新工科背景下化學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)體系構(gòu)建

晉梅，安良，吳宇瓊，劉紅姣，宋姣華，鄒琳玲

（1.江漢大學(xué)光電材料與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430056；2.江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056）

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的迅速發(fā)展以及中國制造2025 的提出，新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)發(fā)展中迫切需要工程實踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才[1-2]?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)是一個厚基礎(chǔ)、寬口徑、適應(yīng)性強(qiáng)的通用型工程專業(yè)，與材料、生物、環(huán)境、制藥等多個支柱產(chǎn)業(yè)緊密相關(guān)。鑒于此，新工科背景下化工專業(yè)人才的培養(yǎng)，一方面結(jié)合新工科建設(shè)所提出的“新理念、新途徑和新要求”人才培養(yǎng)要求，為未來提供智力和人才支撐[3]；另一方面以國際實質(zhì)等效的工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)和提高工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量[4]。

本?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)已獲批國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點且已通過中國工程教育專業(yè)認(rèn)證，在專業(yè)人才培養(yǎng)中秉承“以新工科建設(shè)為引領(lǐng)，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向，以面向2030工程師核心素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為要求”的培養(yǎng)理念，在化學(xué)工程訓(xùn)練實踐教學(xué)中開展“兩層次-三目標(biāo)-四方法-五環(huán)節(jié)-五考評（2-3-4-5-5）”教學(xué)體系的構(gòu)建，貫穿“以成果為導(dǎo)向，以學(xué)生為中心，持續(xù)改進(jìn)”O(jiān)BE 理念[4]，以強(qiáng)化工程實踐能力、創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)意識，增強(qiáng)環(huán)境意識、安全意識、社會責(zé)任感、團(tuán)隊精神和敬業(yè)精神[5-6]，為培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型卓越工程技術(shù)人才奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 化學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)體系構(gòu)建

立足于本?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)已有的經(jīng)驗和可利用的教學(xué)資源，在化工專業(yè)高年級學(xué)生中構(gòu)建如圖1 所示的化學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)體系。在該教學(xué)體系中，教學(xué)設(shè)計不僅著眼于學(xué)生工程師核心素質(zhì)的培養(yǎng)，還落實了立德樹人的根本任務(wù)；教學(xué)實施中采用靈活多樣的教學(xué)方法、具體可行的教學(xué)環(huán)節(jié)以及可實施的形成性教學(xué)評價機(jī)制，全方位開展教學(xué)改革與實踐；依據(jù)“評價-反饋-改進(jìn)”閉環(huán)開展課程教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)，深化教學(xué)改革實踐成效。

圖1 化學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)體系構(gòu)建

2 教學(xué)設(shè)計

2.1 “工程實踐和科研創(chuàng)新”兩層次教學(xué)內(nèi)容

基于化工專業(yè)學(xué)生前期學(xué)習(xí)中掌握的專業(yè)理論基礎(chǔ)和實驗基本技能，以“顧及傳統(tǒng)化工,兼顧先進(jìn)技術(shù)；顧及工程訓(xùn)練，兼顧創(chuàng)新研究”作為項目設(shè)計思想[7]，化學(xué)工程訓(xùn)練設(shè)置了“工程實踐和科研創(chuàng)新”兩層次教學(xué)內(nèi)容，如圖2所示。

工程實踐層次訓(xùn)練項目中，針對化工過程中典型塔設(shè)備開設(shè)了吸收塔和精餾塔訓(xùn)練項目，主要訓(xùn)練內(nèi)容：熟悉塔設(shè)備結(jié)構(gòu)特點，掌握塔設(shè)備工藝操作參數(shù)的測量原理和控制方案；熟悉塔設(shè)備操作工藝流程，具備操控塔設(shè)備DCS系統(tǒng)的能力；具備正確分析和處理塔設(shè)備操作中異常現(xiàn)象或故障的能力；按照工程訓(xùn)練任務(wù)要求，具備設(shè)計方案、實施以及完成工程訓(xùn)練任務(wù)的能力。工程實踐層次訓(xùn)練可鍛煉學(xué)生解決復(fù)雜化學(xué)工程問題的能力，提升“化工+安全+過程裝備與控制+自動化”多學(xué)科交叉融合的實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生建立大工程觀的工程思維。

