基于創(chuàng)新能力拓展的過程裝備成套技術(shù)教學(xué)改革探索

李海生，陳英華，陳聚凱，沈利民，王艷飛，王光輝

（中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇徐州 221116）

加強(qiáng)本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)是高等教育改革的重要內(nèi)容之一[1]。教育部提出的“一流本科”建設(shè)計(jì)劃，對(duì)培養(yǎng)人才創(chuàng)新能力提出了更高的要求。學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、開拓創(chuàng)新的意識(shí)[2]，更有助于提高學(xué)生在畢業(yè)后分析、解決專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力[3]。

當(dāng)前，學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式多樣化，主要包括創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃、創(chuàng)新大賽、第二課堂等。有的專業(yè)充分利用自身優(yōu)勢(shì)資源，集中優(yōu)勢(shì)力量開展學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃，有針對(duì)性地吸引部分學(xué)生進(jìn)入科研訓(xùn)練團(tuán)隊(duì)，指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)學(xué)生的引導(dǎo)和團(tuán)隊(duì)課題的規(guī)劃，學(xué)生在課余能夠有機(jī)會(huì)參加訓(xùn)練項(xiàng)目，拓寬視野，其創(chuàng)新能力得到一定的提高[3-5]。有的專業(yè)組織學(xué)生開展創(chuàng)新大賽和第二課堂，以競賽模式鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生在入校后可以選擇進(jìn)入第二課堂，由指導(dǎo)教師長期進(jìn)行跟蹤和培養(yǎng)，設(shè)置個(gè)性化課題，滿足不同層次學(xué)生的需求。這些探索將有助于學(xué)生后續(xù)升學(xué)、就業(yè)的能力提升[6-7]。但在教學(xué)實(shí)踐中，也存在一些問題，如無法涵蓋所有學(xué)生，時(shí)間有限導(dǎo)致培養(yǎng)過程不夠系統(tǒng)，所選課題知識(shí)面不夠?qū)挼?，影響了學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的質(zhì)量[8]。

要解決這些問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生創(chuàng)新能力，在校期間的各類實(shí)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)也可以發(fā)揮重要作用[9]。學(xué)生通過參與企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合專業(yè)所學(xué)知識(shí)，圍繞專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的生產(chǎn)實(shí)踐，從實(shí)踐中獲取更多的創(chuàng)新知識(shí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力具有重要意義[10,11]。但生產(chǎn)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)結(jié)合不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)過程存在脫節(jié)現(xiàn)象，學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)不能連續(xù)進(jìn)行。而且學(xué)生實(shí)踐時(shí)間較短，加之現(xiàn)階段新冠肺炎疫情防控影響，教學(xué)效果受到嚴(yán)重影響。

結(jié)合當(dāng)前教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)需要一整套完整體系，通過適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)組織形式，深入探索創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)過程，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力的科學(xué)評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)提升。這個(gè)體系不能僅依靠課外環(huán)節(jié)或是單獨(dú)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，需要基于專業(yè)核心課程構(gòu)建系統(tǒng)的組織體系。過程裝備成套技術(shù)課程是過程裝備與控制工程專業(yè)的核心必修課，該課程涉及知識(shí)面寬，結(jié)合了過程工藝、過程裝備、過程控制三大核心體系，將三者相互融合，包括流程工業(yè)系統(tǒng)的工藝開發(fā)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、流程設(shè)計(jì)、裝備選型安裝、管系結(jié)構(gòu)與輔助系統(tǒng)等，能夠與工程實(shí)踐緊密結(jié)合，靈活運(yùn)用專業(yè)所學(xué)知識(shí)，分析與研究復(fù)雜工程問題，充分體現(xiàn)專業(yè)的綜合設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。本文將以過程裝備成套技術(shù)課程為例，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，構(gòu)建圍繞核心課程的創(chuàng)新能力教學(xué)拓展體系，不僅可以服務(wù)一流專業(yè)建設(shè)和一流課程建設(shè)，還可以推動(dòng)專業(yè)認(rèn)證的持續(xù)改進(jìn)工作，對(duì)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有重要指導(dǎo)意義。

