工程教育认证背景下地方高师院校化学工程与工艺专业实践教学改革

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  摘  要:高标准的工程实践与训练是提高化学工程与工艺专业学生动手能力和创新意识的关键环节,也是工程教育认证的基本要求之一。在当前工程教育认证轰轰烈烈开展的背景下,积极开展实践教学改革和探索,对推动学院工程教育专业认证工作和培养高素质应用型人才具有十分重要的意义。文章结合我校作为地方高师院校的特点,客观地指出了我校化学工程与工艺专业实践教学过程中存在的主要问题,并提出了实践教学改革的内容和措施。
  关键词:工程教育认证;化学工程与工艺专业;实践教学改革
  中图分类号:G642       文献标志码:A          文章编号:2096-000X(2021)27-0137-04
  Abstract: High standard of engineering practice and training is the key to improve the practical ability and innovative consciousness of Chemical Engineering students, and is also one of the basic requirements for engineering education certification. Under the background of the vigorous development of engineering education accreditation, it is of great significance to actively carry out the reform and exploration of practical teaching to promote the accreditation of engineering education specialty and cultivate high-quality applied talents. Based on the characteristics of our school as a local normal university, the main problems existing in the process of practical teaching of Chemical Engineering specialty were pointed out and the contents and measures of practical teaching reform were discussed in this paper.
  Keywords: certification in engineering education; Chemical Engineering; reform of practical teaching
  随着“一带一路”的建设和国际交流合作的进一步深化,我国对优秀的工程技术人才的需求也越来越迫切。培养适应当代社会发展需求的卓越工程技术人才已成为当前高校工程类专业人才培养中义不容辞的责任和使命。工程教育专业认证是世界各缔约国通行的工程教育质量保证体系,同时也是实施工程教育体系国际间互认及工程师资质的国际间互认标准[1-2]。2016年6月,我国正式成为《华盛顿协议》的成员国之一,这是中国对外开放高等教育的一大进步,标志着中国工程教育的人才培养标准与国际通用标准相符合,这也是经济全球化背景下工程技术人才国际化发展的大趋势[3]。工程教育认证不仅仅成为高校工科类专业建设发展的大趋势,而且也是促进新工科建设的有力手段。
  化学工程与工艺专业是化学工程、化学工艺的综合学科,肩负着培养卓越化工工程师的责任。推进化学工程与工艺专业工程认证,既是对学校办学情况的检验,也是当前国家政策导向的风向标。很多学校都在积极参加工程教育专业认证,截至2019年底,我国通过化学工程与工艺专业认证的高校共计46所,不仅有湖南大学、中南大学、厦门大学这些实力强劲的院校,也有一些特色鲜明的地方类院校,比如合肥学院、淮阴学院、盐城工学院等。对于地方类院校,积极以工程教育认证标准进行专业建设和改革,更有利于促进工程教育与行业和企业的交流融合,提高工程人才培养质量,为企业输送合格的工程技术人才。参加工程教育认证已成为越来越多的化工类专业当前努力的目标之一。
