以工程教育專業認證為導向培養學生工程素質

俞路+潘艷秋+吳雪梅

摘要：本文以工程教育專業認證為導向，在化工原理實驗教學過程中將工程觀念貫穿于實驗預習、實驗授課、實驗操作以及實驗結果討論等四個實驗教學環節中，依托典型化工單元設備的操作，滲透工程概念與意識，在實踐教學中注重學生工程思維模式和團隊協作精神，目的在于培養學生工程實踐能力與創新思維，提高學生專業技術素質，推進我校卓越工程師培養計劃的實施。

關鍵詞：工程教育專業認證;化工原理實驗教學;工程素質培養

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）42-0196-02

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。在我國工程教育專業認證是由專門職業或行業協會（聯合會）、學會會同該領域的教育工作者和相關行業企業專家一起進行的，針對高等教育本科工程類專業開展的一種合格評價。我國開展工程教育專業認證的目的是：（1）構建工程教育的質量監控體系，推進工程教育改革;（2）建立與工程師制度相銜接的工程教育專業認證體系，促進工程教育與工業界的聯系，增強工程教育人才對產業發展的適應性;（3）促進中國工程教育的國際互認，提升我國工程技術人才的國際競爭力。在這個大背景下我校化工原理實驗課程在教學實踐中始終注重工程思維與工程意識的培養，提高學生分析與解決工程實際問題的能力。作為我校化學工程與工藝、精細化工、催化工程、高分子化工、環境工程、生物工程以及應用化學等相關學科的專業基礎課，該課程與其他基礎課程實驗存在本質的不同，具有典型的工程特點，學生在實際操作過程中往往會遇到不同類型的工程實際問題，因此我們應該有效利用該課程的特點與優勢培養學生工程實踐能力和創新意識[1]。以化學工程與工藝工程教育專業認證為導向，將工程觀念滲入到實驗預習、實驗授課、實驗操作以及實驗結果討論等環節中，從而提高學生的動手能力、設計能力和創新能力等綜合素質，增強與產業發展相適應。

一、實驗預習中滲透工程意識

在學校的支持下我校化工原理實驗室設備經過多次升級改造，目前能夠開設八個單元操作實驗和兩個創新實驗，同時我們還自主研發了實驗仿真教學平臺用于教學研究，提供了多層次、多方位的實驗教學手段，為工程教育專業模式的實施提供了硬件保障。化工原理與實驗作為省精品課程擁有優秀的教學團隊，任課教師全部具有博士學位，并且多年與化工企業聯合承擔重大項目實施，具備豐富的工程經驗，這些都為我校高素質化工卓越工程師的培養打下了堅實的基礎。實驗預習中創新地增設獨立授課環節，利用多媒體技術形象展示宏觀設備內部的三維結構，演示單元操作的工藝過程，展示微觀傳遞過程原理。化工原理實驗作為理論課的重要實踐環節，面對的是各個單元操作的共性問題，具有極強的工程背景，尤其是對于那些能夠進行多種工況條件下操作的綜合實驗裝置，可以充分調動學生的積極性參與實驗方案設計、工藝流程裝配以及實驗結果的對比分析，通過多媒體手段對不同裝置復雜工況的模擬展示，可以讓學生立刻直觀化地感知到本課程與基礎課程本質的不同，成功地在學生腦海中植入大工程觀念。學生在進入實驗室之前需先寫好預習報告，即了解本次實驗目的、實驗原理、實驗工藝流程和實驗操作步驟，在此常規基礎要求之上，針對每個實驗教師提前布置一些預習任務，讓學生帶著任務通過查閱文獻收集本實驗的相關信息，弄清楚實驗裝置中各個設備在化學工業生產中的主要用途和常規操作方法。如流體阻力實驗中會用到離心泵、轉子流量計等設備和儀表。讓學生通過預習了解離心泵在工業生產中的主要分類與用途，教學實驗出于安全考慮只用清水泵，學生通過文獻的查閱可以了解其他類型泵的用途;化工原理課程主要介紹三種流量計：轉子流量計、文丘里流量計和孔板流量計，學生查閱文獻后可以清楚地了解三種流量計的構造、工作原理及在工業中的用途，查閱文獻使學生在進入實驗室之前自然地滲透了工程意識，拓展了工程實踐知識。在實驗課程教學前，實驗室對學生開放，學生可以了解實驗設備工藝流程、操作方法及主要控制參數。還可以利用仿真教學平臺，模擬啟動實驗裝置，監控并調節實驗的溫度、流量、壓力及組成，處理實驗過程中異常現象，對于實驗結果進行對比，培養學生實際的工程意識。

