工程教育认证视域下《粉体工程》课程一站式教学模式的探索

刘 菲 赵彦亮 谭俊华 朱开金

太原工业学院材料工程系，山西 太原 030008

以学生为中心、以产出为导向和持续改进，是工程教育认证提出的三大核心理念。这三者明确了工科教育的育人方向，既要充分尊重学生作为独立个体“人”的发展需要，全面综合考虑个体差异，以平等的机会引导所有学生达成学习成果，又通过“评价－反馈－改进”的闭环机制，实现教育教学效果的持续改进［1-4］。专业认证作为高等教育质量保障体系的重要组成部分，在2022年11 月开始使用的《工程教育认证通用标准解读及使用指南（2022 版）》中，明确说明了本科层次人才培养的主要目标是解决复杂工程问题的工程师，毕业要求聚焦在复杂工程问题而非宽泛或一般工程问题，并且新增了计算思维、可持续发展、全生命成本、零净碳排放目标、多样性和包容性等。

《粉体工程》是太原工业学院无机非金属材料工程专业核心课程，围绕粉体的特性与应用，将粉体的粒度、性质、颗粒间的物理与化学作用，以及加工处理过程中所包含的理论、设备、工艺等内容汇于一体，囊括了高等数学、化学、物理、电子、机械设备、工程管理、环境保护等很多学科的相关知识，是一门综合性很强的交叉科学，具有很强的适用性，可在材料、能源、制药、化工、冶金、食品加工等行业广泛应用。随着新材料行业的不断发展，按照工程认证中面向企业需求，基于毕业生和企业的问卷反馈，本课程通过校企合作的教学模式，从企业生产的复杂工程入手，抽象提炼出复杂工程问题，以学生能力和素养的提升为目的，打破传统教材中常规的知识划分，通过案例贯穿不同章节的知识点，一站式培养快速上手的企业工程师，缩短从毕业生到工程师的适应阶段，同时课程设置和内容讲授与时俱进，不断将科研一线的新技术、新成果及时融入课程内容中，提高学生运用深入的工程原理解决复杂工程问题的能力。经过五年的探索与实践，通过毕业生和企业的反馈，学生的能力素养得到较大提升，达到了工程教育认证标准的毕业要求，推动“持续改进”良性运转。

一、课程定位与改革理念

基于工程教育认证核心理念之持续改进，本专业对行业企业、毕业生开展了针对学科建设、专业建设和课程设置等内容的问卷调查，涵盖了对毕业生的专业素质和能力的评估，以及毕业后的就业情况。调查结果显示，95%的企业表示太原工业学院的毕业生动手实践能力强，新人上岗培训周期短，工作适应性强；93．5%的学生表示在学校所学课程和实践技能可以满足工作岗位的需求；45%的毕业生表示，某些核心课程尤其是综合性、交叉性强的课程，教学内容比较分散，章节之间的知识点比较独立，没有形成逻辑关联的整体，与企业实际生产过程脱节。

企业生产过程往往是一个复杂工程活动，既包括设备使用、技术工艺，又包括原料加工和产品质量监控，甚至还涉及土建、水电、仪表等等，学生必须具有完整的工程思维、缜密的计算思维，具备串联零散知识解决复杂工程问题的能力，才能快速成长为行业的技术人才，达到专业设置的人才培养目标，实现高质量就业［5］。复杂工程问题不是闭门造车，这样的案例往往与现实相偏离，甚至是违反生产规律的，必须从企业真正的生产过程中挖掘、提炼工程模型，与课堂上的理论知识共同形成复杂工程问题，对于培养学生实践能力、在企业实现快速上手具有指导意义。

《粉体工程》课程在工程教育理念的指导下，以行业企业和毕业生反馈结果为基础，通过社会服务“反哺”学科建设和课程设计，形成具有持续性改进功能的闭环机制，将企业生产的多元化复杂工程问题与课程知识的适用性相结合，以知识传授、个人能力发展和素养提升、服务社会进步的综合取向为培养目标，实现课程建设服务于个人、服务于社会，个人与社会互利共生的课程发展良性生态。

二、教学模式改革与创新

（一）打破章节之间的壁垒，以校企合作案例串联知识点

现有多个版本的教材虽然篇幅和内容略有不同，但是大体结构相同，均分为上篇理论部分和下篇的设备及应用部分，这样编排的好处是学生可以从学习粉体的基本知识和特性入手，过渡到加工、处理、运输、应用等环节的设备结构、特性和选型。但学生学到的知识往往零散而不连贯。因此，在后期解决实际问题时，灵活运用和举一反三的能力不足，无法满足企业的实际需求。并且，粉体的基础知识理论性强，显得有些枯燥，学生在学习的过程中缺乏兴趣，学习效果不佳。针对这样的情况，本课程在改革中采用企业案例作为主线，将理论知识融入每条主线中，从复杂工程活动中抽象出复杂工程问题，以案例引导学生进入情境，激发兴趣，带着实际问题再去学习各种知识，有的放矢地提高技能。例如，以镁砂的生产工艺为例，将镁砂本身的特性、矿石的破碎设备、物料粉磨机械、镁砂的锻造等知识点贯穿在一起，讲授了粉体的特性、主要选用的破碎设备、粉体的分级与筛选、固相烧结的造粒方法等知识，邀请企业工程师重点介绍相关设备的选型、产线布控和厂房利用等知识，以工艺带动知识点讲解，逻辑性更强，理解更透彻，掌握得更牢固，应用能力显著提升，践行一站式人才培养的社会服务功能。