  工程教育认证强调以学生为中心、成果导向,注重教育产出和实际效果,全体学生共同达标以及持续改进的概念[4]。而化学工程与工程专业的特色之一就是工程特色明显,对学生的工程实践能力和创新能力有较高的要求。而高标准的工程实践与训练是提高工程类学生动手能力和创新意识的关键环节,也是工程教育认证的基本要求之一[5]。以工程教育认证标准为目标,大力开展实践教学改革,既是我校化工专业进行工程教育认证需首要解決的关键问题,也对培养学生创新意识、增强学生综合运用知识等能力具有十分重要的作用。
  一、我校化学工程与工艺专业的发展现状
  我校化学工程与工艺专业的前身为化工工艺专业,创建于1989年,经过30余年的建设与发展,办学层次、教育质量、科研水平不断提高,2010年被评为河南省本科特色专业建设点,2012年被评为河南省普通高等学校本科工程教育人才培养模式改革试点建设专业;拥有河南省化学实验教学示范中心,豫南非金属矿高效利用河南省重点实验室,珍珠岩制品河南省工程技术研究中心非金属矿综合利用河南省高校重点学科开放实验室,河南省建筑节能材料协同创新中心等一系列教学科研平台。拥有一支师德高尚、学缘结构合理、知识能力结构优化、教学科研水平高、专兼职结合、发展态势良好的师资队伍。
  我校化学工程与工艺专业以学生“具有宽厚的基础理论知识、扎实的专业知识、较强的工程实践与创新能力”为培养目标,构建体现“厚基础、宽专业、强能力”的课程体系,强化校内基础实验、校内实训、校外实习、大学生创新创业实践基地构成的“产学研用一体化”的实践教学体系建设,推行高级应用型、学术后备型人才培养模式,强化学生创新能力与工程实践能力的培养。在新能源器件与催化转化、新型太阳能电池材料及功能高分子材料等研究领域具有稳定的学科研究方向,取得了一批有影响的学术成果,研究领域处在省内外相同学科的先进地位。毕业生以过硬的思想素质和扎实的专业技能赢得了用人单位的青睐,一次性就业率稳定在95%以上。   我校化学工程与工艺专业已具备参加工程教育认证的一些基本条件,同样也要适应当前专业发展需要,积极参加工程教育专业认证。
  二、实践教学的现状及存在的问题
  实践教学环节是工程类人才培养的重要环节,对学生创新意识和动手实践能力的提高具有十分重要的作用。我校化学工程与工艺专业的实践教学环节主要包括基础实验、专业实验、虚拟仿真实验、化工过程实训、认识见习和生产实习等教学体系,基本能满足化工专业学生的实践教学需要。但我校作为地方师范类院校,学生普遍存在学习重理论轻实践,就业偏师范类等特点,学生动手能力和创新意识普遍不足,与当前的工程教育认证标准还存在一定的差距。主要存在以下问题:
  (一)实验教学类型单一
  实验项目多以验证性实验为主,学生以机械化的模仿操作为主,自主设计实践的机会较少,对学生创新能力的提高有一定的制约作用。但由于受实验室场地的限制和经费的问题,人均设备台套数不足,往往需要多人同时操作一套设备,学生的动手机会受到一定程度的影响。虽然建有虚拟仿真实验室,但软件陈旧,还停留在二维模型基础上,根本无法满足当前虚拟仿真教学的需求。
  (二)见习和实习环节无法支撑工程教育认证对毕业生的基本要求
  由于受当前大环境的影响,学生普遍存在实习机会少,实习实践短的问题,虽然学校目前建有南京化学工业集团公司、博正树脂有限公司等学生课程见习、工程实习基地,但多在理论教学结束很长时间以后才进行工厂见习,理论与实践出现一定的脱节。同时企业由于受当前安全及经济效益的大环境影响,工厂实习只是进行走马观花的参观学习,学生鲜有动手机会,无法满足实习的需要。而实习环节多安排在大三下学期进行,部分学生忙于准备考研复习,在实习环节的精力投入较少,重视程度不够。同时由于受到实习经费不足的限制,加之受企业经济效益、安全等因素影响,导致企业接收学生实习的积极性不高,这些都直接影响到学生实践能力和创新能力的培养。
  (三)理论知识教学与实践教学缺乏融合
  课程教学主要以理论讲解为主,缺少必要的实践环节,特别是对一些实践性较强的课程,比如化工设计基础课程,在该课程学习中学生只是进行理论学习,课外实践设计的机会很少,这些都在一定程度上限制了学生的创新意识、综合运用知识解决实际问题能力的提高,这也是我校化工专业与工程教育认证标准存在的差距之一。
  (四)实践环节评价机制不够完善
  实践教学目标的达成评价目前普遍采用试卷考核的方法。实验涉及的步骤较多,包括实验前的预习准备工作,实验中的动手操作能力,沟通合作能力以及实验后的数据处理能力等,这些主观性的行为并不能仅靠客观成绩来评价,如果仅靠客观成绩,很容易造成某些学生投机取巧,平时不努力,仅在期末前靠突击学习来应付考试。建立一套有效的实践环节评价机制,真正提高学生对实践环节的重视程度已迫在眉睫。
  面对工程教育专业认证的要求,如何在当前大环境下,有效开展化工专业实践教学,提高学生动手能力和创新意识已经成为摆在我们面前一项十分重要而艰巨的任务。
