工程教育专业认证背景下化学工程与工艺专业实验教学改革探索

胥 娜，康士刚，凌 强

(安徽工业大学 化学与化工学院，安徽 马鞍山 243002)

开展工程教育专业认证可以构建我国工程教育的质量监控体系，满足社会和企业对工程人才的需求，实现中国工程教育和工程师资格的国际互认。目前，我国高校工科专业教学实践中已普遍开展工程教育专业认证[1-2]。2017年，安徽工业大学(以下简称我校)化学工程与工艺专业通过了中国工程教育专业认证协会组织的工程教育认证。化学工程与工艺专业的特点是实践性强，专业认证标准中要求毕业生具有实践能力和创新能力，具备综合运用所学知识分析和解决复杂工程问题的能力。化学工程与工艺专业实验是提升学生实践动手能力，培养创新思维以及分析解决复杂工程问题能力的重要实践教学环节。因此，专业实验对保证毕业生达到专业培养目标和毕业要求具有重要支撑作用。2020年，化学工程与工艺专业即将进行工程教育专业再认证。化学工程与工艺专业认证标准包括通用标准和专业补充标准。其中，通用标准对学生、培养目标、毕业要求、持续改进、课程体系、师资队伍和支持条件七个部分提出了明确的要求，专业补充标准是在通用标准基础上，根据专业特点提出对课程体系和师资队伍两个方面的具体要求。工程教育专业认证强调以学生为中心，以产出为导向的人才培养体系，并突出教育过程持续改进的核心理念[3]。

一、化学工程与工艺专业实验教学存在的问题

化学工程与工艺专业认证通用标准中对毕业要求有12项指标，其中要求毕业生能够综合运用基础和专业知识解决工程实际问题，具备自主学习能力、创新能力、团队协作能力和工程实践能力，能够调研分析问题，设计实验方案，构建实验系统，安全地开展实验，正确地采集实验数据，并对实验结果进行分析和解释，通过信息综合得到合理有效的结论。实验教学是达成上述毕业要求指标点的重要途径。目前，专业实验教学在支撑毕业要求指标中存在以下不足之处。

(一)实验课程体系设置不合理并缺乏持续改进

目前专业实验课程共包括17个实验项目，其中11个为验证性实验项目，6个为综合性实验项目。实验课程体系中以验证性实验为主，综合性、设计性实验项目偏少，具有探索精神的应用性实验项目匮乏。这就导致学生在实验过程中缺乏思考，不能有效激发学生设计实验的热情。此外，部分实验教学内容在当前煤化工行业发展中实用性较差，有的实验教学设备陈旧，落后于行业发展实际。实验教学缺乏持续改进，不利于培养具有实践动手能力的创新型工程人才。

(二)实验教学方法单一

工程教育专业认证过程强调以学生为中心，传统的实验教学模式主要以灌输为主，实验教师提前进行实验准备，在实验开始前对实验原理、实验步骤和注意事项进行讲解和演示，学生按照实验教材和教师演示开展实验，最后提交实验报告。学生在实验过程中缺乏参与感和兴趣，只要测得实验数据就认为实验完成，缺乏对实验操作和实验结果进行独立的思考和分析，这不利于培养学生工程实践能力和分析解决问题的能力。学生在实验过程中处于被动接受状态，实验小组成员之间及各小组之间缺乏交流和讨论，不能充分激发学生学习兴趣，无法充分发挥学生的积极性、主动性，不利于培养学生的创新思维和团队沟通及协作能力。

(三)实验教学考核方式不合理

工程专业认证标准强调“以产出为导向”，要求课程考核方式能够反映课程目标的实现情况，通过课程目标的达成情况从而可以客观判定毕业生是否达到毕业指标要求。目前化学工程与工艺专业实验考核由平时成绩和考试成绩组成，二者各占学期总成绩比重的50%。平时成绩根据学生实验考勤及提交最终实验报告的完成情况进行评判，考试采用闭卷方式进行。这种考核方式不利于调动学生在实验过程中的主动性，导致学生在实验操作过程中积极性低，实验报告完成过程中存在实验数据抄袭现象，学生对实验的理解和掌握情况较差，往往采取死记硬背方式应付考试。因此，现有实验教学考核方式无法评价学生设计实验方案、进行数据采集和分析等解决实际问题能力，实验教学效果不能得到全面的考核和评估，无法对实验教学的持续改进提供依据。

