專業認證導向下的傳遞類實驗教學改革探索

楊仁春，唐定興，胡章文（安徽工程大學 生物與化學工程學院， 安徽 蕪湖 241000）

專業認證導向下的傳遞類實驗教學改革探索

楊仁春，唐定興，胡章文
（安徽工程大學 生物與化學工程學院， 安徽 蕪湖 241000）

從化工專業工程教育專業認證的基本要求出發，闡述了傳遞類實驗課程在化工專業認證體系中的地位，剖析了傳遞類實驗課程中存在的局限，提出了將《化工原理實驗》、《化學反應工程實驗》和《化工傳遞過程實驗》三門實驗課程進行一體化教學。為提高學生的工程實踐能力，在實驗課程體系、新型實驗開發、考核方式和實施方法上對傳遞類實驗課程提出了教學改革思路。

專業認證；傳遞過程；實驗教學

工程教育專業認證是目前國際通行的工程教育質量保障制度，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［1-2］。工程教育專業認證的核心，就是確保工科專業的畢業生達到行業認可的標準要求，是基于培養目標和畢業出口為導向的合格性評價。工程教育在我國工業化進程中，對完整獨立的工業體系的形成與發展，起著至關重要的作用［3-4］。教育部在2011年頒布了工程教育的專業認證標準，對機械、化工、電子等10大類專業，進行了詳細認證標準的規定。

化學工業作為國民經濟的支柱行業，隨著我國經濟的快速增長，其已經成為高新科學技術不可或缺的工程專業［5］。高校作為工程人才的搖籃，為化工行業提供主要的人力資源和智力支持。在工程教育開展過程中，高校應當及時把握行業發展趨勢，注重工程實踐能力的培養。與其他專業一樣，對化工專業實施專業認證，是對專業辦學條件的認定，是保證專業人才培養質量的前提。化工專業所實施的認證，不僅是其辦學機構面臨的挑戰，也是其自身發展的一個絕好機遇。

一、傳遞類實驗課程在化工專業認證體系中的地位

（一）專業實踐教學的核心環節

在化工專業的工程認證標準中，“傳遞類實驗”課的內容屬于專業認證的核心環節。從學科體系上說，它包括《化工原理實驗》、《化學反應工程實驗》和《化工傳遞過程實驗》三個部分，是化工專業主干課程的重要組成部分。在目前的化工專業課程體系中，該實驗內容通常單獨設立于《化工原理》、《化學反應工程》和《化工傳遞過程》理論課程之外。“傳遞類實驗”課程具有顯著的工程特色，是學生從化工理論學習通向生產運行的重要教學環節，其在化工專業課程體系中的地位不言而喻［6-8］。因此，以工程教育認證為目標，建立起適應新形勢下滿足工程認證標準的“傳遞類實驗”課程體系勢在必行，也是從事“傳遞類實驗”教學研究的教育工作者亟待解決的問題。

（二）學生工程能力培養的重要支撐

作為化工專業實踐課程體系的核心環節，“傳遞類實驗”課程始終貫穿于化工專業本科生實踐教學的全過程。“傳遞類實驗”課程的教學環節，是專業理論教學、工藝裝備設計、生產過程之間的重要橋梁。開設好“傳遞類實驗”課程體系，不僅有利于增強學生工程素質、學生綜合設計能力，而且有益于學生工程能力和創新意識的培養。在傳統的教學模式中，“傳遞類實驗”課程因其存在于各專業理論課程之中而往往單獨開設，這種獨立設置的實驗體系顯然不能反映傳遞過程的整體性，無助于學生工程實踐能力和創新能力的培養。因此，為進一步適應市場的需求，提高學生工程能力，需努力調整“傳遞類實驗”課程體系和教學方式，培養工程實踐能力強、專業綜合素質高的合格畢業生。

