应用型本科高校基于OBE理念的化工原理工程实践教学设计

秦英月，刘沐鑫，石春杰

(1. 安徽省硅基新材料工程实验室 安徽 蚌埠 233000, 2. 蚌埠学院 材料与化学工程学院 安徽 蚌埠 233030)

1 应用型本科高校化工原理实践教学现状(或存在问题)

“全教会”“ 全本会”以来，如何“培养德才兼备的有用人才，增强综合素质”，成为又一轮本科教育教学改革的热点。应用型本科高校多立足地方服务于区域经济发展，在工程教育改革中承担着重要的责任和使命，应以现代工业发展的需要为导向，以学生的工程实践能力和创新能力为核心，形成接地气、近行业、重应用的地方特色[1]。“新工科”建设是当前形势下工程教育的必然选择[2]，产出导向(OBE)工程教育理念是工程教育专业认证遵循的基本理念之一[3]。但“应用型”本科院校通常历史积淀不足、生源结构单一、专项投经费欠缺、年轻教师多且行业企业工程实践经验不足，作为OBE 教育模式改革的主体，在贯彻“全教会”“全本会”的精神过程中，如何培养和提升学生的工程能力是目前推进高校工程化人才培养的关键性问题。

化工原理是化工类专业的核心基础课，也是学生由“理”向“工”过渡的桥梁课程[4]，而实验部分是培养工科学生运用基础理论知识分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题、提高动手能力的重要内容[5]。由于学生基础知识薄弱、教学学时有限、设备台套数不足、实验教学综合性强等原因，相当一部分学生反映化工原理实验操作不难但只是会记录数据，对如何运用所学知识分析数据、如何解决突发问题等一筹莫展。对我院毕业生跟踪调查也表明：部分新就业学生不能在短时间内适应岗位，在实际工作中动手能力、获取新知识能力、解决突发问题能力等和岗位要求存在一定的差距。

基于此，本课题组认真贯彻“应用型、工程化”实践教学理念，对原有化工原理的实验运行和评价模式进行了尝试性的设计和实施，为解决“应用型”本科高校化工类毕业生就业适用性差的问题。

2 基于OBE理念下工程实践教学模型设计

目前，针对实践的工程训练课程开展OBE模式下的探索刚刚起步，但其重要性不可忽视[6]。工程实践训练作为工程能力教学的重要环节，是将所学到的知识与行业应用、岗位技能相结合的实践过程，是培养实践能力、团队协作与创新意识的重要途径[7]。结合OBE理念，将实践教学过程分解设计，模型见图1。

从图1可以看出，OBE实验模型的教学目标是以学生为中心、基于预期的学生能力而设计。通过企业家进校园、企业走访调研、毕业生访谈等获取企业岗位技能需求，然后反向设计，强调学生的预期能力和教学内容的对应性，即按照岗位需求、培养目标、能力指标、手段措施、能力体现逆向且闭合的路径来构建实验方案。以紧密契合企业的岗位要求来构建实验内容与目的，从而体现学习什么知识、如何学习、达到什么学习效果。教学过程紧紧围绕预期学习成果指标开展，不仅可追溯，还可量化评价，并以此为基准评价教学内容与教学目标的达成度。

图1 OBE理念下工程实践教学模型

3 OBE理念和新工程教育背景下化工原理实验教学设计

以“离心泵特性曲线测定”实践过程为例，应用以上模型，将岗位需求具体化、指标化为三个方面：压强/流量的测量方法；离心泵特性参数的计算方法；Excel或Origin作图的方法。根据图1的模型，结合岗位能力需求，将实践过程分解如图2所示。

图2 OBE理念下“离心泵特性曲线测定”工程实践设计详图

3.1 依据企业岗位需求设计预期学习产出(具备什么能力)

紧密围绕工艺员岗位培养目标，将该课程的预期学习产出分为知识、能力、素质3个层面，目标和标准都是明确的，旨在融合学生的化工单元操作、分析与检测相关理论和技术，培养学生分析解决问题能力、实际动手能力、信息资料查询获取能力、自主学习能力、文本撰写能力、沟通交流能力及团队合作意识和化工工程实验中的工程理论素质。本实验根据岗位需求设定学生应该具备依据压强和流量大小选择对应测量装置的能力、依据工况参数选择离心泵的能力及具备数据分析和非线性拟合的能力。

3.2 依据预期学习成果设计教学过程(学什么、怎么学)

OBE模式核心是“以学定教”，以学生为中心的实践教学同样也要遵循反向设计原则，教师应当按照预期能力体现、知识点、实践策略、能力评价、反思改进的逆向路径设计教学[8]。

3.2.1 知识点(学什么) 以满足企业岗位需求为主旨，以培养学生工程实践能力为核心，在选择对应知识单元的基础上，进一步明确与能力指标相对应的知识点、教学策略和成果评估。

