不能解決實際問題的理論研究逐步轉(zhuǎn)型為以教學(xué)實踐為核心的“深水區(qū)”。改進教學(xué)設(shè)計模式和方法亦顯得迫在眉睫?；谏羁汤斫釵BE理念,充分掌握企業(yè)人才需求,并以學(xué)生畢業(yè)應(yīng)該具備的理論知識、實踐能力和專業(yè)素養(yǎng)等方面為依據(jù),明確化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程在化工學(xué)科中的重要性,保證學(xué)生的課程成果輸出。

2.3.1培養(yǎng)創(chuàng)造能力

在授課過程中要求教師積極開發(fā)學(xué)生的思維。比如,在理論課堂上推導(dǎo)出內(nèi)壓薄壁圓筒及封頭的厚度計算公式后,可引導(dǎo)學(xué)生思考如何確定外壓容器的厚度計算公式、如何確定公式中的參數(shù),與內(nèi)壓容器的不同之處有哪些等,提高學(xué)生分析解決問題和查閱資料的能力。

2.3.2啟發(fā)式、探究式、參與式多種教學(xué)模式相融合

該課程內(nèi)容復(fù)雜,涉及化工設(shè)備的方方面面,其理論性強、計算公式多且繁瑣、設(shè)備圖形抽象不易理解,因此在理論課堂上,教師可采用多媒體展示化工設(shè)備的工作動態(tài)圖及其受力狀態(tài),并結(jié)合板書推導(dǎo)計算公式,利用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式達到上課過程中生動形象且直觀準(zhǔn)確的效果。此外,教師可穿插一些有趣的課堂小實驗,幫助學(xué)生更深地理解一些理論性的力學(xué)概念。比如在學(xué)習(xí)幾種約束應(yīng)力時,可讓學(xué)生觀察日常生活中有哪些約束的應(yīng)力,不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,且能進一步加深對理論概念的理解。在學(xué)習(xí)材料性質(zhì)時,可鼓勵學(xué)生進行一定范圍的社會調(diào)查。比如在市場中找尋材料的銘牌,并通過查詢國標(biāo)對其性能做出評估,以此作為選擇商品的參考依據(jù),做到學(xué)習(xí)與生活密切聯(lián)系,達到提高學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性的目的。

2.4 理論與實踐結(jié)合,開辟第二課堂

化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程涉及工程力學(xué)、化工原理及機械設(shè)計等多門學(xué)科內(nèi)容,主要介紹了典型化工靜設(shè)備的機械設(shè)計基礎(chǔ)、原則和方法,屬于工程實踐性比較強的課程。該課程的成果輸出為典型化工設(shè)備的設(shè)計,然而工程上每個化工設(shè)備均擁有各自獨特的立體結(jié)構(gòu),如果只開展課本知識的抽象講解,學(xué)生很難深入理解和融會貫通,僅僅停留在課本的字面意思,與工科學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)背道相馳。因此,在設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)時,實踐部分占據(jù)著舉足輕重的地位,它是培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新思維的最佳途徑。因此,為充分實現(xiàn)實踐教學(xué)最大效益,在教學(xué)過程中要理論聯(lián)系實踐,開辟第二課堂,防止出現(xiàn)理論教學(xué)與實踐教學(xué)脫節(jié)。

2.4.1多方面培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力

化工專業(yè)的課程實踐環(huán)節(jié)可包括三部分:①課程設(shè)計。在該設(shè)計過程中,可將化工設(shè)備機械基礎(chǔ)各章節(jié)知識點串聯(lián),提高學(xué)生的邏輯思考能力,解決在完整設(shè)備設(shè)計過程中遇到的實際問題;②化工專業(yè)實習(xí)。例如大一下學(xué)期的專業(yè)認識實習(xí)和大四上學(xué)期的畢業(yè)實習(xí),學(xué)生通過真實經(jīng)歷化工生產(chǎn)過程,不僅能更加具體形象的認識設(shè)備結(jié)構(gòu),也能全面理解和把握設(shè)備設(shè)計過程中影響各參數(shù)選擇的因素,教師有必要將這類實踐性強的課程具象化以達到輔助學(xué)生理解理論知識、激發(fā)專業(yè)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識的目的;③參加專業(yè)比賽。在專業(yè)教師的指導(dǎo)下,通過參加化工設(shè)計大賽,過程裝備實踐與創(chuàng)新大賽等,將所學(xué)專業(yè)知識加以應(yīng)用和提升。因此,將課程設(shè)計、各類化工專業(yè)實習(xí)、專業(yè)比賽相結(jié)合,學(xué)生可扎實積累專業(yè)知識,全方位提升并掌握專業(yè)能力。教師通過指導(dǎo)專業(yè)競賽,一方面可進一步加強實踐能力;另一方面也根據(jù)積累的典型教學(xué)案例,不斷調(diào)整教學(xué)方法,以競賽促教學(xué),提高技能教學(xué)的有效性,實現(xiàn)“以賽促教,以賽促學(xué),以賽促改”。

