李帆帆 , 李延勛 , 萬亞萌 , 高曉強(qiáng) , 于 毅

(1.河南工程學(xué)院 化工與印染工程學(xué)院 , 河南 鄭州 450007 ; 2.鄭州大學(xué) 化工學(xué)院 , 河南 鄭州 450001)

隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和新工科背景下高等教育內(nèi)涵式發(fā)展,我國本科教育事業(yè)迎來了前所未有的挑戰(zhàn)。如何培養(yǎng)出創(chuàng)新型、應(yīng)用型等高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才,成為化工專業(yè)創(chuàng)新發(fā)展所面臨的關(guān)鍵問題。

在過去的幾十年,化工類專業(yè)一直是與高新技術(shù)關(guān)系最為密切的工科專業(yè)。而在推進(jìn)化工專業(yè)持續(xù)蓬勃發(fā)展的過程中,如何培養(yǎng)出創(chuàng)新型、應(yīng)用型等高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才是所要解決的關(guān)鍵問題。在眾多化工專業(yè)課程中,化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程是一門尤為重要的專業(yè)核心實(shí)踐課程,是綜合性的化工機(jī)械類技術(shù)基礎(chǔ)課,其涉及的化工知識面較廣,且工程實(shí)踐性較強(qiáng)。通過對化工設(shè)備機(jī)械的基礎(chǔ)理論和工程實(shí)際應(yīng)用案例的介紹,可有效培養(yǎng)工科學(xué)生的動手實(shí)踐能力,激發(fā)其工程意識,引導(dǎo)其創(chuàng)新思維等。因此,在新工科背景下,以新工科人才培養(yǎng)理念和目標(biāo)為契機(jī),著手對化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)的課程建設(shè)探索具有重要意義。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問題

①傳統(tǒng)教學(xué)中,往往是教師主動式教學(xué),學(xué)生被動式學(xué)習(xí),這種“灌輸式”的學(xué)習(xí)方式,缺乏對學(xué)生主動性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。②學(xué)生的工程觀念較為欠缺,科學(xué)觀不足,對工程知識的掌握較為膚淺,創(chuàng)新意識不夠。③學(xué)生對化工設(shè)備及其要求知之甚少,對化工設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理等內(nèi)容難以理解。④缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),培養(yǎng)方案與產(chǎn)業(yè)相脫節(jié),國際競爭力培養(yǎng)不足。⑤評價(jià)方式不合理,傳統(tǒng)的考核方式采用的是終結(jié)性評價(jià),通過試卷成績硬性考察對課本知識的記憶,忽略了實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神,這種考核方式并不能全面、客觀、科學(xué)地評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。

2 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程建設(shè)

2.1 借鑒OBE工程教育理念和模式培養(yǎng)新工科人才

成果導(dǎo)向教育(Outcome-based Education,OBE)作為一種先進(jìn)的教育理念是國內(nèi)外高校進(jìn)行教育改革的核心理念,該理念緊貼現(xiàn)階段社會的需求,不僅要求學(xué)生對課本理論知識的有效消化吸收,而且更深層次地注重學(xué)生最后所取得的學(xué)習(xí)成果。課程結(jié)束后,教師根據(jù)學(xué)生是否掌握應(yīng)有的專業(yè)知識、擁有實(shí)際工程的操作能力、具有化工人才的自身素養(yǎng)等方面,全面合理地制定教學(xué)和評價(jià)方式,確保培養(yǎng)出符合社會需要的新工科人才。因此,OBE理念非常符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。然而,以教師為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式著重教授書本基礎(chǔ)理論知識,實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)欠缺,學(xué)生的實(shí)際操作能力較弱。該教學(xué)模式與學(xué)院“地方性、應(yīng)用型、工程化”的人才培養(yǎng)嚴(yán)重不符。相比傳統(tǒng)教學(xué)模式,OBE理念則是以學(xué)生為中心,需改變原有的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)模式,將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷υ捠秸n堂,即以教師輔助授予知識和學(xué)生主動吸收知識的方式進(jìn)行。目前,啟發(fā)式、案例式、研討式等教學(xué)方式已逐漸被有效推廣,這些開放式教育逐步引導(dǎo)學(xué)生發(fā)出疑問、將被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí),同時(shí)適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合生活實(shí)例輔助教學(xué)。比如,在講外壓圓筒的設(shè)計(jì)時(shí),提出問題:“上一章節(jié)有關(guān)內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計(jì)原則回想一下是什么?那么如果是外壓容器,設(shè)計(jì)原則會有哪些不同之處?”既溫習(xí)了前一章節(jié)的內(nèi)容,又引出即將學(xué)習(xí)的新問題,可起到積極引導(dǎo)學(xué)生思考和發(fā)現(xiàn)問題并切入分析問題的能力。