二、 面向工程教育認證的“傳遞類實驗”課程體系問題

為滿足化工生產和設計的發展需要，對于《化工原理實驗》、《化學反應工程實驗》和《化工傳遞過程實驗》的教學改革，目前已有較多學者對其進行了研究和探索［9-11］。然而，現有的教學研究大多局限于對其中的某一門實驗課程進行改革。目前，傳遞類實驗課程和實驗的開設模式通常如圖1所示。現今的相關研究已顯示，在整個化學反應設備中，因傳遞過程所產生的空間各點溫度、濃度和速度差異對其反應速率有著顯著的影響。因此，針對化學反應過程的設計和生產操作，“傳遞類課程”的理論教學和實踐必須做出相應的調整，以適應工程教育認證發展的需要。目前，“傳遞類實驗”課程中存在的問題主要如下：

圖1 “傳遞類實驗”課程體系的傳統開設模式

（一）課程設置相對獨立

“傳遞類實驗”包括《化工原理實驗》、《化學反應工程實驗》和《化工傳遞過程實驗》三部分。從理論分析上看，“傳遞”和“反應”分別屬于物理和化學兩個不同領域，但在化工生產過程中“傳遞”和“反應”卻是同步發生的過程。然而，現有的教學過程中，“傳遞類實驗”是由三門實驗課程共同組成，通常處于相對獨立的教學狀態。顯然，這種獨立的課程設置，與生產過程中“三傳”的同步傳遞過程不相一致。倘若在教學過程中，不能將這三門實驗環節課程進行有效綜合，那么學生的工程能力培養必然受到影響。因此，針對“傳遞過程”的同步發生且相互影響，應將其作為一個整體考慮，通過設立綜合型、探究型實驗，將有助于學生系統地掌握化工整體過程，提高工程實踐能力。

（二）工程類實驗有待開發

在“傳遞類實驗”課程的傳統教學過程中，主要是圍繞某一現象或規律而開設的實驗，稱為驗證性實驗。顯然，驗證性實驗有利于課堂教學和專業理論的鞏固，但不利于拓寬學生的知識面和工程綜合素養。驗證性實驗的開設，往往只注重單一規律或現象的分析驗證，難以綜合考慮課程體系的銜接，缺乏理論與實際生產過程的相關性探索。顯然，這種單一驗證性實驗存在如下不足：（1）化工“傳遞”過程的同步過程難以反映，往往與真實的化工過程存在偏離；（2）不利于學生主觀能動性的發揮，無法滿足工程教育認證標準要求的工程實踐能力培養。

（三）考核方式單一

“傳遞類實驗”課程以往的考核，主要是從出勤情況（30%）、實驗報告（0%）兩個方面對學生進行評價。顯然，這種實驗報告方式忽略了學生操作規范與工程創新能力的考查，不能完全反映學生的實驗綜合能力和水平。這種方式不利于學生工程應用能力的培養。在教學實踐過程中，應該將學生的專業知識、綜合實踐能力以及科學創新能力，融入到學生的實驗技能評估之中。因此，為了實現工程教育培養的目標，客觀評估學生“傳遞類實驗”的學習效果，建立科學的、完善的實驗考核方式，尤顯重要。

三、化工傳遞類實驗改革的思考與探索

通過借鑒國內外先進的工程教育人才培養理念，結合學校的辦學定位，以面向工程教育的人才需求為目標，構建適應新形勢下化工專業工程教育要求的“傳遞類實驗”課程體系。重點著手于“傳遞類實驗”課程的整體觀建立、課程體系設置、實驗類型的調整、考核方式的重構等方面。通過引入“傳遞類實驗”一體化的實驗理念，構建以產品開發思路、基礎實驗驗證、探究型實驗實施為一體的產品工程的實驗實施方式，實現工程人才培養的需求。其過程實施方式如圖2所示，具體課程體系和實施方式如下：

