基于工程教育专业认证的化工原理教学改革探索

王力霞 任冬梅 常 春(渤海大学化学与材料工程学院，辽宁锦州 121013)

工程教育认证开始于20世纪30年代的美国，逐步变成国际上通用的工程教育质量保障制度。我国工程教育专业占高等教育专业设置及毕业生总量的1/3，占有十分重要的地位。为了促进工程人才培养标准与国际标准接轨，我国于2016年6月在吉隆坡会议上加入《华盛顿协议》，成为其第18 个正式成员国①。截至2018年底，在两年半的时间内，全国共有227 所高等学校的1170 个专业通过了工程教育认证，包括材料成型与控制、机械制造及自动化、化工与制药和软件工程等21 个工科专业类[1]。

以产出导向（outcome based education,OBE）为人才培养模式，首先要制定教学目标，规定学生毕业时应该达到的能力和水平，继而针对这些预定目标进行教学设计和教学活动。当前，社会越来越关注人才培养的质量，各个用人单位都希望毕业生能尽快适应企业需求，并能胜任企业的不同工作岗位，而目前高等教育培养的人才质量与企业的期望还有一定的差距，因此，新的社会需求迫使高校不断探索新的教育模式，深化教学改革。

本文以渤海大学应用化学专业实施工程教育专业认证为背景，遵循产出导向理念，进行化工原理课程改革研究。依照工程教育专业认证标准，笔者指出了工程教育专业认证背景下课程改革的必要性，提出了化工原理课程以产出导向为原则的教学成果目标，给出了化工原理课程改革的理念和思路，编制了基于工程认证的化工原理课程大纲，实践了化工原理课程改革的六种教学模式和课程评价方法。

一、工程教育认证背景下课程改革的必要性

2018年发布修正的工程教育认证标准——通用标准指出：工程教育专业认证遵循产出导向、以学生为中心和持续改进三个理念②。

（一）产出导向人才培养模式的需要

这种新的人才培养模式以学生为中心，注重和强化培养学生能力素质、激发学生潜能的教学体验，衡量教学成果的依据是学生的素质和潜能表现，并根据企业要求对教学模式持续改进[2]。专业认证要求考核由传统的“教育输入”转向“教育产出”，也就是考核由“教师教什么”向“学生学到什么”转变，更加注重教育的结果和产出，这也是OBE 的认证标准[3-4]。

（二）以学生为中心，对现有培养模式改进的需要

传统教学以教师为中心，教师满堂灌，学生课上忙于记笔记，课后只是背考试重点内容，缺失了创新实践能力的培养。而工程教育专业认证标准关注的是全体学生的表现，对学生是否获取相应的能力和水平进行评价；教学培养目标的设定参照学生毕业时的素质要求，以及毕业几年内应该具备的职业能力；课程体系的安排、教学大纲的制定和师资队伍的配备，都要为培养目标是否达成做准备；为推进专业质量的持续改进和提高，制定质量保障制度和措施，以保证人才培养质量，满足用人单位的职业需求[5-6]。

（三）通过课程改革改进教学质量

工程教育专业认证的根本目的就是促进学校有针对性地改进教学模式，使学校专业教学质量得到提高。所以，在学校教学的各个环节都应该制定质量控制要求，并有相应的检查措施，通过检查及时发现问题并改进工作。检查措施包括对培养目标设定的定期检查，对企业要求实现程度的检查，对学生整个学习过程的检查，对课程、师资和支持条件的检查，最终根据检查结果对教学工作加以改进[7-8]。

二、化工原理课程改革的具体实践措施

（一）编制基于工程认证的化工原理课程大纲

课程教学大纲是达成毕业要求的基础，是合理设计课程体系的体现。教学大纲是规范教师教学行为、指导学生学习行为的规约性文件，是课程实施与课程评价的法规与指南。培养目标要以课程体系为支撑，通过调研企业对应用化学专业人才能力的需求，制定本专业的培养目标和毕业要求。通过分析化工原理课程在基于工程专业认证规定的毕业要求中的作用，基于OBE 理念，笔者细分了考核指标点，将化工原理课程围绕这些指标点进行教学目标设计，进而给出本课程的教学目标如下：

第一，掌握化工单元操作的基础知识与基本理论、典型设备及其计算方法。（支撑毕业要求1、3）

第二，培养学生了解化学工程学科的基本研究过程和思维方式。（支撑毕业要求4）

第三，具备综合运用所学知识分析和解决化工过程中实际问题的能力。（支撑毕业要求2、4）

第四，认识终身学习的必要性，具有终身学习的能力。（支撑毕业要求1、2）

基于工程认证的教学大纲编制，要将课程目标与毕业要求指标点挂钩，课程目标与课程的教学内容和教学方法挂钩，课程目标与课程的考核方式和评分标准挂钩。

（二）规划基于工程认证的课程教学设计

化工原理课程教学设计遵循产出导向原则，就是把教学目标“能够综合运用基本原理与基础知识分析和解决化工过程中的实际问题”融入教学设计中。将这一任务分成阶段任务，并对各个阶段任务要求掌握的知识点进行分解，在课程教学设计时明确要求学生应达到的学习效果。因此，化工原理课程教学改革的课程设计应从以下三个方面进行：

