基于创新能力拓展的过程装备成套技术教学改革探索

李海生，陈英华，陈聚凯，沈利民，王艳飞，王光辉

（中国矿业大学 化工学院，江苏徐州 221116）

加强本科生创新能力培养是高等教育改革的重要内容之一[1]。教育部提出的“一流本科”建设计划，对培养人才创新能力提出了更高的要求。学生创新能力的培养，能够激发学生的学习兴趣，培养学生主动思考、开拓创新的意识[2]，更有助于提高学生在毕业后分析、解决专业相关领域复杂工程问题的能力[3]。

当前，学生创新能力培养方式多样化，主要包括创新训练计划、创新大赛、第二课堂等。有的专业充分利用自身优势资源，集中优势力量开展学生创新训练计划，有针对性地吸引部分学生进入科研训练团队，指导教师负责学生的引导和团队课题的规划，学生在课余能够有机会参加训练项目，拓宽视野，其创新能力得到一定的提高[3-5]。有的专业组织学生开展创新大赛和第二课堂，以竞赛模式锻炼学生的创新能力，学生在入校后可以选择进入第二课堂，由指导教师长期进行跟踪和培养，设置个性化课题，满足不同层次学生的需求。这些探索将有助于学生后续升学、就业的能力提升[6-7]。但在教学实践中，也存在一些问题，如无法涵盖所有学生，时间有限导致培养过程不够系统，所选课题知识面不够宽等，影响了学生创新能力培养的质量[8]。

要解决这些问题，培养学生的创新意识，提高学生创新能力，在校期间的各类实习实践活动也可以发挥重要作用[9]。学生通过参与企业的生产实践活动，了解产业发展与技术现状，结合专业所学知识，围绕专业技术领域的生产实践，从实践中获取更多的创新知识，对培养学生创新能力具有重要意义[10,11]。但生产实践教学与理论教学结合不够紧密，导致学生学习过程存在脱节现象，学生创新能力培养不能连续进行。而且学生实践时间较短，加之现阶段新冠肺炎疫情防控影响，教学效果受到严重影响。

结合当前教学实践发现，学生创新能力培养需要一整套完整体系，通过适当的教学组织形式，深入探索创新能力评价过程，实现创新能力的科学评价与持续改进提升。这个体系不能仅依靠课外环节或是单独的实践环节，需要基于专业核心课程构建系统的组织体系。过程装备成套技术课程是过程装备与控制工程专业的核心必修课，该课程涉及知识面宽，结合了过程工艺、过程装备、过程控制三大核心体系，将三者相互融合，包括流程工业系统的工艺开发、经济评价、流程设计、装备选型安装、管系结构与辅助系统等，能够与工程实践紧密结合，灵活运用专业所学知识，分析与研究复杂工程问题，充分体现专业的综合设计能力和实践创新能力。本文将以过程装备成套技术课程为例，以创新能力培养为目标，构建围绕核心课程的创新能力教学拓展体系，不仅可以服务一流专业建设和一流课程建设，还可以推动专业认证的持续改进工作，对专业创新人才培养具有重要指导意义。

1 创新能力拓展的必要性

过程装备成套技术课程是过程装备与控制工程专业的专业核心必修课，主要讲述工艺开发与工艺设计、经济分析与评价、工艺流程设计及设备布置、设备及机器选型、管道设计、设备和管道的绝热工程、过程成套装置实例等内容。通过该课程的学习，使学生建立过程成套装置设计的完整概念，掌握成套装置的设计程序、方法和要求，增强“系统”观念和工程意识，使之能够在考虑经济、安全、环境、法规的因素下，具有工程设计、技术改造与开发研究等实际工作的初步能力。

以过程装备成套技术课程为核心，构建创新拓展教学体系，对培养学生创新能力具有重要意义，主要体现在如下几方面：

（1）打造创新拓展教学体系，推动一流专业建设与人才培养。

围绕专业核心课程和相关教学环节，构建了创新拓展教学体系，与一流本科“双万计划”专业建设相一致，集中优势资源打造创新教学新体系，提高专业学生的创新能力，推动专业一流人才培养。

