工程教育专业认证背景下化工专业课程教学改革研究

范峥 牛梦龙 黄风林 黎小辉 宋绍富

[摘要]随着工程教育专业认证的进一步深入，我校化学工程与工艺专业将《工程教育认证标准》中规定的12条毕业要求全面细化分解成39个更具体、易落实、可检测的指标点，并将其与具体课程形成明确的支撑矩阵关系，逐步规范课程教学大纲的制订及修订机制，合理建立支撑毕业要求达成的课程体系布局，不断健全本科教学质量监控体系，有效强化毕业要求达成度的“评价一反馈一改进”作用，从而使毕业生更好地满足社会市场需求。

[关键词]工程教育专业认证;化学工程与工艺;毕业要求;教学大纲;质量监控

[中图分类号]G642.0 [文献标识码]A [文章编号]2095-3437（2019）12-0048-04

一、概述

工程教育作为全面支撑“中国制造2025”“一带一路”等一系列国家战略的有力抓手，对于加快发展新兴工科专业、改造升级传统工科专业、主动布局未来战略领域、提升国家硬实力和国际竞争力具有极为重要的现实意义。我国工程教育在校生占到高等教育在校生总数约三分之一，工程教育的质量很大程度上决定了中国高等教育的总体质量。作为实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的基础，工程教育专业认证既是《华盛顿协议》体系的重要成果，又是提高我国工程人才培养质量的有力保证。与传统教育相比，工程教育专业认证以成果导向为目标，以学生为中心，以持续改进为突破口，最大程度上保证了教育目标与结果的一致性。工程教育专业认证是我国高等教育发展的一个里程碑，意味着我国工程教育开始从国际高等教育发展趋势的跟随者向领跑者转变。

化学工程与工艺作为西安石油大学办学历史最長、实力最强的专业之一，充分依托陕西省能源化工产业优势，源源不断地向各石油、煤炭企业输送了大批优秀专业技术人才。为了进一步提升化学工程与工艺学生的专业技能水平和可持续发展能力，根据工程教育专业认证的相关要求，按照全部必修教学活动都应对毕业要求达成有所贡献这一原则，本专业以解决石油化工复杂工程问题为出发点，逐一细化了毕业要求并将其分解为更具体、易落实、可检测的若干个指标点，同时，每个指标点又由相对应的课程、设计和实践环节支撑，以期将复杂工程问题与非技术因素更加合理地布局到具体的课程、课程设计、生产实习、毕业设计、实践教学和第二课堂等教学环节中。除此之外，本专业还采用学校、学院和专业三级教学管理体制，系统制订了各教学环节的标准要求，通过建立科学的质量监控机制对毕业要求达成度情况进行准确评价，并依据最终结果对相关问题进行改进，从而为持续改进明确了方向。

二、毕业要求的分解

（一）工程教育认证标准下的工科专业毕业要求

根据中国工程教育专业认证协会《工程教育认证标准》中的相关要求，工科专业的毕业要求需要包括工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理和终身学习共12条内容”。其中，第1～5条及第11条从学生对化工及相关学科领域知识的了解与掌握、化工专业技能的学习与应用等角度做出了要求，务求使学生能够学以致用;第6-8条从培养学生具有正确道德价值取向、积极社会责任感、良好社会人文关怀等角度对学生完成学业过程中所需掌握的非技术性因素进行了要求;而毕业要求第9、10、12条则分别从个人团队、沟通、终身学习三个角度对学生是否能在毕业时具有良好的综合素质及深厚的职业发展能力进行了要求，以期学生在未来工作岗位上具有良好的综合素质。

