以工程教育专业认证为导向培养学生工程素质

俞路+潘艳秋+吴雪梅

摘要：本文以工程教育专业认证为导向，在化工原理实验教学过程中将工程观念贯穿于实验预习、实验授课、实验操作以及实验结果讨论等四个实验教学环节中，依托典型化工单元设备的操作，渗透工程概念与意识，在实践教学中注重学生工程思维模式和团队协作精神，目的在于培养学生工程实践能力与创新思维，提高学生专业技术素质，推进我校卓越工程师培养计划的实施。

关键词：工程教育专业认证;化工原理实验教学;工程素质培养

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）42-0196-02

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。在我国工程教育专业认证是由专门职业或行业协会（联合会）、学会会同该领域的教育工作者和相关行业企业专家一起进行的，针对高等教育本科工程类专业开展的一种合格评价。我国开展工程教育专业认证的目的是：（1）构建工程教育的质量监控体系，推进工程教育改革;（2）建立与工程师制度相衔接的工程教育专业认证体系，促进工程教育与工业界的联系，增强工程教育人才对产业发展的适应性;（3）促进中国工程教育的国际互认，提升我国工程技术人才的国际竞争力。在这个大背景下我校化工原理实验课程在教学实践中始终注重工程思维与工程意识的培养，提高学生分析与解决工程实际问题的能力。作为我校化学工程与工艺、精细化工、催化工程、高分子化工、环境工程、生物工程以及应用化学等相关学科的专业基础课，该课程与其他基础课程实验存在本质的不同，具有典型的工程特点，学生在实际操作过程中往往会遇到不同类型的工程实际问题，因此我们应该有效利用该课程的特点与优势培养学生工程实践能力和创新意识[1]。以化学工程与工艺工程教育专业认证为导向，将工程观念渗入到实验预习、实验授课、实验操作以及实验结果讨论等环节中，从而提高学生的动手能力、设计能力和创新能力等综合素质，增强与产业发展相适应。

一、实验预习中渗透工程意识

在学校的支持下我校化工原理实验室设备经过多次升级改造，目前能够开设八个单元操作实验和两个创新实验，同时我们还自主研发了实验仿真教学平台用于教学研究，提供了多层次、多方位的实验教学手段，为工程教育专业模式的实施提供了硬件保障。化工原理与实验作为省精品课程拥有优秀的教学团队，任课教师全部具有博士学位，并且多年与化工企业联合承担重大项目实施，具备丰富的工程经验，这些都为我校高素质化工卓越工程师的培养打下了坚实的基础。实验预习中创新地增设独立授课环节，利用多媒体技术形象展示宏观设备内部的三维结构，演示单元操作的工艺过程，展示微观传递过程原理。化工原理实验作为理论课的重要实践环节，面对的是各个单元操作的共性问题，具有极强的工程背景，尤其是对于那些能够进行多种工况条件下操作的综合实验装置，可以充分调动学生的积极性参与实验方案设计、工艺流程装配以及实验结果的对比分析，通过多媒体手段对不同装置复杂工况的模拟展示，可以让学生立刻直观化地感知到本课程与基础课程本质的不同，成功地在学生脑海中植入大工程观念。学生在进入实验室之前需先写好预习报告，即了解本次实验目的、实验原理、实验工艺流程和实验操作步骤，在此常规基础要求之上，针对每个实验教师提前布置一些预习任务，让学生带着任务通过查阅文献收集本实验的相关信息，弄清楚实验装置中各个设备在化学工业生产中的主要用途和常规操作方法。如流体阻力实验中会用到离心泵、转子流量计等设备和仪表。让学生通过预习了解离心泵在工业生产中的主要分类与用途，教学实验出于安全考虑只用清水泵，学生通过文献的查阅可以了解其他类型泵的用途;化工原理课程主要介绍三种流量计：转子流量计、文丘里流量计和孔板流量计，学生查阅文献后可以清楚地了解三种流量计的构造、工作原理及在工业中的用途，查阅文献使学生在进入实验室之前自然地渗透了工程意识，拓展了工程实践知识。在实验课程教学前，实验室对学生开放，学生可以了解实验设备工艺流程、操作方法及主要控制参数。还可以利用仿真教学平台，模拟启动实验装置，监控并调节实验的温度、流量、压力及组成，处理实验过程中异常现象，对于实验结果进行对比，培养学生实际的工程意识。