1 創(chuàng)新能力拓展的必要性

過程裝備成套技術(shù)課程是過程裝備與控制工程專業(yè)的專業(yè)核心必修課，主要講述工藝開發(fā)與工藝設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)、工藝流程設(shè)計(jì)及設(shè)備布置、設(shè)備及機(jī)器選型、管道設(shè)計(jì)、設(shè)備和管道的絕熱工程、過程成套裝置實(shí)例等內(nèi)容。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生建立過程成套裝置設(shè)計(jì)的完整概念，掌握成套裝置的設(shè)計(jì)程序、方法和要求，增強(qiáng)“系統(tǒng)”觀念和工程意識(shí)，使之能夠在考慮經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)境、法規(guī)的因素下，具有工程設(shè)計(jì)、技術(shù)改造與開發(fā)研究等實(shí)際工作的初步能力。

以過程裝備成套技術(shù)課程為核心，構(gòu)建創(chuàng)新拓展教學(xué)體系，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力具有重要意義，主要體現(xiàn)在如下幾方面：

（1）打造創(chuàng)新拓展教學(xué)體系，推動(dòng)一流專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)。

圍繞專業(yè)核心課程和相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)，構(gòu)建了創(chuàng)新拓展教學(xué)體系，與一流本科“雙萬計(jì)劃”專業(yè)建設(shè)相一致，集中優(yōu)勢(shì)資源打造創(chuàng)新教學(xué)新體系，提高專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力，推動(dòng)專業(yè)一流人才培養(yǎng)。

（2）以創(chuàng)新能力拓展教學(xué)示范助力專業(yè)本科教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。

通過開展創(chuàng)新能力拓展教學(xué)改革，凸顯學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)，使專業(yè)課程教學(xué)過程更加系統(tǒng)化，切實(shí)圍繞學(xué)生的知識(shí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)開展教學(xué)，結(jié)合創(chuàng)新能力考核評(píng)價(jià)機(jī)制改革，能夠進(jìn)一步推動(dòng)專業(yè)認(rèn)證的持續(xù)改進(jìn)，對(duì)工程實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有重要意義。

（3）開展創(chuàng)新能力拓展教學(xué)示范，爭創(chuàng)高質(zhì)量一流課程。

以過程裝備成套技術(shù)課程為例，結(jié)合相關(guān)課程與教學(xué)環(huán)節(jié)，開展創(chuàng)新能力拓展教學(xué)示范，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。依據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)要求，完成教學(xué)全流程的設(shè)計(jì)，構(gòu)建豐富的課程知識(shí)體系，主動(dòng)更新課程教學(xué)內(nèi)容，運(yùn)用多種教學(xué)方法開展教學(xué)示范，完善教學(xué)反饋評(píng)價(jià)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，形成創(chuàng)新能力拓展融合體系，實(shí)現(xiàn)知識(shí)能力培養(yǎng)與實(shí)踐創(chuàng)新接軌，爭創(chuàng)高質(zhì)量一流課程。

2 創(chuàng)新能力拓展的方向

基于過程裝備成套技術(shù)課程開展創(chuàng)新能力拓展，需要從以下兩方面進(jìn)行考慮：

（1）課程教學(xué)改革方向。

對(duì)過程裝備成套技術(shù)課程教學(xué)體系進(jìn)行改革創(chuàng)新，融入創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)，依據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)多種教學(xué)方法，提高學(xué)生的興趣，使學(xué)生能夠融入創(chuàng)新課堂，由被動(dòng)獲取改為主動(dòng)接受知識(shí)。依據(jù)課程知識(shí)內(nèi)容難度，設(shè)定具體的考核評(píng)價(jià)方法，由考核結(jié)果和內(nèi)外部聯(lián)合評(píng)價(jià)，共同推動(dòng)教學(xué)持續(xù)改進(jìn)，推動(dòng)課程教學(xué)質(zhì)量不斷提高。在課內(nèi)環(huán)節(jié)，可以將課程知識(shí)內(nèi)容融合提升，增加有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的專題環(huán)節(jié)；而在課外環(huán)節(jié)，可以利用課外學(xué)時(shí)增加創(chuàng)新專題訓(xùn)練。通過課內(nèi)課外相結(jié)合的方式，探索學(xué)生創(chuàng)新能力拓展教學(xué)實(shí)踐。