（二）化工专业毕业要求的细化

为了落实和考核这12条毕业要求，在遵循由浅入深、由简人繁、由抽象到具体、由知识点学习到综合技能掌握的基础上，本专业以工程知识、专业技术和素质培养为主线，根据知识结构、能力层次和素养培养等关系的不同，将上述毕业要求进一步细化为39个指标点，并与具体课程形成支撑矩阵关系，力求逻辑关系清晰、体现专业特色。其中，“工程知识”可分解为4个指标点，分别指向对学生掌握自然科学知识、工程知识、化学科学知识以及建模并解决化工复杂工程问题能力的要求，要求学生从掌握自然科学知识开始，逐渐完成对工程知识、本专业化学知识的掌握，并最终能够分析和推演化工过程的优化途径、获得化工问题的解决方案;“问题分析”可分解为4个指标点，分别指向要求学生能够运用自然科学知识分析问题、能够分析化工系统与过程问题、能够通过多种渠道分析评价解决方案合理性并在综合分析问题之后获得有效结论，要求学生完成从基础知识、分析手段、分析合理性到获得有效结论的系统性能力;“设计/开发解决方案”分解为4个指标点，分别为能够掌握基本方法、能够完成单元工艺流程设计、能够使用工程语言且设计具有创新意识、能够在设计过程中考虑多方面非技术性因素，它们在本质上具有承接性逻辑递进关系，要求学生具有全面掌握设计与开发解决方案的能力;“研究”被分解为4个指标点，分别指向4个相对独立的研究能力，即能够基于文献调研提出化学品合成鉴定方法、能够选择研究路线设计实验、能够选取合适的实验装置和能够在试验基础上获取有效结论，其分解设计主旨在于要求学生在毕业时能够全面立体地掌握本专业的基本研究思路与研究方法，并且在毕业之后能够将其应用于日后的工作学习之中;“使用现代工具”分解为3个指标点，分别指向要求学生具有了解、使用、开发化工领域现代工具的能力，旨在要求学生在毕业时完全具备运用现代工具的能力，并且能够在毕业之后快速掌握新接触的新型现代工具;“工程与社会”分解为3个指标点，分别为熟悉化工专业领域内的相关政策及法律、能够识别新工艺为社会带来的潜在影响、能够理解化工实践应承担的社会责任;“环境和可持续发展”分解为了解环境与可持续发展的意义、能够依据环境与可持续发展的原则来甄别工艺水准并积极改进2个指标点，最终使学生既能清楚知道环境与可持续发展在化工专业领域内的具体内涵，还能够将其应用到实践中去;“职业规范”可分解为3个指标点，分别要求学生了解中国基本国情并自觉维护国家利益、能够遵守工程职业道德规范、能够在工程实践中自觉履行责任，这3个指标点在逻辑上具有总分关系，要求学生全面成为一名合格的化工行业从业者;“个人和团队”可分解为理解团队定位、具有较高执行力、具有组织协调能力这3个指标点，要求学生既有能力承担个人在团队中的角色也能主动组织团队协作，在理解团队定位的基础上提高个人执行力并最终能够组织团队协同作业;“沟通”分解出的4个指标点分别指向要求学生在毕业时具有化工行业术语表达能力、化工行业术语交流能力、专业外语沟通能力、不同文化背景下的综合交流能力，这4个指标点在逻辑上呈并列关系，要求学生不但能够以化工行业的工程语言进行口头、文字、图纸、计算机指令的沟通，同时还要具备国际化视野及沟通能力;“项目管理”分解为掌握化工项目管理中涉及的管理方法、经济方法，理解经济管理问题，能够在生产实践中运用管理方法与经济方法这3个指标点，它们要求本专业毕业生具备基本的化工项目管理能力;“终身学习”分解为2个指标点，即具有自主学习与终身学习的意识、具有自主学习与终身学习的能力，这两个指标点相互补充、相互促进，旨在要求学生能够在毕业之后具备继续提高继续发展的能力及意识。

三、教学大纲的制订

（一）化工专业课程体系群的设计与构建

课程教学大纲是执行人才培养方案、实现课程培养目标的纲领性文件，是组织教学、进行课堂教学质量评价和教学管理的重要依据。为了突出培养学生解决复杂工程问题的能力，上述标准要求根据毕业要求指标点进一步确定核心支撑课程的教学目标，即所有理论课程均应设置相应的复杂工程问题作为教学示例和课后练习，所有实践环节提供的实习项目必须具有较高程度的复杂性和综合性，以保证教学大纲满足各项毕业要求。