（一）傳遞過程的整體觀構建

“傳遞類實驗”的目標是獲得傳遞規律，繼而為反應器的結構及其尺寸設計提供必要的理論規律。其中，“化工原理實驗”主要針對的單元操作實驗，實驗為相對獨立分離單元的設備實驗，主要是單一考察某一傳遞現象或傳遞規律。“化學反應工程實驗”的實驗體系，主要涉及均相反應器和非均相反應器設計和優化兩塊。均相反應體系主要存在“返混”這一工程因素，而非均相體系主要存在“擴散”這一工程因素。“化工傳遞實驗”本身并不研究化學反應規律，其主要研究對化學反應有著重要影響的三大傳遞規律。顯然，“傳遞類實驗”是一個由化學因素+工程因素組成的復合實驗。因此，在實驗定位上，需要強調工程因素對反應過程影響的整體性，立足于學生 “傳遞類實驗”整體觀的培養。

（二）一體化實驗課程體系構建

“傳遞類實驗”包括化工原理實驗、化學反應工程實驗、化工傳遞實驗三部分，各實驗分割相對明顯，缺乏整體性。擬提出以“產品工程”理念來整合“傳遞類實驗”實驗教學內容，緊緊圍繞著化工類“產品工程”模式：“原料→預處理→反應→分離→產品分析”來優化實驗項目，使實驗的教學內容形成一個整體。通過這一完整的化工類產品工程的實驗教學設置，從而達到學生整體觀思維和產品工程能力的培養。這種一體化的“傳遞類實驗”的課程教學，就是圍繞某個具體的化工類產品的生產或過程開發，進行實驗過程的系統教學，讓學生在實驗探索過程中，獲得較為完整的專業知識體系和綜合技能。具體來說，圍繞化工類某種“產品”的生產，先將產品生產所涉及的傳遞過程進行分解，突出原料預處理、反應過程和分離過程三個重要化工生產階段，強調三個階段的各種傳遞現象。著重考察熱量傳遞對溫度變化的影響，考察動量傳遞對流體流動速度的影響，考察質量傳遞對反應過程中的各物質的濃度變化影響。在原料預處理階段，要突出單元操作過程中的傳熱、傳質和動量傳遞內容；在反應過程階段，突出動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞對反應速率的影響；分離過程階段，考察熱量、動量和質量傳遞對物料的物理性質及其分離效率的影響；同時，開展實驗結果涉及的“三傳”分析討論。這種一體化的“傳遞類實驗”課程主要采取如下教學方式：（1）設計開發系列貫穿“傳遞類”課程主要知識點的實驗項目；（2）對產品的生產過程進行分解，對學生進行分組，突出學生實驗過程中的合作；（3）在實驗過程中，突出學生的交流與討論，在實驗過程中使得學生理論學習得到提升。

（三）綜合型、探究型實驗開發

綜合型、探究型實驗會涉及許多產品開發與設計過程中的新理論、新知識，在專業知識上具有很強的系統性，可以為學生的工程實踐能力培養提供必要的保障。這類實驗一般是教師的科研項目，主要面向產品設計與開發，通常是具有很強的實驗目的科研探索與研究活動。該類實驗不僅可以激發學生的創新能力和科學研究興趣，而且具有很強的專業知識綜合應用過程，可以提高學生的工程實踐能力。在此，我們擬提出設計“基礎實驗+探究實驗”的復合教學模式，兩者各占“傳遞類實驗”總學時數的50%。其中，“基礎實驗”是指共性實驗，主要包括常規化工類產品工程生產過程，意在讓學生獲得傳遞類基本理論；“探究實驗”主要是依托教師科研項目開設的選修型實驗，是指各種不同工程應用的化工產品設計開發實驗。通過傳遞類基礎型、探究型實驗教學的開設，開闊學生的設計開發新視野，培養學生具備必要的工程實踐能力。

（四）實驗教學考核方式改革

目前，“傳遞類實驗”課程的成績通常由出勤、實驗報告組成。顯然，這種考核方式不能全面反映學生的動手能力。為實現工程教育的新要求，我們提出“實驗準備+實驗過程+實驗結果”的實驗綜合考核方式。（1）實驗準備，提前一周布置實驗方案，對學生進行分組，要求學生在實驗前一天提供相應的實驗實施方案，考察學生準備工作；（2）實驗過程，主要對學生的實驗過程進行監管，包括儀器操作、實驗步驟、實驗細節等，考察學生動手能力；（3）實驗結果，對學生的實驗數據結果進行審核，主要考察學生實驗操作的準確程度和實驗誤差情況。