（2）以创新能力拓展教学示范助力专业本科教学的持续改进。

通过开展创新能力拓展教学改革，凸显学生创新能力培养目标，使专业课程教学过程更加系统化，切实围绕学生的知识与创新能力培养开展教学，结合创新能力考核评价机制改革，能够进一步推动专业认证的持续改进，对工程实践创新人才培养具有重要意义。

（3）开展创新能力拓展教学示范，争创高质量一流课程。

以过程装备成套技术课程为例，结合相关课程与教学环节，开展创新能力拓展教学示范，重点培养学生的创新能力。依据课程培养目标和教学要求，完成教学全流程的设计，构建丰富的课程知识体系，主动更新课程教学内容，运用多种教学方法开展教学示范，完善教学反馈评价机制。在此基础上，形成创新能力拓展融合体系，实现知识能力培养与实践创新接轨，争创高质量一流课程。

2 创新能力拓展的方向

基于过程装备成套技术课程开展创新能力拓展，需要从以下两方面进行考虑：

（1）课程教学改革方向。

对过程装备成套技术课程教学体系进行改革创新，融入创新教学设计，依据课程教学内容的特点，精心设计多种教学方法，提高学生的兴趣，使学生能够融入创新课堂，由被动获取改为主动接受知识。依据课程知识内容难度，设定具体的考核评价方法，由考核结果和内外部联合评价，共同推动教学持续改进，推动课程教学质量不断提高。在课内环节，可以将课程知识内容融合提升，增加有高阶性、创新性、挑战度的专题环节；而在课外环节，可以利用课外学时增加创新专题训练。通过课内课外相结合的方式，探索学生创新能力拓展教学实践。

（2）实践教学改革方向。

将课程与实践环节相融合，形成创新能力拓展教学体系。通过梳理专业实践环节，整理出与课程相关的知识体系，设计一套完整的创新拓展计划，逐步将课程关键知识点延续深入到设计、实习、实验等实践环节中，通过理论实践相结合，共同开展创新与实践，使课程内容在工程实践中得以运用，使学生创新能力逐步提升。

3 创新能力拓展的思路

3.1 课内创新能力拓展

课内以知识学习为主，可以增加专题研讨、系统设计方案评价等环节，可以增加课程知识容量，提高课程的挑战性和创新性。研讨环节可以紧密结合课程教学内容，激发学生的创新意识，通过文献资料整理、信息融合等过程，凝练个人观点，形成对工程实践问题的客观评价，培养学生知识运用与实践创新的能力。以创新能力培养为导向，精心设计课程作业环节，以流程典型设计方案为例，引入具体的工程实践问题，结合现有技术发展的现状，开展方案的评价与优化，为学生未来技术创新与工程实践提供指导。

与此同时，学生创新能力的培养，教师的启发和引导至关重要。作为探索者，学生的主要任务是努力发现新事物、探索新知识，学生的探索过程需要教师的有效引导和鼓励，特别注重学生创新思维的形成过程，鼓励学生在工程实践中敢于创新。因此，教师在教学中可以尝试启发式教学，引导学生逐步培养积极主动的创新意识。

3.2 课外创新能力拓展

构建课外教学辅助环节，设置课外学时，建立合理的创新能力评价机制。利用课外学时，设置创新训练计划课题，学生可以跨学科、跨专业的形式组建创新团队，参加课题设计与研究工作。课程结束时，评选出优秀课题，可以通过不同途径参加大学生科技创新大赛或创新创业大赛。这种教学模式能够充分激发学生的兴趣，形成多学科融合与实践创新，可以强化学生的团队协作能力和科学思维创新意识，促进学生创新能力的提高。以课内知识为出发点，结合课外创新，课内课外紧密关联，鼓励学生在实践创新中灵活运用课程知识解决工程实践中的复杂问题。

