工程教育认证背景下轻工类本科生工厂设计教学模式探析

陈慧，吴重德，李波，张金伟

（四川大学轻工科学与工程学院，四川成都610065）

1 前言

2016年，我国成为国际上本科工程学历资格互认协议-《华盛顿协议》的正式会员。正式加入《华盛顿协议》对提高我国工程技术人才的培养质量具有重要意义[1]。2018年教育部在成都召开新时代全国高等学校本科教育工作会议，会上陈宝生部长首次提出“高教大计，本科为本”；同年教育部吴岩司长提出课程是人才培养的核心要素，关系人才培养目标的实现，人才培养要求必须达成[2]。轻工科学与工程学院是四川大学（下称我校）传统特色学院，下设三个本科工科专业（轻化工程、食品科学与工程、生物工程（轻工生物技术））。学院多年来对轻工食品类本科人才的培养为我校轻工学科和我国轻工产业的发展提供了持续的人才支持。然而，近年来我国轻工类人才培养面临的问题日益凸显。例如，工程化理念弱化、工程设计课程难以完全满足行业发展的需要等，导致学生对口就业比例不高，这已成为传统工科专业人才培养面临的共性问题[3-4]。根据工程教育专业认证通用标准，并结合我校轻化工程专业建设的实际情况，必须从培养目标、毕业要求入手，构建合理的轻工类本科生工厂设计教学体系，使教学内容规范、教学方法和教学手段多元化，进行不断的思考和持续改进，提升本专业的工程教育质量，满足对轻化工程专业人才的多元化需求，达到本科教育的根本目的。

2 轻工类本科生工厂设计课程概述

设置工程设计课程是轻工类专业培养方案中培养学生工程设计能力和创新能力的重要教学环节；该课程是综合运用所学的专业知识，分析和设计轻工生产过程中各种单元操作过程和设备的实践性课程，在培养学生综合运用所学知识解决实际问题、综合实践能力、达成毕业生的能力要求方面发挥着重要作用。因此，加强对工程设计课程教学模式的探讨和分析是加强学生工程能力培养的重要举措。目前我院轻工类本科生工厂设计课程主要包括《轻化工程设计概论》、《食品工厂设计与环境保护》和《生物工程设计》。学生在完成专业基础课和部分专业课程的学习后必须完成这类必修课程，起着拓宽和加深专业知识的作用，满足认证要求中的工程知识能力要求，能运用工程学基本原理及方法识别和表达复杂工程问题的关键环节和参数。但是，通过对近几年课程的教学情况以及企业对毕业生反馈的信息进行分析，发现该课程未能有效发挥对学生在工程能力培养方面的指引作用，包括专业基础知识不牢，教学模式单一、实践性缺乏、学生上课注意力不集中以及考试方式仍以理论为主等问题[5]。因此，如何以工程教育认证的核心理念为导向，积极探索教学模式，进一步提高教学水平，全面提升学生工程设计能力和素质成为一个急需解决的课题。

3 以学生为中心的教学模式探析及结果

以工程教育认证理念为指引，结合我校轻工类本科生工厂设计课程的教学现状，通过引入混合式教学模式，对工厂设计课程进行积极的改革与探索，充分发挥我院轻工类课程的总体优势，相长互补，交叉融合。同时以提高学生的自主学习能力和工程素质为导向，提高轻工类专业本科生在工程知识、问题分析等方面的能力，满足工程认证要求为目标，探析该类课程的教学模式。

以下从教材建设、教学模式及手段以及学业评价方式等对工程教育认证背景下轻工类本科生工厂设计课程教学模式进行探索和分析（图1），对课程内容进行优化整合，同时改革教学方式和课程评价指标，将毕业要求达成度应用于课程体系改进中，提升学生工程设计能力与素质，以期为新工科背景下轻工类本科生工厂设计课程建设提供借鉴和参考。

图1 研究方法与措施Fig.1 Research methods and measures

（1）加强教材建设，完善教学大纲

目前我院轻工类本科生工厂设计课程教学使用的教材分别为中国轻工业出版社出版的《轻化工工厂设计概论》、《生物工程设计概论》和《食品工厂设计与环境保护》，教材具体信息见表1。教材都是针对轻工行业相关专业，其中《食品工厂设计与环境保护》使用了2021年出版的新教材，但是《轻化工工厂设计概论》出版时间久远（1994年出版），缺乏对现代轻工行业制革工厂的介绍和设计要求，工程设计课程的教材建设迫在眉睫。基于此，四川大学与陕西科技大学合作编写了针对轻化工程专业工程设计的教材—《现代皮革工厂设计基础》。该教材从制革工厂的总平面设计、工艺设计、流程设计到车间布置、管道设计以及安全生产和投资等方面，有针对性地提出了方法、进行了举例，完全契合该课程对我院轻工类相关专业毕业的要求。该教材预计2023年初出版（西安交通大学出版社），项目期间可以使用新教材满足本专业教学大纲要求。同时，在教材建设和选用上，借鉴和参考国内外相关专业，逐步提升和完善教材建设水平。课程组根据教材和工程认证要求，尤其增加了综合考虑安全、环境、法律等现实约束条件下，通过技术经济评价分析设计方案可行性等内容，满足行业的发展对学生的需求，也契合工程教育认证对学生在该方面的能力要求。