四、結語

作為化工專業實踐教學的核心環節和學生工程能力培養的重要支撐，“傳遞類實驗”課程始終貫穿于培養化工專業本科生工程能力的全過程。針對傳統教學模式中，“傳遞類實驗”課程單獨開設而不利于學生工程實踐能力和創新能力培養的局限，為實現工程教育專業人才培養的新要求，本文提出將《化工原理實驗》、《化學反應工程實驗》和《化工傳遞過程實驗》三門實驗課程進行一體化教學。這一教學改革將有助于學生對化工傳遞類實驗的理論把握與工程實踐能力培養。

［1］林健.工程教育認證與工程教育改革和發展［J］.高等工程教育研究， 2015（2）: 10-19.

［2］余天佐，蔣建偉，任銳，等.基于工程教育認證標準的持續質量改進——以Z大學全國示范性軟件工程專業為例［J］.清華大學教育研究， 2015 （2）: 104-111.

［3］才惠蓮. 我國環境教育認證制度的構想［J］.中國高教研究， 2015（7）: 84-87.

［4］張學洪，張軍，曾鴻鵠.工程教育認證制度背景下的環境工程專業本科教學改革啟示［J］.中國大學教學， 2011（6）: 36-39.

［5］牛紅梅，汪廣恒，張亞婷.以工程教育專業認證為導向的化工專業改革探析［J］.技術與創新管理， 2012 （3）: 342-345.

［6］龍能兵，舒杰，李天華，等.分層次、自選式“化工原理實驗”教學模式研究［J］.寧波大學學報（教育科學版）， 2017（2）: 114-117.

［7］丁一剛， 劉生鵬， 吳元欣，等.改革化學反應工程實踐教學模式， 培養創新人才［J］.化工高等教育， 2009 （4）: 47-80.

［8］劉伯運，浦金云，安洪瑞，等.液氣兩相連續介質熱傳遞模型構建與實驗［J］.武漢理工大學學報， 2013（4）: 59-63.

［9］曾明榮，韓媛媛，趙鵬.化工原理實驗教學模式的研究與探索［J］.實驗室研究與探索， 2016（5）: 221-224.

［10］白妮，王愛民.化學反應工程實驗教學探索［J］.榆林學院學報， 2015（6）: 49-51.

［11］張峰， 胡小康， 陳建義.負壓差立管下料過程壓力脈動的傳遞性實驗與分析［J］.高校化學工程學報， 2012（3）: 382-387.

Exploring on the Teaching Reform of Transference Processes Experiment Based on the Professional Certification

YANG Ren-chun, TANG Ding-xing, HU Zhang-wen
（School of Biological and Chemical Engineering, Anhui Polytechnic University, Wuhu 241000, Anhui, China）

Based on the basic requirement of the professional certification for the chemical engineering, the role of the transference processes experiment in the professional certification systems is expounded. Moreover, the limits of the transference processes experiment are also presented. Then, the method of the integrating instruction teaching is suggested for the experiments about the unit operation, reaction engineering and transference processes. To enhance the engineering practice ability of the students, the method of the teaching reform about the experiment course system, evaluation method and implementing way are suggested in detail.

professional certification; transference process; experimentation teaching

G642

A

1007-5348（2017）08-0066-04

（責任編輯：邵曉軍）

2017-03-24

安徽省省級質量工程教學研究重點項目“基于工程教育認證導向下的化工傳遞類實驗課程教學改革研究”（2016jyxm0089)；安徽省省級質量工程項目“名師工作室”（2015msgzs139）

楊仁春（1979-），男，安徽宣城人，安徽工程大學生物與化學工程學院副教授，博士；研究方向：化工專業教學與研究。