3.3 实践创新能力拓展

在培养方案中，先在第六学期开展过程装备专题实验和专业生产实习，后在第七学期开始过程装备成套技术课程学习。为使前后教学形成体系，对教学内容进行合理规划。例如在过程装备专题实验中，让学生熟悉实验项目的工程应用背景，了解相关技术领域的发展现状，能够开展与项目相关的工艺开发与设计实例分析与经济评价，鼓励学生开展创新实践。同时，建立创新性实验系统—压缩空气吸附式干燥实验系统，该实验系统包括典型的过程装备、装备相互连接的管路系统，学生可以开展压缩空气吸附式干燥实验、超声波探伤实验、内压薄壁容器应力测定实验以及压缩机振动测试等实验项目，在完成单项实验的基础上，可以进一步提出过程装备成套系统，将流程工业的系统、装备、控制相结合，培养学生的系统观念和工程意识。

在生产实习教学中，了解空分行业的技术发展现状，学习空分工艺开发与设计的基本思路，能够结合工程技术案例，提出创新的技术思路、研究方法和设计方案，鼓励学生综合运用所学专业知识，从不同侧面探索工程实践创新。实习结束后，对学生实习效果进行评价，特别注重考查学生的创新意识培养、创新思维形成和创新方法应用，为后续专业核心课程学习奠定基础。

3.4 综合创新能力拓展

在过程装备成套技术课程结束后，基于课程所学知识与能力，学生开展为期两周的过程装备课程设计。该课程设计环节使学生了解成套装置设计中的工艺、控制、保温等环节对过程装备设计的影响，掌握过程装备基本零部件的选择方法，掌握典型过程装备和管道设计的基本流程和方法。培养学生能够运用相关标准和专业知识，设计满足特定需求的过程装备及管道，并具备正确使用图纸和设计说明书体现设计成果的能力。

在确定选题后，学生可以明确设计对象和目标，注重学生设计过程创新思维的引导，鼓励学生成立设计团队，做好任务分工，高效开展设计工作。不但教师要参与其中，还可以邀请企业从事设计工作的工程师参与设计过程的创新评价。同时，学习兴趣是创新的源泉和驱动力，能够促使学生坚持探索和创新。在课程设计过程中，增加创新研讨环节，有利于学生发表各自的心得，交流设计过程中的经验，建立专业课程学习和工程实践的联系，将创新意识渗透到知识学习、能力培养和工程实践中，对培养学生创新能力具有重要意义。

3.5 校企联合创新能力拓展

与企业共同成立产教融合育人创新基地，整合政府、企业和高校的多方面资源，构建校企联合创新能力拓展平台，三方共建教学管理委员会，共商协同创新育人模式。依托创新基地，可以从多渠道探索校企联合创新人才培养机制。一方面可以联合企业参与课程建设，形成校企合作课程，结合行业技术发展现状，通过讲座、论坛等形式，为学生讲授最新的技术创新成果，鼓励学生组建实习创新团队，赴企业开展生产实践，提高学生实践创新能力。另一方面，校企联合成立科研创新研究组，由企业提供课题，企业研发工程师、高校师生共同研究，共同探索新产品研发和技术革新，实现科研育人与创新育人相结合。

4 结语

围绕专业核心课程过程装备成套技术构建的创新能力拓展体系，能够符合当前一流专业和一流课程建设的要求，可以响应专业认证的持续改进需求，对学生创新能力提升具有重要指导意义。与传统的创新培养方式不同，该体系能够以专业核心课程知识储备和专业能力为核心，将与课程相关联的先后教学环节进行统筹布局，形成无缝对接关系，以创新能力培养为目标，丰富各教学环节内涵，实现课程与实践教学相结合、课内课外接轨、校内校外联合的创新能力拓展完整体系，可为学生创新能力拓展提供有益参考。