新工科背景下化学工程训练教学体系构建

晋梅，安良，吴宇琼，刘红姣，宋姣华，邹琳玲

（1.江汉大学光电材料与技术学院，湖北 武汉 430056；2.江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056）

随着新一轮科技革命和产业革命的迅速发展以及中国制造2025 的提出，新兴产业和新经济发展中迫切需要工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才[1-2]。化学工程与工艺专业是一个厚基础、宽口径、适应性强的通用型工程专业，与材料、生物、环境、制药等多个支柱产业紧密相关。鉴于此，新工科背景下化工专业人才的培养，一方面结合新工科建设所提出的“新理念、新途径和新要求”人才培养要求，为未来提供智力和人才支撑[3]；另一方面以国际实质等效的工程认证标准改进和提高工程专业人才培养质量[4]。

本校化学工程与工艺专业已获批国家级一流本科专业建设点且已通过中国工程教育专业认证，在专业人才培养中秉承“以新工科建设为引领，以工程教育专业认证为导向，以面向2030工程师核心素质标准为要求”的培养理念，在化学工程训练实践教学中开展“两层次-三目标-四方法-五环节-五考评（2-3-4-5-5）”教学体系的构建，贯穿“以成果为导向，以学生为中心，持续改进”OBE 理念[4]，以强化工程实践能力、创新能力和终身学习意识，增强环境意识、安全意识、社会责任感、团队精神和敬业精神[5-6]，为培养多样化、创新型卓越工程技术人才奠定坚实的基础。

1 化学工程训练教学体系构建

立足于本校化学工程与工艺专业人才培养已有的经验和可利用的教学资源，在化工专业高年级学生中构建如图1 所示的化学工程训练教学体系。在该教学体系中，教学设计不仅着眼于学生工程师核心素质的培养，还落实了立德树人的根本任务；教学实施中采用灵活多样的教学方法、具体可行的教学环节以及可实施的形成性教学评价机制，全方位开展教学改革与实践；依据“评价-反馈-改进”闭环开展课程教学的持续改进，深化教学改革实践成效。

图1 化学工程训练教学体系构建

2 教学设计

2.1 “工程实践和科研创新”两层次教学内容

基于化工专业学生前期学习中掌握的专业理论基础和实验基本技能，以“顾及传统化工,兼顾先进技术；顾及工程训练，兼顾创新研究”作为项目设计思想[7]，化学工程训练设置了“工程实践和科研创新”两层次教学内容，如图2所示。

工程实践层次训练项目中，针对化工过程中典型塔设备开设了吸收塔和精馏塔训练项目，主要训练内容：熟悉塔设备结构特点，掌握塔设备工艺操作参数的测量原理和控制方案；熟悉塔设备操作工艺流程，具备操控塔设备DCS系统的能力；具备正确分析和处理塔设备操作中异常现象或故障的能力；按照工程训练任务要求，具备设计方案、实施以及完成工程训练任务的能力。工程实践层次训练可锻炼学生解决复杂化学工程问题的能力，提升“化工+安全+过程装备与控制+自动化”多学科交叉融合的实践能力，培养学生建立大工程观的工程思维。

按照“匹配性、可行性、系统性”原则[8]，将体现化工学科发展前沿和研究热点的科研成果转化为科研创新训练项目。结合“碳减排、碳达峰”热点，开设CO2高效捕集及深度利用项目等。科研创新层次训练可拓展学生专业视野，培养“化工+绿色化学+材料+环境”多学科交叉融合的科研素养，激发学生创新性思维。

2.2 “教学-能力-素质”三课程目标

通过化学工程训练不仅要求学生满足新工科建设和专业认证的培养要求，而且培养的专业人才还应肩负实现中华民族伟大复兴的历史使命和社会责任。鉴于此，课程设置了“教学-能力-素质”三课程教学目标，如表1所示。

3 教学实施

3.1 多样化教学方法，激发学生兴趣

教学中主要以项目式教学方法为主，辅以案例式、范例式、问题链式教学法。多种教学方法的应用，充分体现了“以学生为中心，以成果为导向”的OBE理念。

项目驱动式教学法[9]是基于构建主义学习理论，将训练项目分解为“文献调研、方案确定、方案实施、报告撰写”四个具体且可实施的子项目，而各子项目以“明确任务→分析任务→实施任务→完成任务”认知逻辑为主线实施教学。教学中以学生为主体，教师为引导，采用训练小组协作模式，在启发引导和答疑解惑下，训练小组针对项目任务自主开展探究活动，训练学生自主综合运用所学理论知识解决复杂工程问题的能力，提升学生团队协作、交流沟通能力和工程领导力。

