新工科、工程教育专业认证双背景下课程教学改革研究 ——以《工业通风》为例

易灿南副教授 胡 鸿副教授 刘美英副教授 易玉枚副教授 耿伟乐

（湖南工学院 安全与环境工程学院，湖南 衡阳 421002）

0 引言

第四次工业革命的到来，促使工程教育进行全方位变革[1]。德国率先推出“工业4.0”战略，美国提出“工业复兴”、“先进制造业”等措施，我国实施了国家创新驱动发展、“中国制造2015”、“互联网＋”等重大战略，促进新经济蓬勃发展[2]。我国工程教育规模世界第一，但世界经济论坛发表的《全球竞争力报告（2016～2017）》却显示我国在“Availability of scientists and engineerings”一项中名列第30位[3]，同时，我国工程教育人才不足，工程教育与新兴产业和新经济发展存在脱节[4]。2016年，教育部提出“新工科”概念并于2017年开展了一系列研讨[5]——“复旦共识”、“天大行动”以及“北京指南”。如何培养满足新工业技术革命要求的工程人才，是当前中国工程教育迫切需要解决的问题。

专业认证是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育的国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。2016年6月中国成为“华盛顿协议”第18个正式成员，标志着我国工程教育专业认证体系实现国际实质等效。2008年安全工程专业被列为教育部10个认证专业范围，中国矿业大学（北京）开始了首次认证工作，到目前为止，全国已有30所高校安全工程专业通过了认证[6]。

我国工程教育向国际接轨，但新工业技术革命又给工程人才培养提出了新的要求：不仅要有过硬的专业知识，还要求具有全球视野、工程伦理意识、创新意识、合作意识、发展意识、服务意识和跨界创新能力[7]。因此需要根据新工科人才能力要求以及工程教育认证要求制定和优化人才培养体系，开展课程教学改革，以促成培养满足社会发展需求的新型工程人才。其中，课程教学改革是达成新工科能力要求、工程教育专业认证毕业要求的关键途径，是人才培养的最基础环节。本研究将结合安全工程专业《工业通风》课程教学中存在的问题，探讨新工科、工程教育专业认证双背景下该课程教学改革，以培养符合社会发展需求的高素质人才。

1 《工业通风》课程教学中存在的问题

《工业通风》是安全工程专业中一门重要的专业课，理论性强且具有很强的实践性[8]。该课程重在培养学生对污染物的控制能力——依据污染物产生和传播途径，提出污染物控制方案，并能够设计相应的通风系统。目前，《工业通风》课程在教学中主要存在以下问题：

（1）学生存在的问题。

《工业通风》课程理论性很强，大部分学生反应难以很好把握课程体系，对于各种排风罩工作原理、适用场合以及设计计算思路，净化设备工作原理及适应条件，以及通风系统设计存在概念模糊、计算混淆的情况。其次，该课程学习需要有较好的《流体力学》知识为基础且涉及大量计算，部分高校安全工程专业为文理兼招，文科背景学生反应难以理解一些基本概念和计算。再次，由于对工业通风缺乏感性和理性认识，学生学习积极性不高。

（2）教学方法存在的问题。

首先，传统“填鸭式”教育难以满足培养学生工程能力的培养要求。其次，单一授课方式难以全面呈现信息：采用板书教学，学生能够较好的理解公式推理过程以及设计过程，但对工业通风设备及系统难以有形象的认识；采用多媒体方式，能够通过展示图片的方式让学生加强对工业通风系统相关问题的认识，但是部分学生反应难以理解公式推理过程。

（3）考核方法存在的问题。

《工业通风》考核一般包括理论教学、实验、课程设计三个培养环节。其中，理论教学考核成绩和实验成绩计入《工业通风》课程成绩，而课程设计成绩单列。在传统考核方式中，一般采取期末考试成绩与平时成绩（包括实验成绩）各占70%、30%的方式，而课程设计通常依据设计说明书及图纸打分。这种考核方式便于维护教学秩序，但不利于培养学生的实践能力和创新能力[9]。

2 《工业通风》课程教学改革

2.1 课程内容体系

针对初学学生难以把握该课程内容体系，绘制思维导图，如下图。下图不仅可以直观展示课程内容体系，还有助于学生把握每部分内容在课程中的地位与作用。

2.2 教学方法

2.2.1 授课方式

（1）以板书和多媒体相结合的授课方式。

可依照《工业通风》教学内容性质而采用不同的授课方式。例如，运用多媒体演示通风设备工作原理，通过视觉刺激直观展示其运行原理与过程；通过板书进行公式推导、介绍理论分析过程，可加深学生对其物理含义的理解。