表1 轻工类本科生工厂设计教材信息Tab.1 Textbook information of light industry undergraduate engineering design

（2）采用多种教学手段，提高教学效果

由于计算机和信息技术的快速发展，教师需要采用多种教学手段和方式，改变以往工程设计课程传统单一的教学方式，建立探究式的学习机制，提高教学水平和教学效果。第一方面：提高学习目的性，通过在线布置课前预习，课堂讨论让学生有目的地学习；第二方面：提高课堂参与度，通过四川大学爱课堂等软件让学生随时回答问题并进行评价。结合生产实习，分组讨论工厂布局，生产特点和各种布置的优缺点，分组采用PPT展示供大家相互学习，全班评分，人人参与；第三方面：多手段体现学习效果，学习理论知识的同时学会使用计算机辅助设计工具完成厂区和（或）车间的布局图。由于该课程为实践类课程，课程考查代替理论考试，通过工厂整体布局或者局部设计获得期末成绩。同时，在课程学习期间，可以指导学生通过就近工厂参观，结合学习课程，反馈信息获得更好的学习效果（具体措施见图1）。以2018级轻化工程专业学生的《轻化工程设计概论》课程为例，表2为该课程课程目标与考核方式对应关系。图2为学生参与课堂讨论情况，图3为学生期末作品展示（鞣制车间示意图）。

表2 课程目标与考核方式对应关系Tab.2 Corresponding relationship between course objects and assessment ratio

图2 积极参与课堂讨论Fig.2 Photo showing the active class discussion

图3 期末作品展示（鞣制车间）Fig.3 Final work show(tanning workship)

目前学生们已经分别参观了四川千禾食品有限公司、四川崇州制革有限公司、福建漳州香洲皮革有限公司、福建泰庆皮革有限公司、漳浦致远皮革有限公司等制革厂，参观期间对工厂的着落地址、布局、工艺以及组织构架等进行了详细了解，并结合所学课程进行了分析，学生们将理论联系实际，在工程与社会、项目与管理方面拥有了更好的学习途径。

（3）完善学业评价机制，激发学生学习热情

制定详细具体的课程考核标准、平时成绩考核标准和期末成绩考核标准，改变传统的以学生最终提交的设计说明书和图纸评定成绩的方式，强化学业成绩“全过程综合考核”，满足四川大学以及专业认证培养目标考核要求。考核形式上增加过程考核和设计答辩环节，使最终的设计成绩能反映学生真实的学习态度、学习能力和设计水平；通过过程考核和答辩，引导学生深入理解所用到的理论知识，并能用理论知识来解决实际问题，提高学生综合解决实际问题的能力和用简明的语言表述设计内容的能力。

该课程在考勤、课后作业、课程论文、课程PPT以及课堂讨论等方面，都根据具体课程设置了不同比例，从学习方法到学习效果进行了全过程的考核，提高了学生的能动性，激发了学生学习兴趣。

（4）课程目标达成度分析

我院轻工类专业（轻化工程、食品科学与工程、生物工程（轻工生物技术））工程设计课程主要包括《轻化工程设计概论》、《食品工厂设计与环境保护》和《生物工程设计》。此处仅以2018级轻化工程专业学生的《轻化工程设计概论》课程达成目标举例，探析在新的教学模式下该课程教学结果对工程教育认证课程目标达成度的影响，达成度分析结果见表3。

表3 2018级轻化工程专业《轻化工程设计概论》课程目标达成结果Tab.3 The course goal of"Introduction to Light Industry Engineering Design"for grade 2018

该课程主要支撑轻化工程工程认证4个毕业要求（包括设计/开发解决方案，使用现代工具，工程与社会和项目管理）中的5个指标点，分析结果表明其总体达成度在77.8%，说明目前的教学模式总体目标合格（四川大学对达成度合格确定阈值为0.7）。但达成度理想（＞90%）的学生比例较低仅为6.6%，说明理想达成度比例不高，后续需要进一步改进教学模式，获得更为理想的达成度。

4 结语

四川大学轻工科学与工程学院所开设的轻工类本科生工厂设计课程是下设三个工科专业培养学生工程能力的重要课程。工程认证的目标是针对全体学生的考核，必须全体毕业生达到要求，必须从整体考虑，调动所有学生学习能动性。课程组通过对工程认证要求的仔细学习和解读，从教学目标、教学内容和教学方式以及实践换届反复讨论探析，以学生为主体，教师为主导，培养学生的工程能力。采用全过程的考核方式，培养学生设计/开发解决方案、使用现代工具、能识别和评价复杂轻化工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响等能力。使学生初步具备设计食品工厂、制革工厂等的能力，达到工程师所具备的综合素质要求，为培养合格的轻工类工程人才提供有效途径。