2.2 合理制定教學(xué)大綱

依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案,圍繞OBE教育理念,從宏觀和微觀角度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)教學(xué)大綱。在宏觀層面上,培養(yǎng)方案的設(shè)計(jì)通常是以社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對本專業(yè)人才的需求狀況及趨勢為導(dǎo)向,進(jìn)而制定與之相契合的培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系及畢業(yè)要求。微觀層面上,基于培養(yǎng)方案的要求。制定相應(yīng)的能反映課程目標(biāo)的教學(xué)大綱,并選擇對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計(jì)合理可行的教學(xué)過程。

2.2.1明確培養(yǎng)目標(biāo)

明確化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)在整個(gè)化工課程知識框架中的地位,強(qiáng)調(diào)該教學(xué)內(nèi)容在社會工作崗位中的實(shí)用性,采取精煉學(xué)習(xí)要點(diǎn)、從基礎(chǔ)理論步入實(shí)踐操作、層層遞進(jìn)的方式完善課程教學(xué)內(nèi)容,實(shí)時(shí)掌握并傳達(dá)最新知識動態(tài)、化工工程上的各項(xiàng)最新標(biāo)準(zhǔn)以及化工企業(yè)的最新發(fā)展動態(tài)。如該教材內(nèi)容主要包括化工設(shè)備材料、化工容器設(shè)計(jì)和典型化工設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)三大部分,化工設(shè)備材料部分是以工程力學(xué)為基礎(chǔ),主要講解材料力學(xué),簡要概述靜力學(xué),可緊密結(jié)合化工原理課程中的立式精餾塔或吸收塔進(jìn)行授課;而對于化工容器設(shè)計(jì)篇章,則是以薄膜應(yīng)力理論為基礎(chǔ),簡要概述外壓容器設(shè)計(jì),主要針對工程中常用的內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì)進(jìn)行精講,并強(qiáng)調(diào)強(qiáng)度計(jì)算,其目的是重點(diǎn)突出整體設(shè)備的設(shè)計(jì)理念,即從內(nèi)外壓筒體和封頭等主要部件的設(shè)計(jì)及制造,到法蘭、支座、墊片、接管、凸緣、人孔和手孔、視鏡等容器零部件的選用與設(shè)計(jì)。

2.2.2加大實(shí)踐性教學(xué)改革力度

化工專業(yè)是工科中具有很強(qiáng)實(shí)踐性的專業(yè),規(guī)劃科學(xué)合理的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)是滿足社會人才需求的關(guān)鍵。而傳統(tǒng)教學(xué)重理論知識的教授,實(shí)踐教學(xué)部分所占比重較小,因此在保證學(xué)生能夠得到扎實(shí)理論知識的前提下,可將實(shí)踐教學(xué)課時(shí)適當(dāng)增加,壓縮理論教學(xué)課時(shí)。比如,化工專業(yè)學(xué)生較少用到有力矩理論和彈性力學(xué)理論,在教學(xué)過程中對其進(jìn)行簡單介紹即可。其次,可把課堂上教授的化工設(shè)備理論內(nèi)容插入課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),讓學(xué)生在實(shí)踐中體會如何選擇合適的化工設(shè)備材料,如何設(shè)計(jì)內(nèi)外壓容器的結(jié)構(gòu)參數(shù),如何選型化工設(shè)備等。這種將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)改革,既能夠突出教學(xué)重點(diǎn),又能實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用個(gè)人能力的目的。

2.3 改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)模式和方法

應(yīng)用型本科教育已由原來的空談理論和不能解決實(shí)際問題的理論研究逐步轉(zhuǎn)型為以教學(xué)實(shí)踐為核心的“深水區(qū)”。改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)模式和方法亦顯得迫在眉睫?；谏羁汤斫釵BE理念,充分掌握企業(yè)人才需求,并以學(xué)生畢業(yè)應(yīng)該具備的理論知識、實(shí)踐能力和專業(yè)素養(yǎng)等方面為依據(jù),明確化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程在化工學(xué)科中的重要性,保證學(xué)生的課程成果輸出。