  三、实践教学改革的措施
  (一)教学方法改革
  1. 理论教学与实践训练相辅相成
  为综合提高学生利用理论知识解决实际问题的能力,对于实践性强的理论课程增加课外实践环节。例如在工程制图与CAD课程教学中,为了考核学生专业水平并提高理论解决实际问题的能力,教师在课后布置实际工程案例设计环节。由于都是实际的工程案例,学生参与的兴趣大大提高。同时通过训练,不仅提高了学生的工程设计能力,也进一步增加了学生对本专业的兴趣和学习的热情。在化工原理课程学习过程中增加单元操作设备模型演示、实验室观摩学习等环节,让学生在学习理论的过程中直接接触到真实化工单元操作设备,有助于学生直观地掌握设备的结构和操作等,也进一步加深了对理论知识的掌握。同时,增加学生自主实践训练的力度,由于化工设计涉及的知识面非常广泛,较多地把每门课程尽可能地用工程设备联系起来,这就要求学生有充分的知识储备和工程设计能力,因此在原有化工过程课程设计和毕业设计环节的基础上,增设化工设计训练环节,强化学生的工程设计和实践能力。
  针对学生在学习过程中遇到的重点、难点,教师在讲解过程中更应该注重教授给学生学习技巧,注重讲解分析思路而不是结果。这种启发式教学不仅使学生对学习充满自信,而且可以深入理解和掌握理论知识。
  2. 注重体现“以学生为中心”的教育理念
  工程教育认证强调“以学生为中心”,注重学生的培养质量。在实践教学过程中,注重以学生为主体、教师指导为辅,提倡让学生自主、合作、探究地完成實践项目。逐渐将知识灌输向能力提升、单向教学向互动教学、被动学习向主动学习的方向发展。校内实验实训课程和校外实习见习过程分别采用不同的模式。对于校内实验实训课程的教学采用教师课前发布实验任务及要求,学生以小组为单位,通过查阅文献资料、交流讨论等拟定实验方案,同时对存在的疑惑进行汇总整理。课堂上,教师首先对学生提出的问题进行讲解,并对学生拟定的实验方案进行指导评价,指出存在的问题。学生按照修改后的方案进行实验训练。学生在实验过程中遇到问题时,首先是进行小组讨论,实在解决不了的再由教师指导解决。实验完成后,要对实验结果进行归纳、总结,对存在的问题进行分析,并提出合理的解决方法。整个实验过程充分以学生为中心,教师进行辅助指导,这样既可以锻炼学生思考能力和独自解决问题的能力,同时小组讨论也可以培养学生的沟通交际能力和团结协作技能。而对于校外实习见习环节,首先由指导教师介绍实习见习企业的基本情况,学生上网查阅相关企业资料,对企业相关生产过程有一个大致的了解。学生进入实习见习企业后,邀请企业工程师首先讲解企业主要产品的生产工艺及主要设备,并对学生进行安全教育。然后将学生分成若干小组,由企业技术骨干分别带领学生进入生产车间进行一定时间的跟班学习,真正熟悉企业的真实生产过程,培养学生的工程意识和实践能力。实习见习结束后要进行分析总结,及时发现企业生产的优势、存在的问题等,并对其未来发展提出自己的设想。   3. 建立企业导师制度
  针对当前工厂实习难、实习效果差的问题,及时转变观念,探索既能满足学生实践训练需要又不增加企业顾虑的新实习实践模式。通过与相关企业的沟通交流,积极尝试构建企业导师制度。学院吸收阅历丰富的企业精英,让其成为学生的校外导师,通过QQ群、微信群等与学生进行沟通交流。学生在学习过程中遇到的疑惑可以直接发布在群里面,企业导师给予答疑解惑。企业导师也可以将企业一些小的攻关课题发布在群里,学生可以自主提出解决方案。这样做可以实现理论学习与实践应用的无缝结合,用练习促进理论学习,以理论学习促进实践创新,让学生有机会从课堂走向企业,真实参与企业生产环节、新技术研发及其应用环节,掌握化工生产中各个设备操作流程以及各工艺参数对产品质量的影响规律等,从而提高学生运用理论知识解决实际问题的能力以及学生的工程素质和应用能力。
  4. 改变实践课程考核方式
  打破傳统的以期末考试成绩为主的“一刀切”考核模式,采用期末考试与过程评价相结合的多元评价模式。对于实验考试,总分成绩包括两部分,平时成绩和期末成绩各为50%。平时成绩包括学生的考勤、动手操作水平、实验报告撰写水平和数据分析归纳能力等;期末成绩包括操作和笔试,操作主要考察学生的动手能力,笔试考察学生对理论知识的掌握水平。对于实习实训的考核则主要以企业导师的评价为主,真正让学生参与到实践的操作过程中。通过多元评价模式可以全面了解学生对所学知识的掌握情况,使学生实现由量到质的提升。
  5. 将新媒体技术引入实践教学过程当中
