工程教育認證視域下《粉體工程》課程一站式教學模式的探索

劉 菲 趙彥亮 譚俊華 朱開金

太原工業學院材料工程系，山西 太原 030008

以學生為中心、以產出為導向和持續改進，是工程教育認證提出的三大核心理念。這三者明確了工科教育的育人方向，既要充分尊重學生作為獨立個體“人”的發展需要，全面綜合考慮個體差異，以平等的機會引導所有學生達成學習成果，又通過“評價－反饋－改進”的閉環機制，實現教育教學效果的持續改進［1-4］。專業認證作為高等教育質量保障體系的重要組成部分，在2022年11 月開始使用的《工程教育認證通用標準解讀及使用指南（2022 版）》中，明確說明了本科層次人才培養的主要目標是解決復雜工程問題的工程師，畢業要求聚焦在復雜工程問題而非寬泛或一般工程問題，并且新增了計算思維、可持續發展、全生命成本、零凈碳排放目標、多樣性和包容性等。

《粉體工程》是太原工業學院無機非金屬材料工程專業核心課程，圍繞粉體的特性與應用，將粉體的粒度、性質、顆粒間的物理與化學作用，以及加工處理過程中所包含的理論、設備、工藝等內容匯于一體，囊括了高等數學、化學、物理、電子、機械設備、工程管理、環境保護等很多學科的相關知識，是一門綜合性很強的交叉科學，具有很強的適用性，可在材料、能源、制藥、化工、冶金、食品加工等行業廣泛應用。隨著新材料行業的不斷發展，按照工程認證中面向企業需求，基于畢業生和企業的問卷反饋，本課程通過校企合作的教學模式，從企業生產的復雜工程入手，抽象提煉出復雜工程問題，以學生能力和素養的提升為目的，打破傳統教材中常規的知識劃分，通過案例貫穿不同章節的知識點，一站式培養快速上手的企業工程師，縮短從畢業生到工程師的適應階段，同時課程設置和內容講授與時俱進，不斷將科研一線的新技術、新成果及時融入課程內容中，提高學生運用深入的工程原理解決復雜工程問題的能力。經過五年的探索與實踐，通過畢業生和企業的反饋，學生的能力素養得到較大提升，達到了工程教育認證標準的畢業要求，推動“持續改進”良性運轉。

一、課程定位與改革理念

基于工程教育認證核心理念之持續改進，本專業對行業企業、畢業生開展了針對學科建設、專業建設和課程設置等內容的問卷調查，涵蓋了對畢業生的專業素質和能力的評估，以及畢業后的就業情況。調查結果顯示，95%的企業表示太原工業學院的畢業生動手實踐能力強，新人上崗培訓周期短，工作適應性強；93．5%的學生表示在學校所學課程和實踐技能可以滿足工作崗位的需求；45%的畢業生表示，某些核心課程尤其是綜合性、交叉性強的課程，教學內容比較分散，章節之間的知識點比較獨立，沒有形成邏輯關聯的整體，與企業實際生產過程脫節。

企業生產過程往往是一個復雜工程活動，既包括設備使用、技術工藝，又包括原料加工和產品質量監控，甚至還涉及土建、水電、儀表等等，學生必須具有完整的工程思維、縝密的計算思維，具備串聯零散知識解決復雜工程問題的能力，才能快速成長為行業的技術人才，達到專業設置的人才培養目標，實現高質量就業［5］。復雜工程問題不是閉門造車，這樣的案例往往與現實相偏離，甚至是違反生產規律的，必須從企業真正的生產過程中挖掘、提煉工程模型，與課堂上的理論知識共同形成復雜工程問題，對于培養學生實踐能力、在企業實現快速上手具有指導意義。

《粉體工程》課程在工程教育理念的指導下，以行業企業和畢業生反饋結果為基礎，通過社會服務“反哺”學科建設和課程設計，形成具有持續性改進功能的閉環機制，將企業生產的多元化復雜工程問題與課程知識的適用性相結合，以知識傳授、個人能力發展和素養提升、服務社會進步的綜合取向為培養目標，實現課程建設服務于個人、服務于社會，個人與社會互利共生的課程發展良性生態。

二、教學模式改革與創新

（一）打破章節之間的壁壘，以校企合作案例串聯知識點

現有多個版本的教材雖然篇幅和內容略有不同，但是大體結構相同，均分為上篇理論部分和下篇的設備及應用部分，這樣編排的好處是學生可以從學習粉體的基本知識和特性入手，過渡到加工、處理、運輸、應用等環節的設備結構、特性和選型。但學生學到的知識往往零散而不連貫。因此，在后期解決實際問題時，靈活運用和舉一反三的能力不足，無法滿足企業的實際需求。并且，粉體的基礎知識理論性強，顯得有些枯燥，學生在學習的過程中缺乏興趣，學習效果不佳。針對這樣的情況，本課程在改革中采用企業案例作為主線，將理論知識融入每條主線中，從復雜工程活動中抽象出復雜工程問題，以案例引導學生進入情境，激發興趣，帶著實際問題再去學習各種知識，有的放矢地提高技能。例如，以鎂砂的生產工藝為例，將鎂砂本身的特性、礦石的破碎設備、物料粉磨機械、鎂砂的鍛造等知識點貫穿在一起，講授了粉體的特性、主要選用的破碎設備、粉體的分級與篩選、固相燒結的造粒方法等知識，邀請企業工程師重點介紹相關設備的選型、產線布控和廠房利用等知識，以工藝帶動知識點講解，邏輯性更強，理解更透徹，掌握得更牢固，應用能力顯著提升，踐行一站式人才培養的社會服務功能。