二、化学工程与工艺专业实验教学改革措施

(一)优化调整实验课程教学体系

工程教育专业认证关注学生的工程实践能力，通过适当提高实验课程在整个专业课程体系中的比重，使学生在实验过程中进一步加深对理论知识的认知，有助于学生综合能力的提高。此外，目前部分实验项目单一分散，以基础验证性实验为主。通过对实验项目优化和整合，逐步提高综合创新性实验的比例，并适当增加选做实验的数量。建立“分层次、多形式”专业实验课程体系(见图1)，将专业实验课程体系分为三个层次的实验项目，第一层次是必修式基础性实验，第二层次是必修式综合性/设计性实验，第三层次是自选式开放性/创新性实验。第一和第二层次是必修式实验项目，第三层次是自选式实验项目。在完成基本必修实验项目的基础上为学生提供更多自主选做的实验项目，不仅拓宽了专业实验的课程体系范围，而且突出学生在实验教学过程中的主体位置，激发学生的学习热情和主动性，引导学生自主学习，充分发挥不同学生的潜能。例如，将专业实验中煤的粘结指数测定实验、煤的奥亚膨胀度测定实验和煤的胶质层指数测定实验整合为煤的粘结性评价实验，即为实验小组提供多种煤样，要求学生通过实验综合分析煤样的粘结指数、奥亚膨胀度和胶质层指数，给出煤样粘结性综合分析报告。对于感兴趣、有能力的学生，可以自由组队进行初步煤质炼焦配煤方案设计和焦炉炼焦实验，撰写实验报告并对实验结果进行分析和讨论。通过对具有煤化工特色的化学工程工艺专业实验课程体系的调整，使实验教学不仅帮助学生加深对所学理论知识的理解，更重要的是能培养学生的实验创新设计能力和综合工程实践能力。

图1 专业实验课程体系设置示意图

(二)丰富实验教学形式

在传统实验教学方法的基础上，探索采用多种实验教学形式相结合，激发学生学习的积极性和主动性，充分发挥学生的主体作用，有效提升学生创新思维、实践动手操作技能和分析思考问题的能力。增加实验教学形式和支撑专业认证毕业要求指标关系见表1。

表1 增加实验教学形式和支撑毕业要求指标的对应关系

1.“试错式实验教学”，即在实验教师讲解正确的实验操作条件下，以保证人员及设备安全为前提，允许学生进行试错操作，以加深对实验原理和理论知识的认识。例如，在煤的奥亚膨胀度测定中对煤样粒度有一定要求，煤粒越细，表面积越大，越易被氧化，且单位质量的体积变大，导致煤笔的奥亚膨胀度测定值降低。引导学生在平行实验以外，制备一支煤粒过细的同等规格的煤笔进行试错实验测定，将此实验测定值和符合国标规定制备煤笔的实验测定值进行对比。加深学生对国标实验操作要求的认识，提高学生的创新意识和学习自主性。

2.“比赛式实验教学”，即实验教师通过预做实验在已知正确实验数据的情况下，学生自主组队进行比赛式实验，各实验小组测得实验数据和已知实验数据进行比对，最接近已知正确实验数据的实验小组获胜，获胜小组的成员得到平时成绩对应考核项中的最高分数。这种实验教学形式可以培养学生具备一定的组织和管理能力以及团队沟通协调能力。

3.“复盘式实验教学”，即在学生完成最终数据采集后，实验教师将各实验小组聚集在一起，引导学生对各自小组的实验数据进行分析，并对整个实验过程进行复盘。分析和总结实验操作过程中哪些环节需要特别关注，有哪些操作经验和小技巧，有哪些失误易导致实验失败。通过复盘实验，使各实验小组成员分享其实验心得体会，总结和汲取其他实验小组的经验和教训。改变传统实验教学中学生只关心自己实验小组的实验状况，培养学生在实验过程中动手、动脑，提升学生独立思考和分析解决复杂问题的能力。

