基于工程教育專業認證背景下“煤化學”課程教學改革的探索與實踐

摘要：以學習產出導向教育（outcome-based education，OBE）理念為基礎的工程教育認證是我國高校提高人才培養質量、促進學生核心競爭力的改革目標。“煤化學”是內蒙古科技大學化學與化工專業重要的專業基礎課，是學習后續相關專業課程的理論基礎，也是提升專業素養、培養煤化工人才的重要基石。文章基于工程教育專業認證，對課程教學進行探索與實踐：修訂教學大綱、完善教學方法和內容、強化實踐教學。

關鍵詞：煤化學；工程教育專業認證；化學工程與工藝

Exploration and Practice of Coal Chemistry Teaching Reformunder the Background of Engineering Education Professional Certification

Xu XiminLan DaweiZhou Chenliang

（School of Chemistry and Chemical Engineering，Inner Mongolia University of Science amp; Technology，Baotou，Inner Mongolia 014010）

Abstract：The Engineering Education Certification based on OBE concept is the reform goal of improving the quality of talents training and promoting students’ core competitiveness.Coal Chemistry is an important basic professional course for school of Chemistry and Chemical engineering of Inner Mongolia University of Science and Technology.It is not only the theoretical basis for learning subsequent professional courses，but also an important cornerstone for improving professional quality and cultivating coal chemical industry talents.Based on the Engineering Education Professional Certification，this paper explores and practices the course teaching by revising the teaching syllabus，improving teaching methods and contents，and strengthening practical teaching.

Key words：Coal Chemistry;Engineering Education Professional Certification;chemical engineering and technology

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，開展工程教育專業認證遵循以下基本理念：一是強調以學生為本，面向全體學生，將學生作為首要服務對象，學生和用人單位對學校或專業所提供服務的滿意度是能否通過認證的重要指標；二是強調以學生為中心，以學生學習產出為導向（outcome-based），對照畢業生核心能力、素質要求，評價專業教育的有效性；三是強調合格評價與質量持續改進，專業認證強調工程教育的基本質量要求，是一種合格評價，專業認證還要求專業建立持續有效的質量改進機制。

“煤化學”是內蒙古科技大學化學工程與工藝專業的專業基礎課，是后續課程（如：化工工藝學、煉焦工藝學、潔凈煤技術等）的理論基礎。內容涉及煤的形成、煤的結構、煤的組成、煤的性質、煤的分類和煤的利用等諸多方面。［1］

在過去基于知識內容的傳統教學中（以教師為中心），主要以教師講授基本知識點為主，淡化了理論與實踐的聯系和應用，忽視了學習產出的不斷反饋。依據工程教育認證標準及這門課程以往的教學情況，發現以下問題：學生工程知識相對缺乏；課程內容與實際工業生產銜接不夠緊密；學生對課程體系認識不夠；學生參與度不足。

基于工程教育認證及傳統教學過程出現的問題，本文圍繞工程教育認證過程中內蒙古科技大學化學與化工學院“煤化學”課程的教學改革實踐進行探討。

一、 教學設計教學設計遵循“反向設計”的理念，即畢業要求→教學要求→教學內容，后者覆蓋或支撐前者。［2］“煤化學”所對應的專業認證畢業要求為：

問題分析：能夠應用化學工程與工藝相關的數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論。

設計/開發解決方案：針對化工過程復雜工程問題，能夠設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程等解決方案，能夠在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素。

研究：能夠基于自然科學、化學工程的科學原理并采用科學方法對化工過程復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據，并通過信息綜合得到合理有效的結論。

根據畢業要求，細化為3條畢業要求指標點：

通過文獻研究，能夠找到解決化工過程的工藝、設備及產品質量控制等復雜工程問題的方案，并能夠對各方案進行比較和分析。

能夠根據化工產品實際需求，確定設計/開發目標，提出設計/解決方案。

能夠對實驗結果進行分析和解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結論。

為充分覆蓋畢業要求指標點，將“煤化學”分成了三個教學目標：

掌握煤的分類、成因、煤的大分子結構理論、煤的物理化學性質和工藝性質。

了解煤炭加工利用基本原理和主要方法。

運用煤的組成、性質、煤的工業分析、煤的大分子結構理論等相關知識解決煤炭加工利用中與煤質相關的實際問題。

為充分支撐教學目標，將“煤化學”每一章、節的內容與教學目標相對應，并明確指出各章節的重點和難點。為此，重新修訂了“煤化學”課程教學大綱和考試大綱，并且在教學過程和考核命題中嚴格按照大綱要求進行。［2］