2.4.2協(xié)調(diào)理論教學(xué)與實踐教學(xué)間的關(guān)系,實現(xiàn)無縫銜接

通過將教學(xué)內(nèi)容、工程實踐、課題項目三者緊密結(jié)合,擴大學(xué)生的視野,開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維,努力使其達到高階認知。課程認識實習(xí)安排時間要得當(dāng),學(xué)生對本專業(yè)有了一定認知之后方可進行實習(xí)。實習(xí)結(jié)束,實習(xí)報告需及時提交,教師必須對其及時點評,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課程結(jié)束后,利用兩周時間進行課程設(shè)計,任務(wù)內(nèi)容為設(shè)計一種典型化工容器。設(shè)計結(jié)束,教師需及時安排學(xué)生進行答辯,以此鞏固課堂上所學(xué)的理論知識。

課程設(shè)計內(nèi)容的合理性決定了實踐教學(xué)效果,基于工程項目導(dǎo)向的課程設(shè)計將化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程與化工專業(yè)應(yīng)具備的知識、能力、素養(yǎng)等培養(yǎng)目標(biāo)全部深度融合至教學(xué)過程中。課程設(shè)計的選題一般來源于工程或教師科研項目,選題應(yīng)符合教學(xué)基本要求,題目應(yīng)具有一定的綜合性、設(shè)計性,難度和工作量要適當(dāng),學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)可完成設(shè)計,并得到系統(tǒng)的工程綜合訓(xùn)練,從而提高學(xué)生的工程素質(zhì)。此外,做到使每個學(xué)生都有一個選題,確保學(xué)生從選題、查閱資料、設(shè)計、修改、出圖、撰寫提交課題報告等一系列實踐活動中得到充分鍛煉。

2.5 改革和完善課程評價方式

在新工科背景下,為培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才,需要改革傳統(tǒng)的評價方式。根據(jù)經(jīng)驗,診斷性評價和過程性評價有機結(jié)合的科學(xué)評價方式頗有成效,評價內(nèi)容可由課堂出勤率、平時作業(yè)、小組研討和實踐項目、期末考試四項構(gòu)成,貫穿整個教學(xué)過程,評價標(biāo)準(zhǔn)為百分制,≥60考核通過,<60不通過。①為了保證公平性,各項內(nèi)容的成績占比可由教師和學(xué)生共同商議決定,做到真實反映學(xué)生的成果輸出。②平時作業(yè)不局限于書本課后習(xí)題,也可以是開放題,比如觀察生活中應(yīng)用到哪些化工設(shè)備零部件,將知識運用到生活中去。③小組研討和實踐項目有利于考察學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況、查找課程資料與收集信息的能力、問題分析與解決能力、創(chuàng)造性思維能力、團隊成員之間協(xié)調(diào)合作能力等,考核結(jié)果可由學(xué)生自評、組成員互評、教師評價三部分綜合評定。④期末考試采用試卷模式,但考試內(nèi)容需涉及理論知識和工程實踐兩方面,既考察學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況,又體現(xiàn)學(xué)生的綜合運用能力。改革教學(xué)評價方式突出了過程教學(xué)的重要性,促進了學(xué)生的全面發(fā)展。

3 結(jié)語

新工科建設(shè)體現(xiàn)了工程教育改革新方向,為適應(yīng)社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和高等教育內(nèi)涵式發(fā)展,培養(yǎng)出創(chuàng)新型、應(yīng)用型等高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才,有必要對化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程建設(shè)做出探索。因此,從借鑒OBE工程教育理念和模式、合理制定教學(xué)大綱、改進教學(xué)方法、開辟第二課堂、改革課程評價方式等多方面,實現(xiàn)理論聯(lián)系實踐,推進學(xué)生知識、思維、能力的綜合提升,使學(xué)生在教學(xué)過程中學(xué)以致用、以用促學(xué)。