按照“匹配性、可行性、系統(tǒng)性”原則[8]，將體現(xiàn)化工學(xué)科發(fā)展前沿和研究熱點的科研成果轉(zhuǎn)化為科研創(chuàng)新訓(xùn)練項目。結(jié)合“碳減排、碳達(dá)峰”熱點，開設(shè)CO2高效捕集及深度利用項目等。科研創(chuàng)新層次訓(xùn)練可拓展學(xué)生專業(yè)視野，培養(yǎng)“化工+綠色化學(xué)+材料+環(huán)境”多學(xué)科交叉融合的科研素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新性思維。

2.2 “教學(xué)-能力-素質(zhì)”三課程目標(biāo)

通過化學(xué)工程訓(xùn)練不僅要求學(xué)生滿足新工科建設(shè)和專業(yè)認(rèn)證的培養(yǎng)要求，而且培養(yǎng)的專業(yè)人才還應(yīng)肩負(fù)實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的歷史使命和社會責(zé)任。鑒于此，課程設(shè)置了“教學(xué)-能力-素質(zhì)”三課程教學(xué)目標(biāo)，如表1所示。

3 教學(xué)實施

3.1 多樣化教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生興趣

教學(xué)中主要以項目式教學(xué)方法為主，輔以案例式、范例式、問題鏈?zhǔn)浇虒W(xué)法。多種教學(xué)方法的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向”的OBE理念。

項目驅(qū)動式教學(xué)法[9]是基于構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論，將訓(xùn)練項目分解為“文獻(xiàn)調(diào)研、方案確定、方案實施、報告撰寫”四個具體且可實施的子項目，而各子項目以“明確任務(wù)→分析任務(wù)→實施任務(wù)→完成任務(wù)”認(rèn)知邏輯為主線實施教學(xué)。教學(xué)中以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)，采用訓(xùn)練小組協(xié)作模式，在啟發(fā)引導(dǎo)和答疑解惑下，訓(xùn)練小組針對項目任務(wù)自主開展探究活動，訓(xùn)練學(xué)生自主綜合運用所學(xué)理論知識解決復(fù)雜工程問題的能力，提升學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作、交流溝通能力和工程領(lǐng)導(dǎo)力。

在實驗室安全培訓(xùn)中采用案例教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生對事故原因和應(yīng)急措施展開分析和討論，并結(jié)合工程訓(xùn)練項目對可能存在的安全隱患提出預(yù)防措施，樹立“安全無小事，防患于未然”的理念，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生對安全事故的分析和應(yīng)急處理能力。鼓勵學(xué)生自主利用圖書館電子資源下載SCI/EI/中文核心期刊上發(fā)表的科技論文，采用范例教學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生掌握科技論文的寫作特點、文本結(jié)構(gòu)和寫作要求等，提升學(xué)生應(yīng)用專業(yè)術(shù)語撰寫專業(yè)報告的水平和能力。問題鏈?zhǔn)浇虒W(xué)法是以發(fā)布的訓(xùn)練任務(wù)為主線，以一系列內(nèi)在邏輯關(guān)系問題為紐帶，在師生間“問”與“答”的教學(xué)互動中，鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提升學(xué)生辯證思維能力和創(chuàng)造性思維能力，如教師根據(jù)“催化劑制備、表征及性能評價”工程訓(xùn)練任務(wù)設(shè)計如圖3所示的一系列具有內(nèi)在邏輯關(guān)系的問題。

圖3 問題鏈?zhǔn)浇虒W(xué)法在工程訓(xùn)練項目中的應(yīng)用

3.2 “五環(huán)節(jié)”教學(xué)過程，打造高效課堂

基于項目式教學(xué)法的應(yīng)用，各工程訓(xùn)練項目分解為表2所示的五個具體教學(xué)環(huán)節(jié)，同時在各教學(xué)環(huán)節(jié)對學(xué)生提出了技術(shù)性和非技術(shù)性指標(biāo)訓(xùn)練內(nèi)容，也對教師提出了相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)和建議的教學(xué)方法。

