應用型本科高校基于OBE理念的化工原理工程實踐教學設計

秦英月，劉沐鑫，石春杰

(1. 安徽省硅基新材料工程實驗室 安徽 蚌埠 233000, 2. 蚌埠學院 材料與化學工程學院 安徽 蚌埠 233030)

1 應用型本科高校化工原理實踐教學現狀(或存在問題)

“全教會”“ 全本會”以來，如何“培養德才兼備的有用人才，增強綜合素質”，成為又一輪本科教育教學改革的熱點。應用型本科高校多立足地方服務于區域經濟發展，在工程教育改革中承擔著重要的責任和使命，應以現代工業發展的需要為導向，以學生的工程實踐能力和創新能力為核心，形成接地氣、近行業、重應用的地方特色[1]。“新工科”建設是當前形勢下工程教育的必然選擇[2]，產出導向(OBE)工程教育理念是工程教育專業認證遵循的基本理念之一[3]。但“應用型”本科院校通常歷史積淀不足、生源結構單一、專項投經費欠缺、年輕教師多且行業企業工程實踐經驗不足，作為OBE 教育模式改革的主體，在貫徹“全教會”“全本會”的精神過程中，如何培養和提升學生的工程能力是目前推進高校工程化人才培養的關鍵性問題。

化工原理是化工類專業的核心基礎課，也是學生由“理”向“工”過渡的橋梁課程[4]，而實驗部分是培養工科學生運用基礎理論知識分析和解決化工單元操作中各種工程實際問題、提高動手能力的重要內容[5]。由于學生基礎知識薄弱、教學學時有限、設備臺套數不足、實驗教學綜合性強等原因，相當一部分學生反映化工原理實驗操作不難但只是會記錄數據，對如何運用所學知識分析數據、如何解決突發問題等一籌莫展。對我院畢業生跟蹤調查也表明：部分新就業學生不能在短時間內適應崗位，在實際工作中動手能力、獲取新知識能力、解決突發問題能力等和崗位要求存在一定的差距。

基于此，本課題組認真貫徹“應用型、工程化”實踐教學理念，對原有化工原理的實驗運行和評價模式進行了嘗試性的設計和實施，為解決“應用型”本科高校化工類畢業生就業適用性差的問題。

2 基于OBE理念下工程實踐教學模型設計

目前，針對實踐的工程訓練課程開展OBE模式下的探索剛剛起步，但其重要性不可忽視[6]。工程實踐訓練作為工程能力教學的重要環節，是將所學到的知識與行業應用、崗位技能相結合的實踐過程，是培養實踐能力、團隊協作與創新意識的重要途徑[7]。結合OBE理念，將實踐教學過程分解設計，模型見圖1。

從圖1可以看出，OBE實驗模型的教學目標是以學生為中心、基于預期的學生能力而設計。通過企業家進校園、企業走訪調研、畢業生訪談等獲取企業崗位技能需求，然后反向設計，強調學生的預期能力和教學內容的對應性，即按照崗位需求、培養目標、能力指標、手段措施、能力體現逆向且閉合的路徑來構建實驗方案。以緊密契合企業的崗位要求來構建實驗內容與目的，從而體現學習什么知識、如何學習、達到什么學習效果。教學過程緊緊圍繞預期學習成果指標開展，不僅可追溯，還可量化評價，并以此為基準評價教學內容與教學目標的達成度。

圖1 OBE理念下工程實踐教學模型

3 OBE理念和新工程教育背景下化工原理實驗教學設計

以“離心泵特性曲線測定”實踐過程為例，應用以上模型，將崗位需求具體化、指標化為三個方面：壓強/流量的測量方法；離心泵特性參數的計算方法；Excel或Origin作圖的方法。根據圖1的模型，結合崗位能力需求，將實踐過程分解如圖2所示。

圖2 OBE理念下“離心泵特性曲線測定”工程實踐設計詳圖

3.1 依據企業崗位需求設計預期學習產出(具備什么能力)

緊密圍繞工藝員崗位培養目標，將該課程的預期學習產出分為知識、能力、素質3個層面，目標和標準都是明確的，旨在融合學生的化工單元操作、分析與檢測相關理論和技術，培養學生分析解決問題能力、實際動手能力、信息資料查詢獲取能力、自主學習能力、文本撰寫能力、溝通交流能力及團隊合作意識和化工工程實驗中的工程理論素質。本實驗根據崗位需求設定學生應該具備依據壓強和流量大小選擇對應測量裝置的能力、依據工況參數選擇離心泵的能力及具備數據分析和非線性擬合的能力。

3.2 依據預期學習成果設計教學過程(學什么、怎么學)

OBE模式核心是“以學定教”，以學生為中心的實踐教學同樣也要遵循反向設計原則，教師應當按照預期能力體現、知識點、實踐策略、能力評價、反思改進的逆向路徑設計教學[8]。

3.2.1 知識點(學什么) 以滿足企業崗位需求為主旨，以培養學生工程實踐能力為核心，在選擇對應知識單元的基礎上，進一步明確與能力指標相對應的知識點、教學策略和成果評估。

