胡云虎，徐 邁，梁 銑

（淮南師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 淮南 232038）

OBE（Outcomes-based Education）是一種工程教育理念，亦被稱作“成果導(dǎo)向教育”理念，以學(xué)生為中心，注重產(chǎn)出導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)教育產(chǎn)出，認(rèn)為應(yīng)以成果為導(dǎo)向進(jìn)行人才培養(yǎng)和教育教學(xué)改革，提高專業(yè)辦學(xué)水平和培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才［1］。OBE最早由美國學(xué)者Spady于1981年提出，現(xiàn)已成為歐美發(fā)達(dá)國家教育改革的主流理念，并被美國工程教育認(rèn)證協(xié)會（A-BET）全面接受，貫穿于工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的始終。2013年我國加入《華盛頓協(xié)議》后，工程教育專業(yè)認(rèn)證工作不斷深入，高等工程教育教學(xué)改革廣泛開展，加快與國際工程人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)接軌。

淮南師范學(xué)院是一所地方性應(yīng)用型高校，化學(xué)工程與工藝專業(yè)是安徽省“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點(diǎn)專業(yè)，開展基于OBE理念的教育教學(xué)改革是必然要求。化工原理實(shí)驗是化學(xué)工程及近化學(xué)類專業(yè)的一門必修課程，是培養(yǎng)化工科學(xué)研究和工程技術(shù)人才的重要實(shí)踐性教育環(huán)節(jié)，可以加深學(xué)生對化工單元操作理論知識的理解和鞏固，還可以培養(yǎng)學(xué)生分析解決工程實(shí)際問題的能力?；贠BE理念，本文對化工原理實(shí)驗通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、更新實(shí)驗教學(xué)模式、改進(jìn)評價方法等方面進(jìn)行了探索，以期為其他課程開展教學(xué)改革和工程教育認(rèn)證工作提供借鑒。

一、化工原理實(shí)驗教學(xué)存在的問題

（一）實(shí)驗設(shè)備落后，裝置臺套數(shù)不足

“巧婦難為無米之炊”?；ぴ韺?shí)驗以儀器實(shí)驗為主，沒有足夠先進(jìn)的實(shí)驗儀器作為支撐，一切美好的構(gòu)想只能“紙上談兵”。裝置設(shè)施陳舊，使用頻率高，缺乏維護(hù)，臺套數(shù)不足，特別是信息化、智能化水平欠缺，缺少實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和歷史數(shù)據(jù)管理功能，與現(xiàn)代化工生產(chǎn)嚴(yán)重脫節(jié)，嚴(yán)重阻礙學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)［2］。

（二）教學(xué)理念陳舊，內(nèi)容實(shí)踐性不夠

教學(xué)過程中，部分教師關(guān)注的是學(xué)生是否進(jìn)行預(yù)習(xí)、是否正確進(jìn)行實(shí)驗操作、是否完成實(shí)驗報告等方面，很少關(guān)注學(xué)生自主探究實(shí)驗?zāi)芰Φ陌l(fā)展。很多學(xué)生操作過程中缺乏思考理論依據(jù)，更不會將實(shí)驗內(nèi)容、測試參數(shù)和工廠生產(chǎn)相聯(lián)系，從實(shí)驗中吸取理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗，學(xué)生滿意度低。

（三）驗證實(shí)驗過多，考核合理性不強(qiáng)

實(shí)驗項目如何科學(xué)設(shè)置，考核評價如何合理開展，是授課教師亟待解決的問題。目前，化工原理實(shí)驗項目和課時設(shè)置不合理，驗證型實(shí)驗多，綜合型和設(shè)計型實(shí)驗項目偏少，學(xué)生缺乏主動質(zhì)疑和提問的動力。另外，成績評定考核方法單一，僅以實(shí)驗報告和期末考試為評分依據(jù)，重結(jié)果輕過程，造成學(xué)生輕視實(shí)驗操作，達(dá)不到實(shí)驗效果。

（四）教學(xué)模式僵化，學(xué)生積極性不高

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，學(xué)生預(yù)習(xí)多是簡單抄寫實(shí)驗原理和操作步驟，缺乏思考總結(jié)，教師無法進(jìn)行有效監(jiān)控。教師為多留實(shí)驗操作時間，“跑著教”講解實(shí)驗原理，學(xué)生“拖著學(xué)”記錄操作要點(diǎn)，師生互動少，學(xué)生依照老師講解和實(shí)驗指導(dǎo)書單純操作，無法有效鍛煉獨(dú)立思考、自主操作的能力。同時，學(xué)生在做實(shí)驗時重操作輕分析，數(shù)據(jù)處理能力弱，分析簡單，提交的實(shí)驗報告“千篇一律”。課程思政案例與方法老化、死板，內(nèi)容單薄，學(xué)生缺少興趣。學(xué)生的主體作用尚待進(jìn)一步發(fā)揮，教學(xué)模式有待改進(jìn)。