（2）實(shí)踐教學(xué)改革方向。

將課程與實(shí)踐環(huán)節(jié)相融合，形成創(chuàng)新能力拓展教學(xué)體系。通過梳理專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，整理出與課程相關(guān)的知識(shí)體系，設(shè)計(jì)一套完整的創(chuàng)新拓展計(jì)劃，逐步將課程關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)延續(xù)深入到設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、實(shí)驗(yàn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)中，通過理論實(shí)踐相結(jié)合，共同開展創(chuàng)新與實(shí)踐，使課程內(nèi)容在工程實(shí)踐中得以運(yùn)用，使學(xué)生創(chuàng)新能力逐步提升。

3 創(chuàng)新能力拓展的思路

3.1 課內(nèi)創(chuàng)新能力拓展

課內(nèi)以知識(shí)學(xué)習(xí)為主，可以增加專題研討、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，可以增加課程知識(shí)容量，提高課程的挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性。研討環(huán)節(jié)可以緊密結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，通過文獻(xiàn)資料整理、信息融合等過程，凝練個(gè)人觀點(diǎn)，形成對(duì)工程實(shí)踐問題的客觀評(píng)價(jià)，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用與實(shí)踐創(chuàng)新的能力。以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，精心設(shè)計(jì)課程作業(yè)環(huán)節(jié)，以流程典型設(shè)計(jì)方案為例，引入具體的工程實(shí)踐問題，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，開展方案的評(píng)價(jià)與優(yōu)化，為學(xué)生未來技術(shù)創(chuàng)新與工程實(shí)踐提供指導(dǎo)。

與此同時(shí)，學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，教師的啟發(fā)和引導(dǎo)至關(guān)重要。作為探索者，學(xué)生的主要任務(wù)是努力發(fā)現(xiàn)新事物、探索新知識(shí)，學(xué)生的探索過程需要教師的有效引導(dǎo)和鼓勵(lì)，特別注重學(xué)生創(chuàng)新思維的形成過程，鼓勵(lì)學(xué)生在工程實(shí)踐中敢于創(chuàng)新。因此，教師在教學(xué)中可以嘗試啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生逐步培養(yǎng)積極主動(dòng)的創(chuàng)新意識(shí)。

3.2 課外創(chuàng)新能力拓展

構(gòu)建課外教學(xué)輔助環(huán)節(jié)，設(shè)置課外學(xué)時(shí)，建立合理的創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)機(jī)制。利用課外學(xué)時(shí)，設(shè)置創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃課題，學(xué)生可以跨學(xué)科、跨專業(yè)的形式組建創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，參加課題設(shè)計(jì)與研究工作。課程結(jié)束時(shí)，評(píng)選出優(yōu)秀課題，可以通過不同途徑參加大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。這種教學(xué)模式能夠充分激發(fā)學(xué)生的興趣，形成多學(xué)科融合與實(shí)踐創(chuàng)新，可以強(qiáng)化學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和科學(xué)思維創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提高。以課內(nèi)知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合課外創(chuàng)新，課內(nèi)課外緊密關(guān)聯(lián)，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐創(chuàng)新中靈活運(yùn)用課程知識(shí)解決工程實(shí)踐中的復(fù)雜問題。

3.3 實(shí)踐創(chuàng)新能力拓展

在培養(yǎng)方案中，先在第六學(xué)期開展過程裝備專題實(shí)驗(yàn)和專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，后在第七學(xué)期開始過程裝備成套技術(shù)課程學(xué)習(xí)。為使前后教學(xué)形成體系，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理規(guī)劃。例如在過程裝備專題實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的工程應(yīng)用背景，了解相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，能夠開展與項(xiàng)目相關(guān)的工藝開發(fā)與設(shè)計(jì)實(shí)例分析與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)踐。同時(shí)，建立創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)—壓縮空氣吸附式干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括典型的過程裝備、裝備相互連接的管路系統(tǒng)，學(xué)生可以開展壓縮空氣吸附式干燥實(shí)驗(yàn)、超聲波探傷實(shí)驗(yàn)、內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)以及壓縮機(jī)振動(dòng)測(cè)試等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在完成單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步提出過程裝備成套系統(tǒng)，將流程工業(yè)的系統(tǒng)、裝備、控制相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)觀念和工程意識(shí)。