表2 “五環(huán)節(jié)”教學(xué)內(nèi)容及要求

3.3 形成性教學(xué)考核，提升教學(xué)實效

課程教學(xué)考核是學(xué)生技術(shù)性和非技術(shù)性指標(biāo)達(dá)成的綜合體現(xiàn)，需具備形成性和可衡量的特點。在多種教學(xué)方法應(yīng)用和多環(huán)節(jié)教學(xué)過程的基礎(chǔ)上，課程構(gòu)建與之對應(yīng)的“五環(huán)節(jié)”形成性教學(xué)評價體系，如表3 所示。相比于終結(jié)性教學(xué)評價，形成性評價體系可對學(xué)生技術(shù)性和非技術(shù)性指標(biāo)達(dá)成進(jìn)行客觀公正的考核評價。

表3 “五考評”形成性教學(xué)考核評價

4 教學(xué)改進(jìn)

課程通過“評價-反饋-改進(jìn)”閉環(huán)進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，以便在下一輪教學(xué)中呈螺旋式上升的教學(xué)實效。

在課程結(jié)束后，從“學(xué)生、教師、專業(yè)和教學(xué)成效”四方面開展教學(xué)評價。學(xué)生層面教學(xué)評價是除了常規(guī)的學(xué)生評教之外，還通過發(fā)放涵蓋教學(xué)體系設(shè)計、環(huán)節(jié)實施、考核內(nèi)容及方式等內(nèi)容的調(diào)查問卷開展教學(xué)評價。教師層面是按照“回顧教學(xué)→分析成敗→查找原因→尋求對策→以利后行”進(jìn)行課程教學(xué)總結(jié)和反思。專業(yè)層面是通過校院兩級督導(dǎo)和同行聽課，重點關(guān)注學(xué)生工程訓(xùn)練效果。教學(xué)成效層面是對課程目標(biāo)達(dá)成情況進(jìn)行評價，檢查技術(shù)性和非技術(shù)性指標(biāo)的達(dá)成情況。

在教學(xué)評價的基礎(chǔ)上，專業(yè)負(fù)責(zé)人通過教學(xué)質(zhì)量評價反饋機(jī)制和教學(xué)信息反饋系統(tǒng)，將教學(xué)整體情況反饋給課程負(fù)責(zé)人和任課教師。而后，課程負(fù)責(zé)人協(xié)助任課教師提出下一輪教學(xué)改進(jìn)措施或方案，如結(jié)合學(xué)生問卷調(diào)查反饋，教師進(jìn)一步完善教學(xué)設(shè)計，深化課程教學(xué)改革；根據(jù)學(xué)生、同行和督導(dǎo)評教反饋情況，教師提升自身教學(xué)水平并完善和創(chuàng)新教學(xué)手段、教學(xué)方法，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高；結(jié)合課程目標(biāo)達(dá)成評價結(jié)果中的“短板”，教師針對性加強(qiáng)知識點講授和能力訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生課程目標(biāo)全面達(dá)成；結(jié)合教學(xué)總結(jié)和反思，“思所得、思所失、思疑惑、思創(chuàng)新”，形成一定的教育教學(xué)思想和理論。

5 結(jié)束語

以新工科建設(shè)為引領(lǐng)，以工程教育專業(yè)認(rèn)證為導(dǎo)向，構(gòu)建了化學(xué)工程訓(xùn)練的“兩層次-三目標(biāo)-四方法-五環(huán)節(jié)-五考評”教學(xué)體系。結(jié)合化工學(xué)科發(fā)展的新特點，設(shè)置兩層次教學(xué)實踐內(nèi)容以強(qiáng)化學(xué)生工程實踐和科研創(chuàng)新能力，提升學(xué)生跨學(xué)科交叉融合能力，設(shè)置三課程目標(biāo)以培養(yǎng)學(xué)生成為德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)、復(fù)合型一流工程科技人才。項目式為主的四種教學(xué)方法的靈活運用、具體可實施的五個教學(xué)環(huán)節(jié)以及對應(yīng)的形成性教學(xué)評價體系，有效訓(xùn)練了學(xué)生解決化工過程中復(fù)雜工程問題的能力以及提升學(xué)生自主探究、團(tuán)隊協(xié)作、溝通交流和工程領(lǐng)導(dǎo)力。通過“評價-反饋-改進(jìn)”閉環(huán)開展持續(xù)改進(jìn)，夯實多樣化、創(chuàng)新型卓越工程技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。