二、教學內容與過程

教學過程是中心環節，承接教學設計和學習產出。因此，教學過程應高度關注畢業要求能力的達成。

（一）理順知識體系

框架是聯系眾多知識的邏輯結構，學習煤化學最重要的就是掌握它的知識框架。［3］煤化學的教學內容根據邏輯結構可以劃分為：煤的特征和生成（包括：煤的種類和特征、煤的生成、煤的宏觀和微觀特征）、煤的一般性質（包括：煤的工業分析、煤的元素組成和元素分析）、煤有機質的化學結構（煤的大分子結構理論）、煤的工藝性質、煤的分類五部分內容。這五部分表面上相互獨立，其實它們之間有著內在的邏輯關系：煤的生成過程決定煤的組成結構，煤的組成結構影響煤的性質，煤的性質決定煤加工利用的方向，對煤加工利用的研究可以加深對煤的生成過程的認識。其中，“煤的大分子結構理論”是連接煤化學知識體系的主線，它使整個煤化學的知識體系成為一個相互緊密聯系的有機整體。通過內在邏輯關系的梳理，煤化學的知識就變成了一個整體的知識框架。在教學過程中，要引導學生把所學的知識及時納入到知識框架中，使學生建立系統的知識體系。

（二）突出重點

結合化學工程與工藝專業學生以煤化工企業為主要就業方向，在根據專業精選教材內容的基礎上，確定教學內容的重點和難點。重點要講透、難點要分析化解。

例如，煤的一般性質一章中，煤的工業分析及基準換算是教學過程中的重點和難點，課堂教學過程中，強調工業分析的四個指標（水分、灰分、揮發分、固定碳）是以百分數所表示的具體數值而非某一種特定物質；在基準的含義與換算中，突出基準的含義及為什么要進行基準之間的相互換算；結合工業生產實際，在比較煤樣某個工業分析指標時，為什么要選用不同的基準進行比較，如，比較水分應以干燥基為基準、比較揮發分應以干燥無灰基作為基準。這樣學生容易理解和掌握相應的教學內容，同時也改善了教學效果。

（三）補充前沿知識

教材上的內容雖然每隔幾年都要更新一些新的知識，但仍然跟不上社會和科技發展的腳步。教師在課堂上將理論知識與學科發展的趨勢以及科研取得的最新成果結合起來，不僅可以活躍課堂氣氛，還能激發學生學習的積極性和強烈的求知欲。

課堂上，結合所授內容，可以適時提出一些專業的問題，比如：發電過程中，需要了解煤的關鍵指標，煤氣化過程中氣化爐型與煤灰熔融性之間的關系，煤直接液化“自由基碎片”理論與“煤的大分子結構”理論之間的聯系等，培養學生獨立分析問題、解決問題的能力。

（四）優化教學內容

煤的工藝性質和煤巖學來源于煤炭加工的生產實踐，教學過程中可以引導學生用所學煤化學理論知識去解決煤炭加工的實際問題，使學生感到學有所用，進而激發學生的學習興趣。教學過程中，強化課程內容與實際工業生產的銜接：在教學的前幾次課上，補充煤的利用方面的內容（能源領域、原料領域、材料領域），加深學生對煤應用領域的了解，同時，借此激發學生對這門課程的學習興趣；在各章節的教學內容中，補充煤炭加工利用（煉焦、氣化、液化）等工藝過程與煤化學基礎知識之間的聯系（比如，在煤有機質的化學結構中補充“自由基碎片理論”；在煤的工藝性質中補充熱解在與煉焦、氣化、液化的作用）。

（五） 更新教學理念、豐富教學方法

1.更新教學理念

傳統的教學理念往往偏重知識的掌握而忽略能力的培養，這種教學理念已不能滿足培養合格應用型工程技術人才的需要。［3］在“煤化學”課程課堂教學過程中，應注重培養學生學習知識、應用知識和創新知識的能力。可以根據不同教學內容的特點，采取引導、啟發、分組討論、提問等多種教學手段，強化學生學習知識、應用知識及創新知識的能力。