我校化学工程与工艺专业在紧密结合学校办学定位、专业特色和充分征询行业、企业专家以及校友建议的基础上，逐步规范了科学的课程教学大纲制订及修订机制，建立了完善的支撑毕业要求达成的课程体系，从而使毕业生更好地满足社会市场需求。化学工程与工艺专业课程体系群主要由通识教育课程、学科基础课程、专业教育课程、集中实践教学环节以及第二课堂组成，其核心课程包括有机化学、物理化学、化工原理、化工热力学、化学反应工程、化工设计基础、化工过程分析与合成以及化工安全与环保等。

（二）化工专业课程体系群对毕业要求达成的贡献

对于上述核心课程来说，围绕石油化工复杂工程问题，有机化学阐述了母体烃类化合物、各类官能团化合物、简单杂环化合物的命名、结构特征、物理性质、简单光谱性质、主要反应性能和应用，各类化合物的实验室制备方法和工业制备方法，讲授了有机化学中的各种基本概念和基本理论、主要有机反应及反应机理、有机合成思路、有机化合物的分析方法等知识内容和科学方法;物理化学则通过学习热力学基本概念、定律、原理、方法，溶液、相平衡、化学平衡的热力学，动力学的基本概念，反应速率理论，催化作用，电化学基础，表面现象（界面现象）及胶体化学等相关知识，为化学和其他學科的交叉奠定理论基础，它们都是有效解决复杂工程问题的土壤;化工原理系统研究了化工生产中流体流动、传热和传质过程的基本原理、主要单元操作（包括流体流动、流体输送、沉降分离、过滤分离、过程传热、蒸发、吸收、蒸馏、萃取和干燥等）及设备的计算方法、典型设备的构造及性能等，从而更好地帮助学生分解复杂工程问题;化工热力学以热力学基本定律、基本原理为基础，结合流体的p-v-T关系，探讨了纯流体、溶液等体系状态（温度、压力、组成）变化与热力学性质及性质变化间的关系，分析了物理或化学变化的平衡极限、条件和状态，介绍了不同热功能量转换方式的特点，研究了化工过程的能量分析方法，为石油化工复杂工程问题中的反应过程和分离过程指明了方向和限度;化学反应工程以质量守恒、能量守恒、动量守恒与工程学的基础理论、基础方法为主要内容，系统阐述了化学反应计量学关系、反应速率、反应动力学、气固相非均相催化反应机理、理想反应器设计、反应器操作及优化、非理想流动及停留时间分布、气固相反应扩散过程传质与传热的影响，为石油化工复杂工程问题中的工程放大提供了必不可少的理论积累;化工设计基础以化工企业设计过程为主线，系统讲解了工艺流程设计、物料衡算和能量衡算、设备设计与选型、车间布置设计、管道布置设计、非工艺设计、工程设计概算和技术经济等内容，它是综合利用相关专业知识，依靠现代化、标准化、工业化技术解决复杂工程问题的手段;化工过程分析与合成旨在研究化工过程系统设计的现代化方法和策略，即建立过程系统的数学模型，描述出系统中每一部分及总体性能，并给予评价，应用过程集成技术、数学规划方法和人工智能技术等对过程系统进行综合优化，这是未来复杂工程问题发展的趋势和必然;化工安全与环保根据现代化工生产的特点，结合典型实例，系统简明地论述了化工过程中的安全生产技术与环境保护的基础理论和方法，重点介绍了化工废水、废气、废渣的治理及环境质量评价、化工防火防爆、防职业中毒、压力容器和化工检修等安全技术，通过本课程的学习，促使学生在潜移默化中将减少污染、保护环境和安全生产的理念深度融入石油化工复杂工程问题的解决方案中。