二、化工原理實(shí)驗改革實(shí)踐

（一）更新添置實(shí)驗設(shè)備，編寫校本實(shí)驗教材

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，老設(shè)備升級、換代加快，實(shí)驗設(shè)備正在向著智能型方向發(fā)展。學(xué)校為提高教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)硬件升級，添置了一批能反映實(shí)際生產(chǎn)且具備較高智能化、信息化的實(shí)驗設(shè)備，新建了虛擬仿真實(shí)驗室。新購的實(shí)驗設(shè)備閥門管件增多，如綜合流體力學(xué)實(shí)驗裝置可以模塊化拆卸、組裝，拓展了學(xué)生思維和動手能力；篩板精餾實(shí)驗裝置有多塊進(jìn)料板位置選擇和回流比設(shè)置，可以進(jìn)行設(shè)計型實(shí)驗。

圖1 編寫校本教材和目錄

雖然化工設(shè)備的原理相同，但不同廠家的實(shí)驗裝置、操作步驟不盡相同，因此需要結(jié)合人才培養(yǎng)方案、實(shí)驗室設(shè)備、教師隊伍和學(xué)生發(fā)展要求編寫校本實(shí)驗教材。教材編寫是一項系統(tǒng)化工程，要做到教案教材化、教材案例化和案例多樣化。鑒于此，課程組結(jié)合實(shí)驗室資源，組合教學(xué)內(nèi)容，以培養(yǎng)工程實(shí)踐能力為出發(fā)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)用性、典型性，設(shè)置具有啟發(fā)性、挑戰(zhàn)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、探究，提高分析和解決實(shí)際問題的能力。

（二）改革OBE教學(xué)大綱，優(yōu)化實(shí)驗項目設(shè)置

按照OBE理念，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，修訂教學(xué)大綱，針對支撐的畢業(yè)要求設(shè)計課程目標(biāo)，理清課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系，明確教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式［3］。新版教學(xué)大綱中，課時由原來的18課時調(diào)整為36課時。保留吸收與解吸、篩板精餾、多功能干燥三個驗證型實(shí)驗項目，每項目4課時；調(diào)整流體力學(xué)和綜合傳熱實(shí)驗為綜合型實(shí)驗項目，每項目3課時；增加恒壓過濾仿真實(shí)驗和液液萃取兩個仿真實(shí)驗，每項目3課時；增加6課時的超臨界萃取法制備大豆油及其提純設(shè)計型實(shí)驗項目（表1）。提高設(shè)計性和綜合性實(shí)驗所占的比例，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

表1 改革前后實(shí)驗項目對比

增加探究設(shè)計實(shí)驗，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力（表2、圖2）。將同屬于流體力學(xué)的兩個驗證型實(shí)驗“單項流動阻力測定實(shí)驗”與“離心泵特性測定實(shí)驗”整合成綜合型實(shí)驗項目“綜合流體力學(xué)實(shí)驗”，可同時完成離心泵特性曲線、管路特性曲線、高阻和低阻管路性能曲線、局部阻力系數(shù)測定等，學(xué)生還能分別用U形管壓差計和電子壓差計進(jìn)行對比，加深對實(shí)際工程設(shè)備的理解，提升學(xué)生的管道設(shè)計和泵選型能力。設(shè)計型實(shí)驗“三管傳熱實(shí)驗”原本是驗證性測定對流傳熱系數(shù)α、確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARem0.7n常數(shù)A、m的值，改進(jìn)后由學(xué)生自己設(shè)計選擇強(qiáng)化傳熱過程的措施，分析各操作參數(shù)的變化規(guī)律，對比不同強(qiáng)化措施換熱面積的變化，提升學(xué)生換熱器設(shè)計能力，掌握工廠提升換熱效果的操作技巧。設(shè)計型實(shí)驗“超臨界二氧化碳萃取大豆油實(shí)驗”常會出現(xiàn)出油率低、油水分離不徹底的問題，學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索，自行分組設(shè)計超臨界萃取的操作條件，優(yōu)選最佳工藝參數(shù)，掌握實(shí)驗條件優(yōu)化的方法與思路?？梢姡處煾鶕?jù)教學(xué)要求，讓學(xué)生運(yùn)用已掌握的理論知識和實(shí)驗技能，動腦思考、動筆計算、動手操作，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗研究的能力［4-5］。

