“1+3+2”工程教育模式探索与实践——以安阳工学院“化学工程与工艺”专业为例

宋海香，张艳维，牛永生，张楠，赵凌，王鑫，吕会超

（安阳工学院化学与环境工程学院，河南 安阳 455000）

新经济的发展对传统工科人才的培养提出了挑战，未来新兴产业和新经济急需的是工程实践能力强、创新能力强、并具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。为了应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战，2017年形成了新工科建设的“复旦共识”和“天大行动”。近年来，围绕新工科专业建设，教育部不仅批准了大数据、人工智能、网络空间安全等新工科专业，而且通过产学研协同育人计划项目，为传统工科专业建设引入新技术提供了新途径，促进了传统工科专业向新工科专业转化。

我校始终坚持以学生为中心，探索并实践新工科背景下的人才培养模式，推进教师强起来、学生动起来、课堂活起来、课程优起来、教法好起来，从而使教育教学有序有力有效发展。本课题组通过调研“化学工程与工艺”专业的工程教育人才培养模式[1-3]，“化工原理”[4]“物理化学”[5-6]“化学工艺学实验”[7-12]课程教学改革现状以及“全国大学生化工实验大赛”和“全国大学生化工设计竞赛”[13-16]对专业建设的支撑作用，分析了“化学工程与工艺”专业建设的特色和存在的问题，并提出了新工科建设思路，对本专业和其他专业建设具有指导和借鉴作用。

1 专业概况和存在的问题

1.1 专业概况

“化学工程与工艺”专业是我校1983 年建校时的专业之一，2004 年升格为本科专业，2019 年获批省级一流专业，2020 年获批省级优秀基层教学组织。我们坚持以学生为中心、成果为导向，实行导师制，全程全员关心学生的学习、生活和成长。发挥博士教师科研水平高的优势，实现科研和教学相结合，培养学生的科研创新能力、创业能力。将各类全国大学生竞赛项目引入教学过程，对学生各项实践环节予以指导，培养学生的团队协作能力和工程实践能力，加强了与国内和省内兄弟院校的交流与合作。

导师制、科研促教、以赛促学，充分发挥了校内外各种优势，突出了专业特色，为培养高素质应用型技术技能人才提供了强大动力。

1.2 存在的问题

第一，新的人才培养方案实施时间较短。目前本专业遵循“新工科”建设的理念，制订了2019 版人才培养方案，但在教育教学过程中“传统”模式还未完全转型；师资工程能力较弱；教学手段和方式不能及时更新，不能吸引学生，学生学习效果不好；课程思政的教学理念还未深入实施。

第二，教学大纲不够细化。现在执行的教学大纲教学目标不明确；专业课中没有明确的经济因素以及环保因素，未体现思政；考核方式单一，不能全方位全过程考查学生的学习效果。

第三，评价体系不健全。现在的评教体系多是考查“教师的教”，对学生的学习效果关注不够，评价结果没有及时反馈给教师，没有用于教师改进教学方法和手段；集体实践环节评价体系不能真正体现学生工程实践能力的训练程度。

第四，实践教学条件亟需改善。根据2019 版人才培养方案及工程教育教学的要求，“化学工艺学实验”需要优化调整。校内乙酸乙酯热模实习实训基地是一套小型中试设备，经过实训，学生对化工厂有一定的初步认识，对后续生产实习有促进加强作用，但是学生不能进行“开车”操作，需要进一步完善该装置的“信息化”、冷模开车以及安全系统，实现实践教学环节线上线下相结合。

第五，本科教学质量工程项目少，学生参加全国专业竞赛活动的示范作用还不显著。

2 改革思路和举措

针对专业建设存在的问题，本课题组以“国标”为依据，遵循以学生为中心、产出导向、持续改进理念，提出了“化学工程与工艺”“1+3+2”工程教育改革思路。“1”是指“优化工程教育认证人才培养模式”，“3”是指“化工原理”“物理化学”“化学工艺学实验”三门课程，“2”是指“全国大学生化工实验大赛”和“全国大学生化工设计竞赛”。“1”是中心，“3”和“2”是抓手，通过专业建设，创新工程教育人才培养模式，促进教师教育教学水平的提升和学生工程实践能力的提高。

2.1 优化工程教育认证人才培养模式

2.1.1 创新人才培养模式

以工程教育认证为引领，主要从立德树人、成果导向、产教融合、注重实践、以赛促学五方面进行改革。

“立德树人”方面通过强化思政课程和将“思政”理念融入专业教育，培养学生“工匠精神”“家国情怀”。“成果导向”以学生的预期学习产出为导向，进行反向设计，建立培养目标与学生毕业要求之间的逻辑关系以及毕业要求达成与课程（或环节）之间的对应关系，重构课程体系和教学内容。