四、质量监控的运行

（一）教学评价的主要手段与核心指标

学校、学院和专业从课堂教学管理、教学纪律管理、考试管理、教学基本支持条件管理以及专业建设监督等方面构建了完整的质量管理体系，要求每个教学环节都有严格的教学质量标准，明确实施主体、责任主体和实施措施，保证教学过程的正常运行，同时本专业实施教学工作例会、听课制度、学生评教、教学督导、教学专项检查等监控和反馈手段，收集教学过程各个环节的信息，完成对主要教学环节的评价。

毕业要求达成度是教学评价的主要标准，也是衡量高等学校办学水平的重要指标点，毕业要求达成度评价对于持续改进教学工作、提高本科教学质量具有非常显著的促进作用。一般来说，毕业要求达成度的计算可通过课程成绩分析法、评分表分析法以及问卷调查法进行，其中，课程成绩分析法要求以课程考核材料为评价依据，对包括实践教学在内的所有教学环节达成毕业要求情况进行评价，再根据每门课程的达成度评价结果得到毕业要求达成度;评分表分析法根据《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》《工程教育认证标准》和《化工与制药类专业补充标准》的相关要求，制订具体的、可衡量的评价指标，形成评分表，结合考试、测验、作业、实验、实习、设计等评价学生在该项指标上的表现，通过满意程度给出量化分数，从而计算出毕业要求达成度;而问卷调查法则是在确保调查数据有效可靠的前提下，以毕业生和用人单位为调查对象，侧重调查受访者对毕业要求各项能力重要性的认同程度以及毕业生在这些能力上的表现和达成情况。

（二）教学评价在实际教学活动中的作用

以我校化学工程与工艺专业2017届毕业生为例，其毕业要求各指标点的达成度评价结果最低值为0.696，大于合格标准0.65，评价结果为达成。为了不断提高教学质量、改进监控和反馈措施，进而应用于培养目标、毕业要求、课程体系、教学环节、师资队伍和支持条件等方面的持续改进，本专业通过对2017届毕业要求达成情况进行系统分析，找出了制约毕业要求达成度的主要原因是“问题分析”项得分较低，学生灵活运用化工基本理论对复杂工程问题进行原理表述、分析和综合评价解决方案合理性的能力欠缺。针对上述问题，院系强化了理论教学环节、实践教学环节和毕业设计（论文）环节的投入，积极动员任课教师采用启发式、讨论式、案例式、对比式、情景式、互动式和专题式教学方法进行课堂教学改革创新，鼓励教师全面参与全国大学生化工设计竞赛、全国大学生化工实验大赛、大学生创新创业训练计划项目以及“互联网+”大学生创新创业大赛的指导工作。同时，进一步建立青年教师导师制度，充分发挥老教师的传帮带作用，学校教师教学与发展中心多次举办教学法讲座和集中教学观摩等活动来具体指导青年教师的教学活动。此外，学校和学院还定期举办讲课比赛和微课教学比赛，并鼓励青年教师积极参加，提高教师对多媒体教学的掌控水平，激发教师投入课程建设和教学研究的热情。通过以上改进措施，我校化学工程与工艺专业2018届毕业生的毕业要求达成度增至0.725，专业教师的教学水平及效果有了显著改善，学生的问题分析能力得到有效提升，形成了以评促建、以评促改、以评促管、以评促新的良性循环。

五、结论

工程教育专业认证是对当前化工专业课程教学改革的一次洗礼和考验，它从根本上回答了学生究竟该如何培养、课程体系究竟该如何设置、教师究竟该如何教学这一高等教育的本质问题。本专业紧密围绕《工程教育认证标准》中的12条毕业要求，将其全面细化分解为39个更具体、易落实、可检测的指标点，并与具体课程形成明确的支撑矩阵关系，同时通过进一步规范课程教学大纲的制订及修订机制，建立支撑毕业要求达成的课程体系，使毕业生更好地满足社会市场需求。除此之外，继续健全本科教学质量监控体系，强化毕业要求达成度的“评价一反馈一改进”作用，精准发力、补齐短板，从而有针对性地提高学生解决石油化工复杂工程问题的能力。