在生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)中，了解空分行業(yè)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)空分工藝開發(fā)與設(shè)計(jì)的基本思路，能夠結(jié)合工程技術(shù)案例，提出創(chuàng)新的技術(shù)思路、研究方法和設(shè)計(jì)方案，鼓勵(lì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，從不同側(cè)面探索工程實(shí)踐創(chuàng)新。實(shí)習(xí)結(jié)束后，對(duì)學(xué)生實(shí)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，特別注重考查學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)、創(chuàng)新思維形成和創(chuàng)新方法應(yīng)用，為后續(xù)專業(yè)核心課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

3.4 綜合創(chuàng)新能力拓展

在過程裝備成套技術(shù)課程結(jié)束后，基于課程所學(xué)知識(shí)與能力，學(xué)生開展為期兩周的過程裝備課程設(shè)計(jì)。該課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)使學(xué)生了解成套裝置設(shè)計(jì)中的工藝、控制、保溫等環(huán)節(jié)對(duì)過程裝備設(shè)計(jì)的影響，掌握過程裝備基本零部件的選擇方法，掌握典型過程裝備和管道設(shè)計(jì)的基本流程和方法。培養(yǎng)學(xué)生能夠運(yùn)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)滿足特定需求的過程裝備及管道，并具備正確使用圖紙和設(shè)計(jì)說明書體現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的能力。

在確定選題后，學(xué)生可以明確設(shè)計(jì)對(duì)象和目標(biāo)，注重學(xué)生設(shè)計(jì)過程創(chuàng)新思維的引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生成立設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，做好任務(wù)分工，高效開展設(shè)計(jì)工作。不但教師要參與其中，還可以邀請(qǐng)企業(yè)從事設(shè)計(jì)工作的工程師參與設(shè)計(jì)過程的創(chuàng)新評(píng)價(jià)。同時(shí)，學(xué)習(xí)興趣是創(chuàng)新的源泉和驅(qū)動(dòng)力，能夠促使學(xué)生堅(jiān)持探索和創(chuàng)新。在課程設(shè)計(jì)過程中，增加創(chuàng)新研討環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生發(fā)表各自的心得，交流設(shè)計(jì)過程中的經(jīng)驗(yàn)，建立專業(yè)課程學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐的聯(lián)系，將創(chuàng)新意識(shí)滲透到知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)和工程實(shí)踐中，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力具有重要意義。

3.5 校企聯(lián)合創(chuàng)新能力拓展

與企業(yè)共同成立產(chǎn)教融合育人創(chuàng)新基地，整合政府、企業(yè)和高校的多方面資源，構(gòu)建校企聯(lián)合創(chuàng)新能力拓展平臺(tái)，三方共建教學(xué)管理委員會(huì)，共商協(xié)同創(chuàng)新育人模式。依托創(chuàng)新基地，可以從多渠道探索校企聯(lián)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制。一方面可以聯(lián)合企業(yè)參與課程建設(shè)，形成校企合作課程，結(jié)合行業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，通過講座、論壇等形式，為學(xué)生講授最新的技術(shù)創(chuàng)新成果，鼓勵(lì)學(xué)生組建實(shí)習(xí)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，赴企業(yè)開展生產(chǎn)實(shí)踐，提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力。另一方面，校企聯(lián)合成立科研創(chuàng)新研究組，由企業(yè)提供課題，企業(yè)研發(fā)工程師、高校師生共同研究，共同探索新產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)革新，實(shí)現(xiàn)科研育人與創(chuàng)新育人相結(jié)合。

4 結(jié)語

圍繞專業(yè)核心課程過程裝備成套技術(shù)構(gòu)建的創(chuàng)新能力拓展體系，能夠符合當(dāng)前一流專業(yè)和一流課程建設(shè)的要求，可以響應(yīng)專業(yè)認(rèn)證的持續(xù)改進(jìn)需求，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力提升具有重要指導(dǎo)意義。與傳統(tǒng)的創(chuàng)新培養(yǎng)方式不同，該體系能夠以專業(yè)核心課程知識(shí)儲(chǔ)備和專業(yè)能力為核心，將與課程相關(guān)聯(lián)的先后教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)籌布局，形成無縫對(duì)接關(guān)系，以創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，豐富各教學(xué)環(huán)節(jié)內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)課程與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合、課內(nèi)課外接軌、校內(nèi)校外聯(lián)合的創(chuàng)新能力拓展完整體系，可為學(xué)生創(chuàng)新能力拓展提供有益參考。