此次分解知識單元如下：(1)學習真空表和壓力表的安裝位置、安裝距離的確定，此處涉及知識點有真空度和表壓的計算、真空表和壓力表的區別(結構、指針轉向及最大量程等)、安裝位置與邊界層和管內徑的關系、工業測量用壓力傳感器及信號轉換；(2)不同形狀轉子(球形和錐形)流量計數據的讀取、渦輪和孔板流量計的區別(結構、原理、適用范圍)及流量數據如何轉化成電信號；(3)萬變不離其宗的伯努利方程的理解與掌握；(4)流量調節、泵效、低阻和高阻管路；(5)泵、管路及閥門(調節類閥門、截止類閥門)的保養、異常情況診斷及排除(氣縛、氣蝕、漏氣、漏液、管路各類應力排除、電化學腐蝕與防護等)。

本次實驗設計分為三個層次，專業基礎階段、進階階段和高階階段。知識點(1)至(3)為基礎階段，學生自主練習為主，不分層次，主要加深學生對壓力表、真空表、流量計、離心泵以及管路等元件的工作原理和伯努利方程的理解，訓練基本操作技能，提高學生動手能力，樹立工程思維的觀念。知識點(4)為進階階段，是對基礎階段的拓展，內容具有一定的交叉性和綜合性，旨在讓學生運用化工知識思考問題，掌握實際工況中泵運行的效率與管路阻力的關系，學會流量調節方式的改變。本部分由學生獨立或團隊協作完成，主要培養學生分析和解決化工工藝中一般性技術問題的能力。知識點(5)為高階階段，以教師引導為主，比如出現漏氣、管路彎曲應力、法蘭等附件電化學腐蝕等異常情況，要求學生自行查閱文獻資料，模擬改良設備或者實驗方案，或將思考題答案寫進實驗報告，促使學生綜合運用化工知識解決化工生產的技術問題，側重培養學生進行實驗設計和科學探索的能力。

3.2.2 實踐策略(怎么學) OBE模式強調學習成果的達成，因此實踐課程教學要將課程特征和企業實際需求相結合，靈活地運用對比式、項目式、案例式、探究式、啟發式等教學方法，讓學生以不同的方式獲取知識、提高能力，如通過自學、動手練習、團隊討論、現場訪問等，確保學習成果的實現。

對于知識點(1)，主體采用對比教學法，引導學生對比真空表和壓力表的位置、最大量程、指針轉向，對比安裝位置到泵的距離長短等，關于內部結構可以讓學生現場查閱手機。知識點(2)，采用類比對比結合教學，不同形狀轉子的轉子流量計和大流量渦輪流量計類比，測量原理進行對比。知識點(3)，采用情景教學，設定向內壓塔內送水進行噴淋洗滌(為傳質的內容進行鋪墊)，設定不同工況，學生反復練習伯努利方程。知識點(4)，這個層次要求學生前面知識掌握較好，因此采用教師部分干預的啟發式教學。知識點(5)為高階階段，教師提出問題，采用引導式教學，培養學有余力的學生發現問題、分析問題和解決復雜問題的能力，以及清楚地、正確地表達實驗結果、進行技術交流的能力。

3.2.3 成果評價(學得如何) 要想真正有利于學生工程實踐能力的培養，改革現有的評價方式勢在必行[9]。不是僅憑學生實驗報告成績評價學生的知識水平與創新能力，而是要建立以工程意識為基礎、以工程實踐能力為主導、以全方面發展為評判的多元評價體系。成果導向強調學生所能獲得的具體核心能力，需要由若干個指標來體現，每個指標應有相應的內容來支持。本次實驗學習成果評價策略設計見表1。

表1 《離心泵特性曲線測定》工程實踐成果評價策略

注： “-60”表示一票否決；當場記錄只畫“√”；空白記錄報告批改后記錄相應分值；備注記錄該項的特別之處。

針對此表，所有學生均需完成基礎階段實踐，此處滿分為100分，完成進階階段和高階階段實驗部分(后三項)的學生(比例可以設定)可作為入選后續相關學科競賽(如大學生化工實驗大賽)的門檻。

3.3 依據成果評價設計反思改進

課程本身的評價是多元化的，作為評價主體，教育一線的教師、已經就業的畢業生、行業企業專家、校內外的教學專家都需要從各自的角度，提出改進意見，只有這樣才能保證評價的全面、準確和高效。

4 結語

不是所有的教育成果都能被確切表述，也不是所有的教育成果都能被準確評價。在以結果為導向的教學設計中，要吸收傳統教學設計的精髓，必須避開不適合的跟形勢、教條和功利，適合學生才是最好的。本文構建的基于OBE理念下工程實踐模型評價體系，在“學生具備能力”的確立上更結合企業崗位需求；在評價內容和方式上更加多元化，注重考察學生的自主學習能力、工程能力和創新能力。整個過程堅持不斷反饋與持續改進，評估系統的閉環操作可以更好地滿足社會對人才能力的需求。