4.“项目式实验教学”。传统的实验教学中通常只提供一种或两种实验分析样品，学生实验数据种类有限。通过联系学院教师课题团队为实验教学提供实际科研工程项目中的不同样品，增加实验教学中实验样品的多样化和实验数据的代表性。各实验小组可以共享实验数据，还可以为课题团队提供数据参考。例如，烟煤的粘结指数测定实验项目中，将实际科研工程项目中不同地区煤矿的煤样引入实验教学中，增加学生实验分析煤样种类和实验数据的多样性，使实验教学更加贴近工程项目，增强学生对不同地区煤质粘结特性的认知，培养学生的开拓创新思维和综合工程实践能力。

(三)完善实验考核方式

在现有实验课程考核基础上，建立多角度评价学生实验成绩的考核方法。将学生平时成绩的评价指标细化为6项，分别为：实验预习(占5%)、实验考勤(占5%)、实验操作(占10%)、实验设计(综合设计性实验)或实验比赛(验证性实验)(占5%)、实验报告(占20%)、实验心得体会(占5%)。实验理论知识考查仍采用闭卷笔试方式(占50%)进行。

同时，对试题的命题方式进行创新探索。例如，增加情景式改错题，即在情景图中找到不合理或操作错误的地方，说明原因并进行改正；增加实验室安全知识实题，考查学生对实验室安全知识和应急及急救常识的掌握情况；增加实验结果辨析试题，即对给定实验项目的实验结论进行辨析，对合理性进行判断，并给出造成不合理或不正确的原因及改正措施；增加开放式实题，学生分析总结某个已完成实验项目的心得体会或改进建议。通过建立多角度实验考核体系(见图2)对化工工艺专业实验教学质量和课程目标达成情况进行全面考核和评估，提高实验教学评价的科学性。

(四)实验教学和科研工程项目及实验竞赛对接

结合学院的相关科研项目，鼓励并推荐学生参与到教师课题团队，通过将实验教学和科研工程实践对接，使学生有机会接触到学科的发展前沿，拓展延伸专业实验教学的内涵，有利于培养和提升学生的开拓创新思维、团队协作能力和工程实践能力。

鼓励学生参与每年举办一次的校内化学实验技能大赛和每两年举办一届的安徽省普通高等学校大学生化学竞赛等赛事。为学生提供训练场地和设备条件，以竞赛为抓手，提高学生对专业实验基础理论和基本实验技能的学习兴趣，培养学生创新意识和实践动手能力以及团队协作精神。

图2 化工工艺专业实验多角度考核体系示意图

(五)建立开放式创新实验平台

制定一套完善的符合自身特点的专业实验室开放管理制度和管理方法，充分利用实验教学的实验室场地和设备，建立全天候开放的实验平台，为培养学生创新意识和创新能力提供支持条件。例如，烟煤的全硫含量测定实验项目中，现有的实验方法和实验设备只能测得煤中全部的硫含量，而无法分别测定全硫中的有机硫或无机硫含量。引导学生自主检索查阅文献，设计实验方案并对比筛选出最优实验方案，在开放创新实验平台设计实验方案，分析和处理实验数据，最终撰写完整的实验报告。提升学生学习自主性、创新性思维和综合运用所学知识解决实际问题的能力。

(六)基于专业认证成果持续改进实验教学

工程教育专业认证标准要求将专业认证评价结果用于本专业的持续改进。根据学院的专业认证评价成果，结合煤化工行业发展和市场需求，适时修订专业实验教学内容，更新实验教学设备以改善实验支持条件，对专业实验教学进行不断改进。

三、结语

以专业认证为契机，通过调整实验课程体系设置，丰富实验教学形式，完善考核方式，优化对接实验教学和科研工程项目及实验竞赛，建立开放式创新实验平台，有利于培养学生的创新能力和实践动手能力，提升学生分析和解决复杂工程实际问题的能力，为有效达成专业认证的培养目标和毕业要求指标提供重要支撑。