表2 綜合型和設(shè)計型實(shí)驗項目培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

圖2 綜合設(shè)計型實(shí)驗實(shí)施流程

（三）真練實(shí)做以賽促學(xué)，強(qiáng)化實(shí)踐技能培養(yǎng)

基于OBE理念，在教學(xué)過程中要使學(xué)生樹立工程觀念，學(xué)以致用［6-7］。教學(xué)中教師將實(shí)驗原理結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)（表3），使學(xué)生樹立理論和實(shí)踐相結(jié)合的思想認(rèn)識，學(xué)會應(yīng)用知識選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法［8］。比如在學(xué)習(xí)“綜合流體力學(xué)實(shí)驗”時，引導(dǎo)學(xué)生探討流量調(diào)節(jié)閥裝在離心泵出水管路的原因，并結(jié)合農(nóng)田灌溉水泵進(jìn)行講解，生產(chǎn)中在泵出口處沒有裝流量表或壓力表時，通過調(diào)節(jié)出口閥門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在“三管傳熱實(shí)驗”中，讓學(xué)生認(rèn)識到工程實(shí)踐和理論值之間的差異。理論上一個列管式換熱器的管長和直徑可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計，但工程實(shí)踐中有統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)?！岸喙δ芨稍飳?shí)驗”項目的實(shí)驗原理在工業(yè)生產(chǎn)中可為流化床氣化爐的布風(fēng)板設(shè)計提供依據(jù)。山西呂梁孟家屯村的雙床循環(huán)流化床運(yùn)行之初，因布風(fēng)板設(shè)計的小孔氣速過低，導(dǎo)致局部溝流，致使氣化過程局部氧含量超標(biāo)，溫度過高而死床，通過修改小孔孔徑解決。還可通過測試布風(fēng)板壓差隨氣體流速的變化曲線，判斷布風(fēng)板的布風(fēng)均勻性，指導(dǎo)生產(chǎn)。

表3 實(shí)驗原理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用和對學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)

開設(shè)仿真實(shí)驗項目，推進(jìn)信息技術(shù)融入。我校化工仿真實(shí)驗室于2018年建成，仿真實(shí)驗項目集“教-學(xué)-練-考”于一體，學(xué)生利用動態(tài)教學(xué)模型實(shí)時模擬，通過3D仿真實(shí)驗裝置交互式操作，可以邊操作、邊觀察、邊思索、邊討論，理論知識與實(shí)際操作緊密結(jié)合，幫助學(xué)生加深對化工典型單元操作原理的理解，提高對單元操作過程的運(yùn)行和控制能力［9］。此外，為激發(fā)學(xué)生對化工事業(yè)的熱愛與學(xué)習(xí)興趣，積極創(chuàng)造條件組織學(xué)生參加各類大型化工實(shí)驗大賽，做到“以賽促教，以賽促學(xué)”，促進(jìn)高校間教學(xué)交流，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維、工程技能、團(tuán)隊協(xié)作精神和社會責(zé)任感，增強(qiáng)大學(xué)生的工程設(shè)計與實(shí)踐能力［10-11］。

（四）改進(jìn)考核評價方法，構(gòu)建多元考核機(jī)制

課程考核以課程目標(biāo)為導(dǎo)向，強(qiáng)化過程性考核，以考輔教、以考促學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)、探索性學(xué)習(xí)、實(shí)踐性學(xué)習(xí)，建立“過程性-多元化”的實(shí)驗考核辦法［12］。采用平時成績和考試成績的加權(quán)平均計算方式，加強(qiáng)過程性考核，突出考察學(xué)生的平時實(shí)驗表現(xiàn)。計算辦法：總成績=平時成績*60%+考試成績（筆試+操作）*40%。

平時成績由每個實(shí)驗項目成績構(gòu)成，強(qiáng)化過程考核，注重實(shí)驗操作評價，教師細(xì)觀察，多記錄，勤提問，力爭做到評定有理、有據(jù)、客觀。驗證型（含仿真）實(shí)驗項目注重考核學(xué)生對實(shí)驗原理的掌握與操作能力，包括預(yù)習(xí)（20%）、實(shí)驗操作（50%），實(shí)驗報告（30%）三個部分；綜合型和設(shè)計型實(shí)驗項目重點(diǎn)考察學(xué)生的綜合設(shè)計能力，包括文獻(xiàn)整理、方案設(shè)計、測試與優(yōu)化、數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗報告等，從實(shí)驗方案（40%）、實(shí)驗操作（40%），實(shí)驗報告（20%）三個方面進(jìn)行評定。筆試根據(jù)教學(xué)大綱要求，對涉及到的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗原理進(jìn)行考核，統(tǒng)一命題和評分；操作考試針對要求掌握的實(shí)驗儀器設(shè)備操作進(jìn)行考核，即時抽簽，即學(xué)生隨機(jī)抽取實(shí)驗項目進(jìn)行操作，操作過程中增加提問（口試）（圖3）。