2.3.1培養(yǎng)創(chuàng)造能力

在授課過程中要求教師積極開發(fā)學(xué)生的思維。比如,在理論課堂上推導(dǎo)出內(nèi)壓薄壁圓筒及封頭的厚度計(jì)算公式后,可引導(dǎo)學(xué)生思考如何確定外壓容器的厚度計(jì)算公式、如何確定公式中的參數(shù),與內(nèi)壓容器的不同之處有哪些等,提高學(xué)生分析解決問題和查閱資料的能力。

2.3.2啟發(fā)式、探究式、參與式多種教學(xué)模式相融合

該課程內(nèi)容復(fù)雜,涉及化工設(shè)備的方方面面,其理論性強(qiáng)、計(jì)算公式多且繁瑣、設(shè)備圖形抽象不易理解,因此在理論課堂上,教師可采用多媒體展示化工設(shè)備的工作動態(tài)圖及其受力狀態(tài),并結(jié)合板書推導(dǎo)計(jì)算公式,利用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式達(dá)到上課過程中生動形象且直觀準(zhǔn)確的效果。此外,教師可穿插一些有趣的課堂小實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生更深地理解一些理論性的力學(xué)概念。比如在學(xué)習(xí)幾種約束應(yīng)力時(shí),可讓學(xué)生觀察日常生活中有哪些約束的應(yīng)力,不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,且能進(jìn)一步加深對理論概念的理解。在學(xué)習(xí)材料性質(zhì)時(shí),可鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行一定范圍的社會調(diào)查。比如在市場中找尋材料的銘牌,并通過查詢國標(biāo)對其性能做出評估,以此作為選擇商品的參考依據(jù),做到學(xué)習(xí)與生活密切聯(lián)系,達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性的目的。

2.4 理論與實(shí)踐結(jié)合,開辟第二課堂

化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程涉及工程力學(xué)、化工原理及機(jī)械設(shè)計(jì)等多門學(xué)科內(nèi)容,主要介紹了典型化工靜設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、原則和方法,屬于工程實(shí)踐性比較強(qiáng)的課程。該課程的成果輸出為典型化工設(shè)備的設(shè)計(jì),然而工程上每個(gè)化工設(shè)備均擁有各自獨(dú)特的立體結(jié)構(gòu),如果只開展課本知識的抽象講解,學(xué)生很難深入理解和融會貫通,僅僅停留在課本的字面意思,與工科學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)背道相馳。因此,在設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí),實(shí)踐部分占據(jù)著舉足輕重的地位,它是培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新思維的最佳途徑。因此,為充分實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)最大效益,在教學(xué)過程中要理論聯(lián)系實(shí)踐,開辟第二課堂,防止出現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)脫節(jié)。

2.4.1多方面培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力

化工專業(yè)的課程實(shí)踐環(huán)節(jié)可包括三部分:①課程設(shè)計(jì)。在該設(shè)計(jì)過程中,可將化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)各章節(jié)知識點(diǎn)串聯(lián),提高學(xué)生的邏輯思考能力,解決在完整設(shè)備設(shè)計(jì)過程中遇到的實(shí)際問題;②化工專業(yè)實(shí)習(xí)。例如大一下學(xué)期的專業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)和大四上學(xué)期的畢業(yè)實(shí)習(xí),學(xué)生通過真實(shí)經(jīng)歷化工生產(chǎn)過程,不僅能更加具體形象的認(rèn)識設(shè)備結(jié)構(gòu),也能全面理解和把握設(shè)備設(shè)計(jì)過程中影響各參數(shù)選擇的因素,教師有必要將這類實(shí)踐性強(qiáng)的課程具象化以達(dá)到輔助學(xué)生理解理論知識、激發(fā)專業(yè)興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新思維意識的目的;③參加專業(yè)比賽。在專業(yè)教師的指導(dǎo)下,通過參加化工設(shè)計(jì)大賽,過程裝備實(shí)踐與創(chuàng)新大賽等,將所學(xué)專業(yè)知識加以應(yīng)用和提升。因此,將課程設(shè)計(jì)、各類化工專業(yè)實(shí)習(xí)、專業(yè)比賽相結(jié)合,學(xué)生可扎實(shí)積累專業(yè)知識,全方位提升并掌握專業(yè)能力。教師通過指導(dǎo)專業(yè)競賽,一方面可進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐能力;另一方面也根據(jù)積累的典型教學(xué)案例,不斷調(diào)整教學(xué)方法,以競賽促教學(xué),提高技能教學(xué)的有效性,實(shí)現(xiàn)“以賽促教,以賽促學(xué),以賽促改”。