1.重构内容模块

依据OBE 理念把整个课程内容进行重组。把化工原理课程按照单元操作分成流体流动、传热、精馏、吸收、蒸发、干燥等六个专题。每一个模块都进行重新梳理和科学调整，按照教学目标将教学内容分解为教学知识点。以专题——流体的流动与输送（14 学时，支撑课程目标1、2、3、4）为例，课程教学设计如图1 所示。根据毕业要求，本专题的三个教学目标分别为：掌握流体流动过程的基本理论（支撑课程目标1、2），掌握流体在管内流动的基本规律（支撑课程目标1、2），解决实际化工生产问题（支撑课程目标3、4）。根据课程目标将课程内容分成流体静力学方程、流体流动基本方程等七个大知识点，再细化成流体的性质、流体的压强等17 个小知识点。各模块每一知识点的重点、难点、创新点要明确，并确定各知识点的教学目标、学习要求和学习方法。授课前将这些要求分发给学生，让学生了解学习本课程的阶段步骤以及各部分知识点之间的关系。

图1 基于工程认证的化工原理课程教学设计

2.以学生为中心的教学模式改革

OBE 理念强调以学生为中心，关注培养学生能力素质的教学体验和过程。化工原理课程采用教学模式如图1 所示，采取探究学习、主动学习、问题引领、实践导向、项目学习、团队学习等六种模式，把学生置于整个教学过程的核心地位。本课程教学根据各模式特点可以灵活运用以下方式：教师讲授、网络在线学习、在线互动、学生课上分组讨论、撰写专题报告、课程小论文和课外作业等多种方式，目的是激发学生的学习热情，培养学生学习的积极性、主动性、独立性和创造性。

探究学习是教师提出研讨型问题，利用课堂上师生互动，在共同研讨中教学的教学模式。教师在课程最后以思考题或内容总结的形式给出本次课的知识回顾，并指定课后预习内容。如在流体的类型及其判断知识点的学习中，通过观察雷诺实验，师生互动研讨流体流动的形态及其特点，最后得出层流和湍流流动的特点及判断规则。

主动学习模式是指教师在课前提出学习任务，学生利用教材、网络课程和查阅文献进行自学；课上先进行讨论交流，然后教师再进行精讲释疑；课后学生通过作业和习题巩固知识要点的教学模式。例如，在学习流体的性质的知识点时，教师先通过网络布置学习任务：什么是流体的密度；大多数气体和液体都是混合物，他们的密度如何计算；什么是比容、重度、比重？他们的单位是什么、区别是什么，等等，要求学生带着问题主动学习。课上由同学首先回答这些问题，并对混合物密度的求解方法进行讨论，最后由教师进行总结精讲，继而布置课后练习任务。

问题引领要以问题为导向，教师为主导，学生为主体进行教学。以问题引导思考与探究，变“教”为“思”、为“学”。注重以学生为中心创设环境与问题。教师可以对重点难点问题作出提示，鼓励学生积极探索、自主学习。例如，在学习流体局部阻力计算方法的时候，教师可以提出问题：流体流经管件、阀门等局部障碍时，流动方向和速度的变化会产生局部阻力，这种局部阻力相比直管阻力远远复杂得多。这种情况没有理论公式进行计算，怎么求解局部阻力？通过学生讨论后，教师可以继续引导学生思考：流体流过局部件（管件、阀门）时流动类型是什么？然后学生会考虑到可以采用类似湍流流动阻力计算的量纲分析法解决问题，最后引出阻力系数法和当量长度法两种局部阻力的计算方法。

实践导向模式是指在实践中学习，以实验活动为导向，确定目标，组织内容。比如，对于流量和流速的测定学习，可以通过实验课中观察测速管、孔板流量计和转子流量计的结构、安装位置分析其工作原理，掌握这类仪器的特点和应用。

项目学习模式要求学生独立思考，通过对具体工程案例进行分析，提升解决实践问题的能力。这一教学模式目的是深化理解所学知识点，培养学生具备解决复杂工程问题的综合能力，并具备相应的思维模式。例如，在学习管路计算时，可以给出工程案例：给定输送任务，流量、管长、所需管件和允许压降，要求学生进行管子的规格选择。在这种情况下，由于管径未知，无法求出流体流动的雷诺数，也就不能确定摩擦系数，无法直接计算。所以，需要采用试差法和迭代法，需要选择试差变量、给定初始值、编制迭代程序图，这就需要学生要将数学、计算机和专业知识有机融合，训练并提升了学生的综合能力和思维能力。