圖3 實(shí)驗教學(xué)過程考核結(jié)構(gòu)圖

（五）引入課程思政元素，踐行立德樹人宗旨

課程思政教學(xué)改革是高校貫徹立德樹人根本任務(wù)的有效舉措，而實(shí)驗思政又是課程思政的延伸與升華。深入挖掘?qū)嶒烅椖恐械乃颊?，可以提高教學(xué)效果，提升教學(xué)質(zhì)量。如在篩板精餾實(shí)驗中，教師結(jié)合化工廠實(shí)例介紹精餾塔的構(gòu)造及操作方法，讓學(xué)生認(rèn)識到控制成本對企業(yè)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生處理復(fù)雜工程問題的能力；綜合流體力學(xué)實(shí)驗教學(xué)中，介紹管路中的直管阻力和局部阻力，講解化工廠如何降低管道阻力損失，培養(yǎng)學(xué)生理解認(rèn)識與實(shí)踐的辯證關(guān)系以及唯物辯證法在化學(xué)工程中的應(yīng)用；在仿真實(shí)驗中，介紹單元設(shè)備仿真在現(xiàn)代化工工業(yè)領(lǐng)域的重大作用，以及關(guān)鍵先進(jìn)工藝技術(shù)的成功研發(fā)促進(jìn)國家的重大發(fā)展，勉勵學(xué)生志存高遠(yuǎn)、腳踏實(shí)地，真正成長為能夠擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的新時代化工人。將專業(yè)知識和思政元素充分融合是每一位專業(yè)教師的德育職責(zé)，不斷完善專業(yè)思政的方式方法，結(jié)合課程內(nèi)容，將思政教育與專業(yè)教育有機(jī)結(jié)合，把化工原理實(shí)驗課打造成思政教育的載體。使學(xué)生明確使命，樹立遠(yuǎn)大理想，自覺把家國情懷轉(zhuǎn)化成專業(yè)課程的學(xué)習(xí)動力［13］。

（六）打造混合教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生主動參與

改變教學(xué)模式，靈活運(yùn)用啟發(fā)式、互動式、研究式等教學(xué)方法，融合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，提升課堂效率，引導(dǎo)學(xué)生在課堂上對實(shí)驗原始數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理，并與實(shí)驗教師討論分析結(jié)果。利用雨課堂、學(xué)習(xí)通開展混合式教學(xué)，建立QQ群、微信群，課前將實(shí)驗原理、操作流程、思考題等資料發(fā)到網(wǎng)絡(luò)平臺，學(xué)生可以課前測試和討論，檢驗預(yù)習(xí)成果。課堂上通過線上教學(xué)了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，對于重難點(diǎn)再進(jìn)行講解，同步開啟彈幕、投票、投稿、詞云等功能。課后進(jìn)行線上線下任意對接，開展課后檢查，完成作業(yè)［14］。不斷創(chuàng)新教學(xué)形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生樂于學(xué)習(xí)。

為評估改革成效，筆者對化學(xué)工程與工藝專業(yè)2016級（52人，改革前）、2017級（50人，改革后）本科生共計102人開展了問卷調(diào)查，回收有效問卷102份。調(diào)查結(jié)果顯示，教學(xué)模式的改革有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，學(xué)生的滿意度大幅提升（圖4）。

圖4 改革前后教學(xué)效果調(diào)查

三、結(jié) 語

提升學(xué)生工程理念和實(shí)踐技能是化工原理實(shí)驗教學(xué)改革永恒的追求，OBE作為一種先進(jìn)的教育理念，已被證明是高等工程教育改革的正確方向。為促進(jìn)具有工程實(shí)踐能力人才的培養(yǎng)，化工原理實(shí)驗課程教學(xué)改革必須更新教育理念，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，理論聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)踐，不斷探索適應(yīng)新時期學(xué)生培養(yǎng)和教學(xué)改革的方法及手段，開展課程思政，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和工程理念，培養(yǎng)具有工程價值觀和工程倫理道德的新時代人才，滿足社會對創(chuàng)新應(yīng)用型化工人才的需求。