“产教融合”指积极引入行业教育资源，校企协同制订专业人才培养方案，构建理论与实践课程体系；探索行业工程技术人员参与人才培养过程、评价，校企协同开展课堂教学、实践指导。

“注重实践”指构建分阶段、多层次，校内外、课内外相结合的实践教育教学体系；突出学生职业能力培养，探索符合行业发展规律和职业运作实际的创新创业模式与内容。

“以赛促学”指通过参加各类竞赛，培养学生针对实际需求进行化工工艺设计、单元操作设备以及化学反应器结构设计和结构创新的实践工作能力，同时锻炼学生的知识综合能力、自学能力、团队意识、竞争意识以及创新精神。

2.1.2 细化教学大纲

教学大纲是人才培养方案的执行文件，又是各课程的纲领性文件。教学大纲要重视理论联系实际，使学科教育和思想政治教育相结合。

“体现思政教育”主要是挖掘世界上化学化工人才事迹，结合课程内容，激发学生的“家国情怀”“环保经济”“和谐理念”等思政理念；“优化教学内容”一是体现思政理念，二是重视知识的运用，将实际中的工程问题引入教学，理论联系实际，学以致用；“革新教学方法”主要是经过加强信息化手段的运用，加强与学生互动，适当给学生增负，让学生在“乐”中学；“加强过程考核”否定之前的“一卷定结果”，考核形式多样化，全方位全过程考核学生，帮助学生养成终身学习的习惯。

2.1.3 健全校内校外评价体系

本科教学有2个评价系统，一是针对学生在学校学习过程的评价，二是针对毕业生即教学产出做的评价。校内评价体系主要是针对校内各教学环节建立教学过程质量监控体系，主要举措如图1所示。

图1 校内评价体系

校外评价体系主要是针对教学产出-毕业生，建立 校外评价系统，主要评价形式、内容等信息如图2所示。

图2 校外评价系统

将校内和校外评价系统联动，形成全方位立体评价系统，坚持产出导向，分析评价结果，找短板，反馈，形成持续改进机制。

2.1.4 强师资，硬条件，夯实教学基础

一支数量足、结构合理、人才荟萃、富有创新活力的高水平师资队伍是学校教学改革、人才培养和学科建设等各项事业的基础和保障，如图3所示。

图3 师资队伍建设思路

实践教学是应用型人才培养的关键环节，实习实训装置是实施实践教学的必要条件。现在大多数化工企业已经实现自动化生产，为满足企业对人才的需求，需要整合和扩充实验实践资源，逐步建立“产学研”一体的实训基地，进一步增加校外实习基地，探索实习基地建设与管理的模式与措施。

2.2 课程建设

2.2.1 “化工原理”课程建设

课程以OBE 理念为基础，课程思政全线贯通。通过课程体系的模块化建设[17]梳理形象、立体、层次分明的知识体系，便于学生理解、接受和掌握；同时，各二级模块间的组合锻炼，也能实现对于工程设计、工艺优化等不同工程人才的分类培养；“三重”式教法[18]变革：重案例、重启发互动、重创新培养；全力打造“半翻转式”课堂，课程表达“化繁为简”，理论运用又能“由浅入深”，以此充分激发学生的学习兴趣、研讨兴趣，培养学生主动学习、主动分析、主动思考的习惯，为工程型创新人才培养提供保障；充分利用校内SPOC 网、雨课堂、钉钉、虚拟仿真等信息技术手段，建立线上、线下混合式教学模式，扩展学习渠道，打通预习、巩固、答疑、自测、突破的全流程时空壁垒，更有利于促进知识点的内化吸收。

2.2.2 “物理化学”课程建设

课程秉持先进的教学理念，结合专业人才的培养特点，利用现代网络教学手段，深入开展在线教学。本课程推出告别谢耳朵演讲、打造“粘性课堂”的教学理念，采用有“故事”课堂、悬疑谜题教学吸引学生，将思政融入课堂，培养学生职业素养。将案例法、演示法、统计法、调研法等研究方法系统应用于课程教学过程中，加强师生之间的互动学习。充分运用雨课堂直播、中国大学SPOC 在线课程、手机软件等多种现代化教学手段，培养学生针对具体问题建立假设和模型的能力。