例如：在學習煤的元素分析和元素組成時，可以通過課堂討論等方式，使學生掌握煤中的N和S含量對煤炭加工和利用的影響。

2.豐富教學方法

將多媒體與板書結合，應用到教學中，可以將抽象難懂的理論和實踐知識通過直觀的形式表現出來，使學生接受起來較為容易，并加深學生對教學內容的理解，提高課堂的教學效果。

例如：如在講解煤的生成、煤的宏觀和微觀特征、煤的黏結與成焦機理等內容時，采用傳統板書很難講清楚具體過程，但是以圖片、視頻或動畫的形式演示出來后，學生對教學內容就有了更加直觀的感性認識，再進行講解就容易理解和掌握。

（六）增加實踐教學內容

國家對高等教育的要求已經從單純的培養人才變為教學、科研和生產三大功能，產學研一體化已經是一個世界性趨勢，［4］校外實踐可以把學生所學內容與實際生產緊密地連接起來，由于課時所限，可以采取以下三種辦法增加實踐教學內容：

1.視頻案例教學

課上播放焦化廠、煤制烯烴、煤液化（包括直接液化及間接液化）工廠生產的視頻資料，使學生對工業化生產以及實際應用有初步的了解，建立工業化生產的理念和意識。

2.重視實驗環節

單靠課堂講解和視頻展示只能對實驗有個大概的了解，要培養學生的動手能力和分析問題解決問題的能力，離不開煤化學實驗教學。

化工專業的學生在“煤化學”課程結課后，開設“煤化學實驗”課程。為了鍛煉學生的能力和突出學生的主體地位，“煤化學實驗”課程要求學生通過預習，由小組內的學生講解實驗操作過程及相關事項，經任課教師點評后再開始動手進行實驗操作，任課教師全程進行監督和指導。這樣的教學方式可以使學生掌握實驗操作技能，進而真正體會到理論與實踐的結合。

3.組織學生去工廠實習參觀

組織學生去焦化廠、煤制油、煤氣化等相關企業參觀，使學生近距離觀察生產設備，了解煤炭熱加工的生產過程，掌握生產設備的原理和操作過程，同時可以讓工廠的一線生產技術人員進行現場講解。

通過這些方式，可以很好地彌補理論教學的不足，加深學生對知識的理解，培養學生的動手能力，提高學生的學習興趣。

三、過程考核工程教育認證前，課程評價方法注重評價學生對知識的掌握，忽略了對學生能力培養的評價，評價方式比較單一。工程教育認證過程中，優化了“煤化學”課程考核方式：為了易于課程目標的達成評價，將考核內容針對課程目標進行設計，采用分課程目標的考核方法，有利于考核目標的獨立判斷。課程目標達成考核與評價方式及成績評定，見表1。

課程目標1的考核：課程目標1采用課堂提問（雨課堂課上練習、平時回答問題等表現）和期末考試（填空、選擇等題型）相結合方法進行考核。

課程目標2的考核：課程目標2以期末考試簡答或計算（基準的表示方法與相互換算）題進行考核。

課程目標3的考核：課程目標3采用課堂提問（雨課堂課上練習、平時回答問題等表現）、作業和期末考試（簡答題、問答題）相結合方法進行考核。

四、 結論

化學工程師的培養目標是：基本掌握現代化工生產管理和技術管理的方法，有獨立解決比較復雜的技術問題的能力，能夠靈活運用專業的基礎理論知識和專業技術知識，熟悉專業的國內外現狀和發展趨勢。

傳統的培養模式容易將學生培養為研究人員，而忽略工程素質的訓練，與工程認證的要求漸行漸遠。以工程教育專業認證為標準，實施“學生中心”和“產出導向”的理念，制定出符合實際的“煤化學”課程教學大綱，并在此過程中實施“持續改進”，將以教師為主的知識教學模式向學生為主的技能訓練轉變，培養適應未來新興產業和新經濟需要，具有實踐能力強，創新能力強和具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才。

參考文獻：

［1］張雙全，吳國光．煤化學［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2022.

［2］周晨亮，赫文秀，蘭大為.工程教育專業認證對化工專業《化工熱力學》課程教學優化的研究［J］.廣東化工，2019，46（18）：157-158.

［3］周肖，馬玉苗，李璇．煤化學教學改革的思考與探索［J］.廣東化工，2020，47（5）：235、240．

［4］江英，陳國剛，童軍茂，等.對加強食品專業實踐教學的思考［J］.石河子大學學報（哲學社會科學版），2006（S1）：150-151.

（責任編輯魏煒娜）

收稿日期：2024-08-20

基金項目：內蒙古自然科學基金（2020MS02024）成果。

作者簡介：徐喜民（1971-），男，內蒙古鄂爾多斯人，副教授，研究方向為煤化工、金屬有機、安全生產技術。