（二）以实际工程问题作为课程设计，融入计算思维，强化学生主体意识

工程教育强调培养、提高学生解决复杂工程问题的能力，该能力体现为具有分析性、创造性和系统性特征的计算思维能力［6］。计算思维是指使用处理信息解决复杂问题所需的思维技能、习惯或方法［7］，在解决复杂工程问题能力的培养中必不可少，包含6 项重要技能：抽象、分解、算法思维、泛化与模式、评估、逻辑［6］。

在粉体流变知识章节，理论知识比较多，学生理解起来比较困难，但是在实际应用中却很重要。在本部分的课程讲授中（如图1 所示），以工程案例先建立料仓的设计思想，通过简化事物，确定问题最重要的方面，忽略不必要的细节，抽象出设计模型；再引导学生发现问题，通过分解技能——将一个复杂工程问题分解成多个更易于管理和解决的小步骤，专注于解决每个小问题——引出不同粉体在流动过程中的状态和特点，阐明这些理论性强的知识点如何应用，可以拿来解决什么问题；最后要求学生根据工厂实际生产需要，设计一套完整的流料仓，从料仓形状选择、材质选取、独立试算到绘制工程图、模型制作完成设计，实现理论知识向实践动手能力的转化。该种模式的课程设计方案在工科课程教学中具有普适性，具备泛化技能。

三、对标全生命周期成本，突出可持续发展

全生命周期成本，是指产品在有效使用期间所发生的与该产品有关的所有成本。包括产品设计成本、制造成本、采购成本、使用成本、维修保养成本、废弃处置成本等［8］。广义角度看，是产品的全生命周期成本，还包括社会责任成本。社会责任成本并不是一种单一成本，是贯穿在产品生产、使用、处理和回收等过程中的成本，主要是环境卫生、污水处理等所发生的成本支出［9］。社会责任成本可以影响管理者对产品的定价决策，对企业生产的长期收益和潜在收益有指导意义，有利于企业优化收益，实现更长期、更均衡的收益。在讲解选粉机集成一体化的内容时，将同行课程无机材料工艺学中新型干法水泥熟料生产过程，尤其是水泥窑头和窑尾的余热与选粉中的烘干功能相结合，实现能量梯级的合理组织利用，充分体现全生命周期成本管理。再如，粉磨、混合造粒等内容与无机工艺学中的烧成集合在一起，从颗粒特性和混合造粒的需求，解析如何提高燃烧效率，促进物料发生固相反应，降低制造成本，融合全生命周期成本概念，培养学生发散思维和工程管理思维，形成知识体系的迁移能力，直接为企业一站式培养上手快、能解决复杂工程问题的学生。在讲授料仓设计及设备选型的相关内容时，融入旧产线的改造设计与厂房再利用的知识，利用无机工厂设计概论课程中的厂房布置规则，从降低废物处置成本的角度，以全生命周期成本的理念引导学生进行设备、产线和厂房的二次利用，实现资源的可持续发展。

四、考核评价体系改革，更侧重过程管理与评价

基于工程教育认证的课程改革，更重视过程的跟踪量化考核。过程管理是培养目标达成的有力保障，也是对教学过程的检视和持续性改进的必要方法。本课程更侧重于评价对专业知识的理解和灵活运用的能力，采用分组任务的形式，每组布置不同的工程案例题目，不仅考查学生们对专业知识的灵活掌握程度，也兼顾了对资源的搜集、小组成员团队协作、报告撰写以及现场答辩能力，综合性很强，该部分考核的比重占25%；模型设计与制作部分重点考查学生通过计算思维解决工程数学问题的能力，是学生解决复杂工程问题的必备技能，该项考核占20%；这两个部分均由教师和学生共同评价产生分数，旨在提高学生参与度，通过朋辈指引增进学习效果。其余部分则通过期末考试完成，重点考核学生对基础理论知识的学习和综合运用能力。

五、结语

工程教育认证是高等教育与国际工程教育接轨的有效助推器，是工程教育类专业提高教育质量的促进剂。在此模式下培养的学生，解决了传统教育方式达成度不高的问题，提高了解决复杂工程问题的核心能力。专业认证通用标准明确要求，学生在毕业五年后的社会和专业成就仍能与培养目标相契合。本课程基于这条要求，以行业企业和毕业生的社会成就和个人价值的问卷反馈为依据，从课程定位和改革理念、教学模式与改革、教学内容设计、学习效果考核评价与可持续发展四个方面进行了改革与探索，形成闭环机制，构建工程认证持续性改进的理念。在工程教育专业认证的大背景下，本课程的教学模式对于其他工科课程实现培养应用能力强的一站式综合型人才，提供了一种新的路径，具有重要的借鉴作用和指导意义。