在实验室安全培训中采用案例教学法，引导学生对事故原因和应急措施展开分析和讨论，并结合工程训练项目对可能存在的安全隐患提出预防措施，树立“安全无小事，防患于未然”的理念，培养和锻炼学生对安全事故的分析和应急处理能力。鼓励学生自主利用图书馆电子资源下载SCI/EI/中文核心期刊上发表的科技论文，采用范例教学法引导学生掌握科技论文的写作特点、文本结构和写作要求等，提升学生应用专业术语撰写专业报告的水平和能力。问题链式教学法是以发布的训练任务为主线，以一系列内在逻辑关系问题为纽带，在师生间“问”与“答”的教学互动中，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，提升学生辩证思维能力和创造性思维能力，如教师根据“催化剂制备、表征及性能评价”工程训练任务设计如图3所示的一系列具有内在逻辑关系的问题。

图3 问题链式教学法在工程训练项目中的应用

3.2 “五环节”教学过程，打造高效课堂

基于项目式教学法的应用，各工程训练项目分解为表2所示的五个具体教学环节，同时在各教学环节对学生提出了技术性和非技术性指标训练内容，也对教师提出了相应的教学任务和建议的教学方法。

表2 “五环节”教学内容及要求

3.3 形成性教学考核，提升教学实效

课程教学考核是学生技术性和非技术性指标达成的综合体现，需具备形成性和可衡量的特点。在多种教学方法应用和多环节教学过程的基础上，课程构建与之对应的“五环节”形成性教学评价体系，如表3 所示。相比于终结性教学评价，形成性评价体系可对学生技术性和非技术性指标达成进行客观公正的考核评价。

表3 “五考评”形成性教学考核评价

4 教学改进

课程通过“评价-反馈-改进”闭环进行持续改进，以便在下一轮教学中呈螺旋式上升的教学实效。

在课程结束后，从“学生、教师、专业和教学成效”四方面开展教学评价。学生层面教学评价是除了常规的学生评教之外，还通过发放涵盖教学体系设计、环节实施、考核内容及方式等内容的调查问卷开展教学评价。教师层面是按照“回顾教学→分析成败→查找原因→寻求对策→以利后行”进行课程教学总结和反思。专业层面是通过校院两级督导和同行听课，重点关注学生工程训练效果。教学成效层面是对课程目标达成情况进行评价，检查技术性和非技术性指标的达成情况。

在教学评价的基础上，专业负责人通过教学质量评价反馈机制和教学信息反馈系统，将教学整体情况反馈给课程负责人和任课教师。而后，课程负责人协助任课教师提出下一轮教学改进措施或方案，如结合学生问卷调查反馈，教师进一步完善教学设计，深化课程教学改革；根据学生、同行和督导评教反馈情况，教师提升自身教学水平并完善和创新教学手段、教学方法，促进教学质量的提高；结合课程目标达成评价结果中的“短板”，教师针对性加强知识点讲授和能力训练，促进学生课程目标全面达成；结合教学总结和反思，“思所得、思所失、思疑惑、思创新”，形成一定的教育教学思想和理论。

5 结束语

以新工科建设为引领，以工程教育专业认证为导向，构建了化学工程训练的“两层次-三目标-四方法-五环节-五考评”教学体系。结合化工学科发展的新特点，设置两层次教学实践内容以强化学生工程实践和科研创新能力，提升学生跨学科交叉融合能力，设置三课程目标以培养学生成为德才兼备的高素质、复合型一流工程科技人才。项目式为主的四种教学方法的灵活运用、具体可实施的五个教学环节以及对应的形成性教学评价体系，有效训练了学生解决化工过程中复杂工程问题的能力以及提升学生自主探究、团队协作、沟通交流和工程领导力。通过“评价-反馈-改进”闭环开展持续改进，夯实多样化、创新型卓越工程技术人才的培养质量。