二、實驗授課中建立工程觀念

出于對課程任務銜接的考慮，我校化工原理理論教學通常先進行各單元操作原理的講授，最后再集中介紹各單元設備。由于實驗教學與理論教學是同時進行的，這樣就出現了學生對于設備的認知比較陌生，表現出“重原理、輕設備”的現象，缺乏對各單元操作之間的有機聯系，從而導致理論與實踐脫節，思維中樹立不起來“工程觀念”[2]。為了建立學生的工程觀念，我們在實驗教學中倡導以學生為主體，教師以引導提問的方式進行實驗的講解。化工原理實驗過程中，學生思維模式比較單一，常規性地只關注某一單元操作設備的原理、操作方法及實驗結果驗證，忽略了解整個裝置的工藝流程，缺乏對不同實驗方案的嘗試和操作參數優化的觀念，更不會考慮裝置運行的可行性、經濟性及環保等工程實際問題。因而教師在進行授課過程中要有意識地滲透工程觀念，結合實驗裝置提出相關的工程概念與學生進行互動式討論。如在精餾綜合實驗中讓學生明確板式塔與填料塔內部結構存在的差異，各自適用于何種物系的過程分離，以及分離效率的比較;同時還可以提出以下工程實際問題：工業上采用精餾手段為何得不到100%純度的乙醇？如果采用反應精餾、萃取精餾、膜分離等方法是否可以得到100%純度的乙醇？并詳盡比較這幾種單元操作的優缺點。實驗講解過程中，還可以利用仿真教學平臺模擬精餾塔出現漏液、液泛等非正常操作現象、各種極限工況及如何進行操作調整等工程實踐問題，擬補出于安全考慮而不能進行的實際工況中出現的非常規狀況的操作。在進行離心泵特性曲線測定實驗時，學生通過理論課教學對“氣縛”和“汽蝕”兩種概念有大致的了解，但兩者在工程實踐過程中的區別和危害究竟如何，在學生的腦海中并不清晰。在實驗講解過程中，我們展示工程實踐過程中汽蝕后離心泵被腐蝕的葉片，利用仿真教學平臺演示氣縛操作現象，使學生對這兩個工程概念重新認識，強化了工程觀念。實踐證明，實驗授課中注重建立工程觀念能夠培養學生對復雜化工過程動態運行的綜合分析和決策能力，深刻體會工程學科的研究方法，從而積累工程經驗。endprint

三、實驗操作中體會工程觀念

我校化工原理實驗室的設備經過升級改造之后，絕大部分裝置能夠完成多個實驗任務，具備綜合性、設計性和研究型的特點。學生來到實驗室后，面對一套多功能的實驗裝置需要2～3人組成一個小組來進行實驗，每一個小組成員都是工程實驗的實踐者和探索者，必須具備團隊協作精神，共同探討實驗方案，在實驗方案的實施過程中要及時捕捉工程實踐問題，進行結果的匯總和分析，進一步嘗試相應的操作方法解決實際問題。教師在巡視過程中仔細觀察學生的操作情況，及時發現工程實踐問題，適時提出存在的問題，引發學生對問題的思考并引導學生進行理論分析做出正確的判斷，在此基礎上執行相關操作解決出現的問題。例如在傳熱綜合實驗過程中，由于鼓風機的連續轉動做功會使管路入口處空氣的溫度逐漸升高，在實驗過程中讓學生通過觀察溫度計注意到這個問題，針對這一問題讓學生踴躍提出解決的方法，開啟學生解決工程實際問題的思路，開拓學生工程思維模式;工業上用于加熱的蒸汽內會含有不凝性的氣體，如果不進行排放會出現什么問題？如何在實際操作中解決此類問題？在板框過濾機實驗中為何會出現濾液流不出的現象？它與板框的擺放順序，以及流道的對應有何關系？通過以上問題的提出，學生可以主動把從理論課程學到的知識應用于實際碰到的工程問題的分析，在理論指導下完成相關問題的操作，將理論與實踐聯系起來，在激發學生學習興趣的同時體會工程的觀念。

四、實驗結果討論中反饋工程意識

實驗結束之后，指導教師組織學生將實驗操作中出現的實驗現象和實驗結果進行分析討論，讓學生各抒己見，在聽取學生分析意見的同時提出工程問題引導學生思考。實驗報告中要求學生寫出一組數據處理的詳盡過程，匯總全部測試數據結果做出對應的趨勢圖，與工程經驗值進行對比，判斷數據的可靠性，查找實驗中存在誤差的原因，并對實驗裝置的設計、儀器儀表的控制與調節手段等提出自己的意見和想法。通過對實驗結果討論的系統化整理，學生學會用工程的觀點思考問題[3]，掌握工程實際操作中的規律，工程意識得到全方位加強。提升我國工程技術人才的國際競爭力是工程教育專業認證的主要目的之一，培養符合產業發展要求的優秀工程技術人才是我國教育改革關鍵所在[4]。立足現有實驗條件，在化工原理實驗教學過程中，我校始終秉持以培養學生工程素質和創新能力作為實驗教學的首要任務，在重視理論教學的基礎之上，將工程素質培養模式貫穿于實踐教學環節，推進我校化工原理實驗教學改革新突破。

參考文獻：

[1]王俊文，郝曉剛，劉世斌.改革實驗教學方法，增強學生工程意識[J].實驗技術與管理，2000，17（6）：107-110.

[2]俞路，吳雪梅，潘艷秋.基于全新工程教育理念構建多層次化工原理實踐教學模式[J].教育教學論壇，2014，12（53）：132-133.

[3]趙清華，高煥方，許俊強，全學軍.化工原理實驗教學中工程觀點的培養[J].化工高等教育，2010，（1）：37-39.

[4]郭翠梨，張金利，程景耀，胡瑞杰.化工基礎實驗教學改革的實踐[J].化工高等教育，2010，（3）：59-61.endprint