团队学习模式是同伴互学的教学模式。在课程教学中可以采取分组讨论、分组学习、分小组完成指定任务、做团队专题报告等学习方法。学生通过积极主动参与团队学习、合作研究，能够学会倾听他人意见，并准确表达自己的观点；学会用合适的方法和不同对象沟通意见、交流思想。团队学习目的是培养学生自主学习能力、团队成员合作能力，锻炼了学生创新思维和创新能力。

3.以产出为导向是课程改革的原则

基于工程教育专业认证的人才培养模式，始终把培养学生的实践能力和综合素质作为出发点和最终目标。通过上述教学模式的改革，以问题引导学生思考与探究，变单纯的“教授”为“思考”、为“自学”。注重以学生为中心，创设教学环境与问题，鼓励学生积极参与、自主学习。同时，将观察、推论、验证、沟通、比较、查资料等自学能力运用于化工原理课程教学中，提升学生独立思考的能力，以及解决实际问题的能力。

另外，专业知识的系统性、完整性不能忽视。学生能力和素质的提升，需要扎实过硬的基础理论，这就需要教师对重点难点知识要进行详解。但是，重点难点知识的讲授不是填鸭式灌输给学生，而是要让学生在主动学习过程中明确基础理论，在具体实践中体验基础理论，在互动讨论中加深理解相关理论，在团队学习中有效沟通交流专业知识，在不断地试错纠错中把握正确的解决问题的方式方法。

这些教学模式的改革不是要学生对知识点进行简单记忆与复述，而是要求学生要深度学习，深化理解知识点，通过主动学习、探究学习，加深学生对基础知识的理解，强化学生理论联系实际的思维意识，提升学生分析和解决化工问题的能力，实现学生具备解决复杂问题的综合素质，并培养学生形成科学理性的思维模式。

（三）完善课程教学评价体系

工程教育专业认证要考核课程教学是否有效地实现了预期的课程目标。课程考核要改变传统的重理论轻实践、重期末考试轻过程性考核的现状。化工原理课程应根据自身特点，制定相应的课程学习效果评定方式，实施多种形式、多个阶段、多种类型的考核方式的结合，实现从“一张考卷定结果”到“综合评价看能力”的转变。同时，还要重视过程考核的有效性，而且阶段性考核、过程考核内容要合理，形式要多样，结果要客观。学生在各学习阶段的考核结果，要能体现学生自身的进步的动态进程，要促进学生提升学习的主动性和自觉性。

化工原理课程考核方式包括试卷测试、项目研究与成果汇报、课前与课后主动学习、出勤与课堂发言、平时测试等多种形式，每项所占权重分别为60%、10%、10%、10%和10%。在化工原理课程教学中采用的探究学习、问题引领、项目学习和团队学习模式，可以用项目研究与成果汇报的形式进行考核，并根据项目完成进度、基本理论掌握程度、解决问题方案正确性、团队合作效果、论文及报告质量情况等进行评分，改变传统的只是由期末考试决定学生成绩的考核形式。新的课程教学评定方式，既评价了学生的自主学习能力、创新学习能力和解决实际问题的能力，也评价了学生在学习过程中的学习表现，比如团队协作能力、表达能力及协调配合能力等，更注重考核学生的综合能力和素质。

课程分目标达成度由公式（1）进行计算。根据分目标达成度分析，可以寻找学生和各培养目标的差距，发现问题，进而持续改进课程质量。根据直观的评价结果，可以提出教学持续改进措施，直至满足工程认证要求。

结 论

当前，工程教育专业认证背景下化工原理课程改革迫在眉睫。化工原理课程改革的实施应该以学生为中心，以产出导向为原则，通过编制基于工程认证的化工原理课程教学大纲，采用新的教学模式，通过探究学习、主动学习、问题引领、实践导向、项目学习、团队学习等六种形式，让学生处于整个教学过程的核心地位，帮助学生在理解掌握教学知识点的基础上记忆教学内容，提升学生解决实际工程问题的能力，并形成科学的思维模式。通过开展多种形式的课程评价，可以更客观地根据评价结果提出课程教学的持续改进措施，以期化工原理课程教学进一步符合工程认证要求。

①中国工程教育认证协会.中国全票获《华盛顿协议》正式成员资格——我国工程教育实现国际多边互认[EB/OL].[2016 -06 -02]http://www.jyb.cn/high/gdjyxw/201606/t20160603_661634.html.

②《工程教育认证标准（2018 版）》，http://www.ceeaa.org.cn/main! newsList4Top.w?menuID=01010702