此次分解知识单元如下：(1)学习真空表和压力表的安装位置、安装距离的确定，此处涉及知识点有真空度和表压的计算、真空表和压力表的区别(结构、指针转向及最大量程等)、安装位置与边界层和管内径的关系、工业测量用压力传感器及信号转换；(2)不同形状转子(球形和锥形)流量计数据的读取、涡轮和孔板流量计的区别(结构、原理、适用范围)及流量数据如何转化成电信号；(3)万变不离其宗的伯努利方程的理解与掌握；(4)流量调节、泵效、低阻和高阻管路；(5)泵、管路及阀门(调节类阀门、截止类阀门)的保养、异常情况诊断及排除(气缚、气蚀、漏气、漏液、管路各类应力排除、电化学腐蚀与防护等)。

本次实验设计分为三个层次，专业基础阶段、进阶阶段和高阶阶段。知识点(1)至(3)为基础阶段，学生自主练习为主，不分层次，主要加深学生对压力表、真空表、流量计、离心泵以及管路等元件的工作原理和伯努利方程的理解，训练基本操作技能，提高学生动手能力，树立工程思维的观念。知识点(4)为进阶阶段，是对基础阶段的拓展，内容具有一定的交叉性和综合性，旨在让学生运用化工知识思考问题，掌握实际工况中泵运行的效率与管路阻力的关系，学会流量调节方式的改变。本部分由学生独立或团队协作完成，主要培养学生分析和解决化工工艺中一般性技术问题的能力。知识点(5)为高阶阶段，以教师引导为主，比如出现漏气、管路弯曲应力、法兰等附件电化学腐蚀等异常情况，要求学生自行查阅文献资料，模拟改良设备或者实验方案，或将思考题答案写进实验报告，促使学生综合运用化工知识解决化工生产的技术问题，侧重培养学生进行实验设计和科学探索的能力。

3.2.2 实践策略(怎么学) OBE模式强调学习成果的达成，因此实践课程教学要将课程特征和企业实际需求相结合，灵活地运用对比式、项目式、案例式、探究式、启发式等教学方法，让学生以不同的方式获取知识、提高能力，如通过自学、动手练习、团队讨论、现场访问等，确保学习成果的实现。

对于知识点(1)，主体采用对比教学法，引导学生对比真空表和压力表的位置、最大量程、指针转向，对比安装位置到泵的距离长短等，关于内部结构可以让学生现场查阅手机。知识点(2)，采用类比对比结合教学，不同形状转子的转子流量计和大流量涡轮流量计类比，测量原理进行对比。知识点(3)，采用情景教学，设定向内压塔内送水进行喷淋洗涤(为传质的内容进行铺垫)，设定不同工况，学生反复练习伯努利方程。知识点(4)，这个层次要求学生前面知识掌握较好，因此采用教师部分干预的启发式教学。知识点(5)为高阶阶段，教师提出问题，采用引导式教学，培养学有余力的学生发现问题、分析问题和解决复杂问题的能力，以及清楚地、正确地表达实验结果、进行技术交流的能力。

3.2.3 成果评价(学得如何) 要想真正有利于学生工程实践能力的培养，改革现有的评价方式势在必行[9]。不是仅凭学生实验报告成绩评价学生的知识水平与创新能力，而是要建立以工程意识为基础、以工程实践能力为主导、以全方面发展为评判的多元评价体系。成果导向强调学生所能获得的具体核心能力，需要由若干个指标来体现，每个指标应有相应的内容来支持。本次实验学习成果评价策略设计见表1。

表1 《离心泵特性曲线测定》工程实践成果评价策略

注： “-60”表示一票否决；当场记录只画“√”；空白记录报告批改后记录相应分值；备注记录该项的特别之处。

针对此表，所有学生均需完成基础阶段实践，此处满分为100分，完成进阶阶段和高阶阶段实验部分(后三项)的学生(比例可以设定)可作为入选后续相关学科竞赛(如大学生化工实验大赛)的门槛。

3.3 依据成果评价设计反思改进

课程本身的评价是多元化的，作为评价主体，教育一线的教师、已经就业的毕业生、行业企业专家、校内外的教学专家都需要从各自的角度，提出改进意见，只有这样才能保证评价的全面、准确和高效。

4 结语

不是所有的教育成果都能被确切表述，也不是所有的教育成果都能被准确评价。在以结果为导向的教学设计中，要吸收传统教学设计的精髓，必须避开不适合的跟形势、教条和功利，适合学生才是最好的。本文构建的基于OBE理念下工程实践模型评价体系，在“学生具备能力”的确立上更结合企业岗位需求；在评价内容和方式上更加多元化，注重考察学生的自主学习能力、工程能力和创新能力。整个过程坚持不断反馈与持续改进，评估系统的闭环操作可以更好地满足社会对人才能力的需求。