  充分利用学生喜闻乐见的微信、QQ群、超星、钉钉等新媒体平台,提前发布实验项目任务、课程作业等,让学生有充足的时间查阅资料,了解实验内容,做好充分准备。同时,学生遇到的疑惑也可以通过网络平台及时与教师进行沟通交流。教师也可以根据学生的预习情况,及时发现学生存在的问题,在课程讲解当中,就可以有针对性地重点解决学生存在的疑惑。同时,教师借助各类在线虚拟仿真平台,让同学们进行在线实践模拟操作练习,拓展了教学的深度和广度,也解决了目前实习难的窘境,为学生工程实践能力的培养提供有力的保障。
  (二)教学内容改革
  1. 加大实践教学环节的学时和学分
  在新版培养方案的修订过程中加大课外实践学时比例,增设化工过程虚拟仿真实训和化工设计实践等环节,使实践性课程学分占到总学分的30%。提高实践性教学环节的学分和学时比例,可以让学生有更多机会进行实践操作训练。同时在理论课程学习过程中穿插课外实践教学环节,通过实验室观摩学习、实验演示操作、工厂参观等课外实践环节,实现理论与实践的无缝衔接,进一步强化学生对所学理论的理解,提高学生运用所学知识解决实际问题的能力。
  2. 建立完善的化工虚拟仿真实训实验室
  由于受安全等多种因素的制约,目前的工厂实习基本都是“走马观花”式的现场参观,学生很难有机会真正动手操作,并且受真实实验教学成本高、消耗大,部分实验危险性大等因素的制约,大多数化工类生产工艺设备操作流程很难在实验室实现。而虚拟现实技术的发展则可以有效模仿工厂环境和操作过程,既能巩固学生对理论知识的掌握,又加深其对工艺流程、设备布置、化工生产技术的理解,因此我校投入大量资金建立了虚拟仿真实训实验室。整个虚拟仿真平台是以学生为中心,采用3D虚拟仿真技术,生动逼真,直观性强,能充分调动学生学习的积极性。学生可以采用游戏的手段模拟各类化工生产操作过程。这样做既能使学生更直观地认识到各类化工单元操作设备的内部结构和工作原理,也可以进一步强化学生对理论知识的理解和掌握。进行典型化工生产过程的虚拟模拟操作,可让学生充分了解化工生产过程中的各种安全隐患。模拟掌握各种安全事故的处置流程,有效解决事故场景实际无法实现的问题,进一步强化了学生的安全意识以及生产事故的发现和处理能力。同时虚拟仿真教学平台还可对学生的整个学习过程进行评价报告,以便于教师进一步了解学生的学习情况,及时发现学生存在的问题,在现场实践教学过程中可以有针对性地解决这些问题。通过虚拟仿真实训练习,能有效调动学生学习的积极性,巩固所学的理论知识,加深对化工具体生产过程的感性认识,充分发掘学生的创造潜能,提高学生解决实际问题的综合能力。
  3. 积极开展化工实验竞赛
  学科竞赛是检验学生能力的重要平台,对于学生创新实践能力的训练有着重大的促进作用。为进一步深化教学改革,加强实践育人工作,激发学生学习实验理论和技术的兴趣,启迪学生的创新意识,培养学生的实践能力,学院每年都会举行大学生实验技能竞赛。竞赛内容包含基础化学实验竞赛、化工原理实验竞赛、化工设计竞赛等。整个实验方案或设计方案的确定、工艺流程的设计、设备的选择、实验过程的操作、数据记录及分析处理等都要求学生独立完成或以小组为单位合作完成,给予学生充分的自我学习空间。从2017年起,学校积极组织学生参加全国化工实验大赛和化工设计大赛,学生们均取得了不错的成绩。通过竞赛训练,大大提高了学生综合运用所学理论知识解决实际问题的能力,同时学生的心理素质和团队意识也得到进一步提高。通过竞赛,教师能及时发现教学中存在的薄弱环节,积极进行专业教学改革,提高化工专业人才培养质量。
  4. 将课程思政引入实践教学
  习近平总书记在学校思想政治理论课教师座谈会上强调,“要用好课堂教学这个主渠道,把思想政治工作贯穿教育教学全过程[6]。”中国科学技术突飞猛进,很多技术和成就都与化工有关,比如说河南甾体生物科技有限公司研发甾体药物及中间体,工艺技术达到国际先进水平,生产规模达国内第一、全球第二。将这类的企业实例引入到实践教学中有利于增强学生的民族自信心和自豪感,加深学生将个人的成才梦有机融入到实现中华民族伟大复兴的中国梦中。同时在实践教学过程中,要引导学生科学地看待当前化工行业的发展现状,既要意识到当前行业发展存在的问题,同时又要对化工行业的发展前景充满信心。将专业实践教学和立德树人教育相结合,将课程思政引入到实践教学中去,培养学生的工程伦理和团结协作意识,养成严谨、求实的工作作风。
  四、结束语
  根据工程教育认证的核心理念,在实践教学过程中要积极转变教育教学理念,充分以学生为中心,将现代教育技术引入实践教学环节提高学生学习的积极性,通过构建企业导师制度和建立虚拟仿真实验室等形式有效破解当前实践教学环节存在的问题,通过增加实践课程比例,引入课程思政等内容,提高实践教学的效果,提升化工类人才培养质量。
  参考文献:
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