2.2.3 化学工艺学实验

化学工艺学实验室始建于 2005 年，到目前已有15 年的时间。“化学工艺学实验”实践课程内容在原来工艺仿真实验的基础上增加动手操作实验，虚实结合，有利于学生开阔视野，学以致用。

2.3 以赛促学

2019“东方仿真·欧倍尔”杯第三届全国大学生化工实验大赛，我校本专业的3名学生组成的“风中劲草”队荣获全国总决赛一等奖。本届大赛包括了“化工原理”笔试、化工单元仿真操作和分析、化工原理实验三部分内容。比赛过程中，参赛选手分工合作，思路清晰，操作熟练，分析透彻，充分展示了我校学子的专业能力和团队合作精神。本课题组将总结前期参赛成功经验，精心组织师生参赛，通过参赛加深学生对“化工原理”理论知识的学习，培养学生运用理论知识解决实际问题的能力，加强学生工程能力的训练，提高学生熟练操作化工原理实验装置的动手能力。

全国大学生化工设计竞赛是集设计作品展示和现场答辩等环节为一体的竞赛活动。本课题组积极谋划实施，通过竞赛，提高学生的现代工程设计、工程实践、创新能力、创业能力以及团队协作精神，并加强与兄弟院校师生的交流。

3 改革成效

3.1 人才培养模式

我们以工程教育专业认证为引领，遵循“双一流”专业建设和“新工科”建设的理念，主要从立德树人、成果导向、产教融合、注重实践以及以赛促教（学）五方面进行改革创新。2018 年底，积极聘请校内外专家和学者来学院进行论证和研讨，依据专业的国家标准，制定出符合工程教育专业认证的2019版人才培养方案。目前在教学过程中严格按照规定执行和调整，运行良好。

3.2 课程建设成效

我们以“一流课程”的标准建设课程，组织制定并执行课程建设规划、教学大纲和课程标准，及时更新课程内容，将最新的学科前沿、产业发展、科研成果融入课堂教学。张楠老师主讲的“化工原理”和王鑫老师主讲的“物理化学”课程是安阳工学院2020年线上教学优秀课程，王鑫老师主讲的“物理化学”获得河南省本科教育线上教学优秀课程一等奖。“化工原理”被评为河南省本科高校课程思政样板课程。目前“化工原理”和“物理化学”正在申报省级在线开放课程，努力建成线上一流课程。

“化学工艺学实验”经过组合，学生们反映较大，尤其是动手操作实验增设了设计型实验，实验前需要查阅文献制定实验方案，再用实验结果验证实验方案的可行性。与之前的验证性实验比较，实验结果未知，学生们为了得到比较满意的实验结果，主动探究，改进实验方案再验证，较大地提高了学生的专业素养以及解决复杂问题的能力；同时与虚拟仿真实验相结合，学生们更加注重工艺控制以及试验设备的使用与维护，虚实结合，提升了学生专业知识的运用能力。

在这3 门课程的带领下，其他课程也在积极建设。现在“有机化学”课程是校级精品在线开放课程。张艳维老师主讲的“化学反应工程”课程正在积极建设线上线下混合式教学，“化工设计”“化工过程分析与合成”等专业课程也在积极建设。

3.3 以赛促学氛围已形成

我专业以各类国家级竞赛为抓手，强化学生竞争意识、实践技能能力和自我管理能力培养。全国化工设计大赛在我专业已形成梯队，每年9月份学校组织全校学生进行初赛选拔次年的参赛选手，我专业报名参赛人数逐年递增，截止到2020 年报名60 人，最终选出50 人参加2021年的比赛，并计划2023年全专业参加，并将参赛情况作为“化工设计”课程的考核参考指标。

4 结论

通过创新工程教育人才培养模式，促进教师教育教学水平的提升和学生工程实践能力的提高。

通过“化工原理”和“物理化学”线上优秀课程建设，打造金课，提高学生的学习效果，提高考研率，同时对该专业“有机化学”“分析化学”“无机化学”等课程的建设具有示范作用。通过对“化学工艺学实验”的优化调整，将学生实际操作与虚拟仿真进行线上和线下结合，丰富实践教学内容，提高学生的信息化、数字化能力。

通过“全国大学生化工实验大赛”和“全国大学生化工设计竞赛”，提升学生解决复杂工程问题的能力，培养学生团队合作意识、竞争意识。

总之，“化学工程与工艺”“1+3+2”工程教育改革的实施，将全面提高“化学工程与工艺”专业的教学教育水平，促进“化学工程与工艺”专业工程教育认证工作和省级一流专业建设扎实有效开展，为申报国家级一流专业提供强力支撑。