图 工业通风课程体系思维导图Fig. Mind map of Industrial Ventilation

（2）引导式、案例式、项目式等多种教学方法相结合。

在教学过程中，采用引导式、案例式以及项目式等多种教学方法相结合的方式，吸引学生注意力，提高学习参与积极性[10]。例如，在介绍工业通风课程时，可以用引导式教学方式引导学生思考工业通风是什么——“上学期认识实习中，同学去到有大量难闻刺激气味的旧电镀车间，请问你怎么解决？”；在讲述通风方案时，可以以学生所熟悉的“学校食堂通风”为例，分析厨房污染物特征，以图片或者回忆的方式刺激学生思考食堂选择何种通风方案才能有效降低厨房油烟浓度，改善作业环境；在讲述净化装置选择时，可以发布“硫铁矿燃烧制备硫酸除尘净化”项目，要求学生自行了解硫铁矿燃烧制备硫酸工艺，探讨制备高纯度硫酸应该去除哪些污染气体和液体杂质，应该选择哪些净化装置才能达到制备目的。

（3）结合仿真软件介绍工作原理。

结合仿真软件，如CFD数值模拟技术实现通风过程的动态描述[11]，引起学生兴趣并且培养其工程实践的基本思想。例如，可以结合《工业通风》授课内容，实现不同环节内容的动态描述，如排风罩工作原理、净化装置工作原理、防排烟通风系统等。

（4）开展网络教学模式。

安全工程专业理论课课时均为32h左右，但32h难以完成《工业通风》课程教学任务，需引入新的教学模式，MOOC是其有效教学模式。根据课程内容知识模块，录制部分教学内容改为网络教学，让学生课外网络学习，课堂上再重点讲解。这种网络教学模式，不但有利于翻转课堂的实施，且培养学生自我学习能力，提高教学效率与学习效果。

2.2.2 以能力训练为目标的教学组织设计

以通风系统设计、评价能力为培养目标，制定该课程能力培养指标体系，设计能力培养设计训练题目：

（1）正确确定通风方案的能力。

（2）进行全面通风系统设计计算的能力：正确确定气流组织形式的能力；正确计算全面通风量的能力。

（3）进行局部排风系统设计的能力：正确选择排风罩、净化装置的能力；正确设计不同场所所需排风罩结构尺寸并计算风量的能力；依据工艺要求、建筑结构特征以及环境特点正确设计管网并布置；水力计算的能力。

以“正确计算全面通风量的能力”为例，在教材中一般列出了处理“污染物、余热与余湿”所需要的全面通风量的计算公式，并列出存在数种不同污染物时通风量的计算方法。为巩固不同场所下全面通风量的计算方法，可设计能力训练题目如下：某车间，同时散发一氧化碳和二氧化硫；某车间，同时散发苯、醋酸乙酯、三氧化二硫、二氧化碳；某车间，散发硫酸蒸汽，存在余热；某车间，散发氟化氢，同时存在余热和余湿；某车间，同时散发苯、醋酸乙酯、三氧化二硫、二氧化碳，且存在余热和余湿。要求学生根据所学知识确定以上5种场所中全面通风量的计算方法，教师引导学生进行思考以完成训练，并总结不同场所存在不同污染物情况下的全面通风量计算方法。

2.3 考核改革

根据安全工程毕业要求，以能力培养为目标，制定包含授课过程、实验以及考试3个环节的考核体系，确定各环节的评分指标体系，及其权重，确定合理的评分方案。授课过程考核从以下3方面开展：

（1）绘图能力考核。

根据已有通风系统正视图，绘制侧视图（课程开始1-2次课后）；参观某场所通风系统，绘制三视图（排风罩、净化装置内容学习完成后）。

（2）设计能力考核。

依据2.2.2环节设计的能力训练过程，进行考核。

（3）其他。

对出勤率、作业以及回答问题情况进行考核。

3 结论

（1）《工业通风》课堂教学中存在学生对知识内容体系认识不全面、学习积极性不高等现象，传统的教学方式也制约了工程能力的培养：可以通过思维导图等方法，促进学生全面认识课程内容体系；采用引导式、案例式以及项目式等教学方式以提高学生的学习积极性；结合仿真软件介绍工作原理，并采用MOOC等网络授课方式，打造立体学习氛围。

（2）能力培养是新工科、专业认证的核心内容，可根据专业定位确定《工业通风》能力培养体系，设计能力训练项目，全面提升通风系统设计与评价的能力。

（3）《工业通风》课程过程考核可从绘图能力考核、设计能力考核和出勤率、作业以及回答问题情况3个方面来开展，促进通风系统设计能力的全面提升。