2.4.2協(xié)調(diào)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)間的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)無縫銜接

通過將教學(xué)內(nèi)容、工程實(shí)踐、課題項(xiàng)目三者緊密結(jié)合,擴(kuò)大學(xué)生的視野,開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維,努力使其達(dá)到高階認(rèn)知。課程認(rèn)識實(shí)習(xí)安排時(shí)間要得當(dāng),學(xué)生對本專業(yè)有了一定認(rèn)知之后方可進(jìn)行實(shí)習(xí)。實(shí)習(xí)結(jié)束,實(shí)習(xí)報(bào)告需及時(shí)提交,教師必須對其及時(shí)點(diǎn)評,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課程結(jié)束后,利用兩周時(shí)間進(jìn)行課程設(shè)計(jì),任務(wù)內(nèi)容為設(shè)計(jì)一種典型化工容器。設(shè)計(jì)結(jié)束,教師需及時(shí)安排學(xué)生進(jìn)行答辯,以此鞏固課堂上所學(xué)的理論知識。

課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的合理性決定了實(shí)踐教學(xué)效果,基于工程項(xiàng)目導(dǎo)向的課程設(shè)計(jì)將化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程與化工專業(yè)應(yīng)具備的知識、能力、素養(yǎng)等培養(yǎng)目標(biāo)全部深度融合至教學(xué)過程中。課程設(shè)計(jì)的選題一般來源于工程或教師科研項(xiàng)目,選題應(yīng)符合教學(xué)基本要求,題目應(yīng)具有一定的綜合性、設(shè)計(jì)性,難度和工作量要適當(dāng),學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)可完成設(shè)計(jì),并得到系統(tǒng)的工程綜合訓(xùn)練,從而提高學(xué)生的工程素質(zhì)。此外,做到使每個(gè)學(xué)生都有一個(gè)選題,確保學(xué)生從選題、查閱資料、設(shè)計(jì)、修改、出圖、撰寫提交課題報(bào)告等一系列實(shí)踐活動中得到充分鍛煉。

2.5 改革和完善課程評價(jià)方式

在新工科背景下,為培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才,需要改革傳統(tǒng)的評價(jià)方式。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),診斷性評價(jià)和過程性評價(jià)有機(jī)結(jié)合的科學(xué)評價(jià)方式頗有成效,評價(jià)內(nèi)容可由課堂出勤率、平時(shí)作業(yè)、小組研討和實(shí)踐項(xiàng)目、期末考試四項(xiàng)構(gòu)成,貫穿整個(gè)教學(xué)過程,評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為百分制,≥60考核通過,<60不通過。①為了保證公平性,各項(xiàng)內(nèi)容的成績占比可由教師和學(xué)生共同商議決定,做到真實(shí)反映學(xué)生的成果輸出。②平時(shí)作業(yè)不局限于書本課后習(xí)題,也可以是開放題,比如觀察生活中應(yīng)用到哪些化工設(shè)備零部件,將知識運(yùn)用到生活中去。③小組研討和實(shí)踐項(xiàng)目有利于考察學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況、查找課程資料與收集信息的能力、問題分析與解決能力、創(chuàng)造性思維能力、團(tuán)隊(duì)成員之間協(xié)調(diào)合作能力等,考核結(jié)果可由學(xué)生自評、組成員互評、教師評價(jià)三部分綜合評定。④期末考試采用試卷模式,但考試內(nèi)容需涉及理論知識和工程實(shí)踐兩方面,既考察學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況,又體現(xiàn)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。改革教學(xué)評價(jià)方式突出了過程教學(xué)的重要性,促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展。

3 結(jié)語

新工科建設(shè)體現(xiàn)了工程教育改革新方向,為適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和高等教育內(nèi)涵式發(fā)展,培養(yǎng)出創(chuàng)新型、應(yīng)用型等高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才,有必要對化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程建設(shè)做出探索。因此,從借鑒OBE工程教育理念和模式、合理制定教學(xué)大綱、改進(jìn)教學(xué)方法、開辟第二課堂、改革課程評價(jià)方式等多方面,實(shí)現(xiàn)理論聯(lián)系實(shí)踐,推進(jìn)學(xué)生知識、思維、能力的綜合提升,使學(xué)生在教學(xué)過程中學(xué)以致用、以用促學(xué)。