二、实验授课中建立工程观念

出于对课程任务衔接的考虑，我校化工原理理论教学通常先进行各单元操作原理的讲授，最后再集中介绍各单元设备。由于实验教学与理论教学是同时进行的，这样就出现了学生对于设备的认知比较陌生，表现出“重原理、轻设备”的现象，缺乏对各单元操作之间的有机联系，从而导致理论与实践脱节，思维中树立不起来“工程观念”[2]。为了建立学生的工程观念，我们在实验教学中倡导以学生为主体，教师以引导提问的方式进行实验的讲解。化工原理实验过程中，学生思维模式比较单一，常规性地只关注某一单元操作设备的原理、操作方法及实验结果验证，忽略了解整个装置的工艺流程，缺乏对不同实验方案的尝试和操作参数优化的观念，更不会考虑装置运行的可行性、经济性及环保等工程实际问题。因而教师在进行授课过程中要有意识地渗透工程观念，结合实验装置提出相关的工程概念与学生进行互动式讨论。如在精馏综合实验中让学生明确板式塔与填料塔内部结构存在的差异，各自适用于何种物系的过程分离，以及分离效率的比较;同时还可以提出以下工程实际问题：工业上采用精馏手段为何得不到100%纯度的乙醇？如果采用反应精馏、萃取精馏、膜分离等方法是否可以得到100%纯度的乙醇？并详尽比较这几种单元操作的优缺点。实验讲解过程中，还可以利用仿真教学平台模拟精馏塔出现漏液、液泛等非正常操作现象、各种极限工况及如何进行操作调整等工程实践问题，拟补出于安全考虑而不能进行的实际工况中出现的非常规状况的操作。在进行离心泵特性曲线测定实验时，学生通过理论课教学对“气缚”和“汽蚀”两种概念有大致的了解，但两者在工程实践过程中的区别和危害究竟如何，在学生的脑海中并不清晰。在实验讲解过程中，我们展示工程实践过程中汽蚀后离心泵被腐蚀的叶片，利用仿真教学平台演示气缚操作现象，使学生对这两个工程概念重新认识，强化了工程观念。实践证明，实验授课中注重建立工程观念能够培养学生对复杂化工过程动态运行的综合分析和决策能力，深刻体会工程学科的研究方法，从而积累工程经验。endprint

三、实验操作中体会工程观念

我校化工原理实验室的设备经过升级改造之后，绝大部分装置能够完成多个实验任务，具备综合性、设计性和研究型的特点。学生来到实验室后，面对一套多功能的实验装置需要2～3人组成一个小组来进行实验，每一个小组成员都是工程实验的实践者和探索者，必须具备团队协作精神，共同探讨实验方案，在实验方案的实施过程中要及时捕捉工程实践问题，进行结果的汇总和分析，进一步尝试相应的操作方法解决实际问题。教师在巡视过程中仔细观察学生的操作情况，及时发现工程实践问题，适时提出存在的问题，引发学生对问题的思考并引导学生进行理论分析做出正确的判断，在此基础上执行相关操作解决出现的问题。例如在传热综合实验过程中，由于鼓风机的连续转动做功会使管路入口处空气的温度逐渐升高，在实验过程中让学生通过观察温度计注意到这个问题，针对这一问题让学生踊跃提出解决的方法，开启学生解决工程实际问题的思路，开拓学生工程思维模式;工业上用于加热的蒸汽内会含有不凝性的气体，如果不进行排放会出现什么问题？如何在实际操作中解决此类问题？在板框过滤机实验中为何会出现滤液流不出的现象？它与板框的摆放顺序，以及流道的对应有何关系？通过以上问题的提出，学生可以主动把从理论课程学到的知识应用于实际碰到的工程问题的分析，在理论指导下完成相关问题的操作，将理论与实践联系起来，在激发学生学习兴趣的同时体会工程的观念。

四、实验结果讨论中反馈工程意识

实验结束之后，指导教师组织学生将实验操作中出现的实验现象和实验结果进行分析讨论，让学生各抒己见，在听取学生分析意见的同时提出工程问题引导学生思考。实验报告中要求学生写出一组数据处理的详尽过程，汇总全部测试数据结果做出对应的趋势图，与工程经验值进行对比，判断数据的可靠性，查找实验中存在误差的原因，并对实验装置的设计、仪器仪表的控制与调节手段等提出自己的意见和想法。通过对实验结果讨论的系统化整理，学生学会用工程的观点思考问题[3]，掌握工程实际操作中的规律，工程意识得到全方位加强。提升我国工程技术人才的国际竞争力是工程教育专业认证的主要目的之一，培养符合产业发展要求的优秀工程技术人才是我国教育改革关键所在[4]。立足现有实验条件，在化工原理实验教学过程中，我校始终秉持以培养学生工程素质和创新能力作为实验教学的首要任务，在重视理论教学的基础之上，将工程素质培养模式贯穿于实践教学环节，推进我校化工原理实验教学改革新突破。

参考文献：

[1]王俊文，郝晓刚，刘世斌.改革实验教学方法，增强学生工程意识[J].实验技术与管理，2000，17（6）：107-110.

[2]俞路，吴雪梅，潘艳秋.基于全新工程教育理念构建多层次化工原理实践教学模式[J].教育教学论坛，2014，12（53）：132-133.

[3]赵清华，高焕方，许俊强，全学军.化工原理实验教学中工程观点的培养[J].化工高等教育，2010，（1）：37-39.

[4]郭翠梨，张金利，程景耀，胡瑞杰.化工基础实验教学改革的实践[J].化工高等教育，2010，（3）：59-61.endprint