（二）以實際工程問題作為課程設計，融入計算思維，強化學生主體意識

工程教育強調培養、提高學生解決復雜工程問題的能力，該能力體現為具有分析性、創造性和系統性特征的計算思維能力［6］。計算思維是指使用處理信息解決復雜問題所需的思維技能、習慣或方法［7］，在解決復雜工程問題能力的培養中必不可少，包含6 項重要技能：抽象、分解、算法思維、泛化與模式、評估、邏輯［6］。

在粉體流變知識章節，理論知識比較多，學生理解起來比較困難，但是在實際應用中卻很重要。在本部分的課程講授中（如圖1 所示），以工程案例先建立料倉的設計思想，通過簡化事物，確定問題最重要的方面，忽略不必要的細節，抽象出設計模型；再引導學生發現問題，通過分解技能——將一個復雜工程問題分解成多個更易于管理和解決的小步驟，專注于解決每個小問題——引出不同粉體在流動過程中的狀態和特點，闡明這些理論性強的知識點如何應用，可以拿來解決什么問題；最后要求學生根據工廠實際生產需要，設計一套完整的流料倉，從料倉形狀選擇、材質選取、獨立試算到繪制工程圖、模型制作完成設計，實現理論知識向實踐動手能力的轉化。該種模式的課程設計方案在工科課程教學中具有普適性，具備泛化技能。

三、對標全生命周期成本，突出可持續發展

全生命周期成本，是指產品在有效使用期間所發生的與該產品有關的所有成本。包括產品設計成本、制造成本、采購成本、使用成本、維修保養成本、廢棄處置成本等［8］。廣義角度看，是產品的全生命周期成本，還包括社會責任成本。社會責任成本并不是一種單一成本，是貫穿在產品生產、使用、處理和回收等過程中的成本，主要是環境衛生、污水處理等所發生的成本支出［9］。社會責任成本可以影響管理者對產品的定價決策，對企業生產的長期收益和潛在收益有指導意義，有利于企業優化收益，實現更長期、更均衡的收益。在講解選粉機集成一體化的內容時，將同行課程無機材料工藝學中新型干法水泥熟料生產過程，尤其是水泥窯頭和窯尾的余熱與選粉中的烘干功能相結合，實現能量梯級的合理組織利用，充分體現全生命周期成本管理。再如，粉磨、混合造粒等內容與無機工藝學中的燒成集合在一起，從顆粒特性和混合造粒的需求，解析如何提高燃燒效率，促進物料發生固相反應，降低制造成本，融合全生命周期成本概念，培養學生發散思維和工程管理思維，形成知識體系的遷移能力，直接為企業一站式培養上手快、能解決復雜工程問題的學生。在講授料倉設計及設備選型的相關內容時，融入舊產線的改造設計與廠房再利用的知識，利用無機工廠設計概論課程中的廠房布置規則，從降低廢物處置成本的角度，以全生命周期成本的理念引導學生進行設備、產線和廠房的二次利用，實現資源的可持續發展。

四、考核評價體系改革，更側重過程管理與評價

基于工程教育認證的課程改革，更重視過程的跟蹤量化考核。過程管理是培養目標達成的有力保障，也是對教學過程的檢視和持續性改進的必要方法。本課程更側重于評價對專業知識的理解和靈活運用的能力，采用分組任務的形式，每組布置不同的工程案例題目，不僅考查學生們對專業知識的靈活掌握程度，也兼顧了對資源的搜集、小組成員團隊協作、報告撰寫以及現場答辯能力，綜合性很強，該部分考核的比重占25%；模型設計與制作部分重點考查學生通過計算思維解決工程數學問題的能力，是學生解決復雜工程問題的必備技能，該項考核占20%；這兩個部分均由教師和學生共同評價產生分數，旨在提高學生參與度，通過朋輩指引增進學習效果。其余部分則通過期末考試完成，重點考核學生對基礎理論知識的學習和綜合運用能力。

五、結語

工程教育認證是高等教育與國際工程教育接軌的有效助推器，是工程教育類專業提高教育質量的促進劑。在此模式下培養的學生，解決了傳統教育方式達成度不高的問題，提高了解決復雜工程問題的核心能力。專業認證通用標準明確要求，學生在畢業五年后的社會和專業成就仍能與培養目標相契合。本課程基于這條要求，以行業企業和畢業生的社會成就和個人價值的問卷反饋為依據，從課程定位和改革理念、教學模式與改革、教學內容設計、學習效果考核評價與可持續發展四個方面進行了改革與探索，形成閉環機制，構建工程認證持續性改進的理念。在工程教育專業認證的大背景下，本課程的教學模式對于其他工科課程實現培養應用能力強的一站式綜合型人才，提供了一種新的路徑，具有重要的借鑒作用和指導意義。