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基金项目:石家庄学院教学改革研究项目(JGXM-201107B)
中图分类号:G64
文献标识码:A
原标题:化工单元仿真技术在化学工程与工艺专业实习中的应用研究
收录日期:2013年1月31日
化学工程与工艺专业是培养从事化工工程设计、化工技术开发、化工生产技术管理和化工科学研究等方面工作的工程技术人才。本专业培养具备化学工程与化学工艺方面的知识,能在化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作的工程技术人才。石家庄学院化工学院化学工程与工艺专业是河北省级重点发展学科。石家庄学院化工学院从2007年开始与石家庄炼油厂、以岭药业等企业共建生产实习基地,积极开展化学工程与工艺专业的生产实习的教学活动。为了更好地开展生产实习的实践教学活动,在石家庄学院教务处教改项目(JGXM-201107B)的支持下,从2012年开始,我院化学工程与工艺教研室积极开展了化工单元仿真技术在本专业生产实习中的应用研究,取得了良好的效果。
一、生产实习的意义
生产实习主要是指高校工科学生(主要指高年级大三或大四的学生),在工厂生产现场主要以技术员或管理人员的身份,直接参与企业相关的生产过程,它的重要意义主要体现在以下几个方面:
(一)理论联系实际。高校学生以实际工作者的身份,直接参与工厂的生产过程,既可以运用已有的知识技能完成一定的生产任务,又可以学习和本专业相关的实际生产技术知识及管理知识。
(二)思想教育。生产实习是对工科学生进行思想政治和道德品质教育的有效途径。在生产实习中,可以生动具体地对学生进行劳动观点教育,培养学生热爱劳动、认真负责及爱岗敬业的劳动精神。
(三)检查教学质量。通过生产实习,不但可以检查工科学生对于专业知识的理解及实际技能的水平,更重要的是通过生产实习的检验,对课堂教学质量做出一些基本的分析和估计,作为全面评价教学质量、改进学校教育工作的重要依据。
二、传统生产实习存在的问题
传统的生产实习主要包括实习动员、厂级安全教育、实习报告与考核等内容,它的弊端主要体现在以下几个方面:
(一)教学方式呆板。传统的生产实习,通常是工厂派个技术员给学生讲一讲工艺流程,然后带学生看看生产过程,而不允许学生动手操作,学生只能走马观花地表面了解工厂的工艺流程。学生通常只是抄一抄图纸,看一看设备,而对于实际的工厂生产情况却了解不多。
(二)生产实习质量不高。由于学生在实习现场基本上只能“看”、“听”、“写”。刚进厂实习的时候,还能认真地学习,时间一长,就失去了刚进厂的新鲜性,就会觉得无事可做,因而生产实习后期,学生通常是纪律涣散,管理困难,影响了整个生产实习的质量。
(三)生产实习成本过高。化学工程与工艺专业的生产实习一般要5~7天,除了要支付实习单位数额不菲的实习经费,期间的交通及食宿费用也较高,这对于实习经费短缺的高校压力很大。如何利用有限的实习经费,更好地开展实习教学活动,是每个高校面对的问题。
三、化工单元仿真系统
(一)化工单元仿真系统介绍。化工单元仿真系统是以计算机为手段,通过建立化工过程的动态数学模型再现真实化工装置系统特性。它是建立在化工工艺、自动化仪表、化工设备等学科基础上的综合性技术,可以模拟化工生产装置运行中的开车、停车、故障处理等工段操作过程,可以提高操作人员的理论水平和实践能力。
(二)化工单元仿真在生产实习中的应用。石家庄学院化工学院于2010年9月从北京东方仿真公司引进1套大型化工生产工艺-乙醛氧化制乙酸工艺。乙醛氧化制醋酸装置是乙醛装置的配套工程,起始原料为乙烯,乙烯氧化生成乙醛,再由乙醛为原料氧化生成醋酸。本软件是参照大庆三十万吨乙烯一期工程-大庆醋酸装置设计,年生产能力为成品醋酸10万吨/年。该生产工艺,工艺复杂、设备齐全、自动化程度高,很适合于化学工程与工艺专业学生的生产实习。根据课程需要,我们选择乙醛氧化制乙酸工艺作为本专业学生生产实习的项目。
四、化工单元仿真系统引进到生产实习中的优势
(一)有利于提高学生的实际操作技能。化工生产过程的特点是整套装置的工艺流程长,设备数量大,所以工程技术人员的综合素质和能力对于化工产品的产量、质量、经济效益的程度影响越来越大。而学生在生产实习中很难有直接动手的机会,这是化工类专业实践教学中所面临的特有困难。而化工单元仿真实验和实际化工生产工艺相结合,提供化工单元操作、过程控制仿真、全工艺过程操作等实训,满足培养化学工程与工艺专业的工艺技术、计算机应用、自动控制、过程装备等岗位的综合能力。
(二)培养学生的化工职业思想。在学习化工单元仿真软件的同时,要对学生进行化工职业教育,使学生清楚地认识到本行业在国民现代化建设中的地位和作用,从而热爱本专业,树立为我国化学工业现代化建设做贡献的雄心壮志,引导学生传承化工行业职员守纪律、爱岗敬业的好作风。通过化工单元仿真软件的学习,使学生具有按计划有序工作的良好习惯和严谨的科学态度,并具有刻苦钻研技术、勇于克服困难和积极向上的精神。
(三)化工单元仿真运行成本低。建设化工仿真实验室的总成本只有中试车间费用的五分之一。将化工单元仿真软件引入到化工原理实验教学中,使用周期长,可大大减少学校在培训工作中的人力及物力消耗,且易于维护。我们教研室在化工仿真实验室还安装了AutoCAD、Chem-CAD、ChemOffice等应用软件,可以满足化工学院其他专业学生的使用,充分利用现有设备,进一步降低其整体运行成本。
五、结论
化工单元仿真教学是运用先进的教学思想和现代化的教学手段,培养学生的实际动手能力,为化学工程与工艺专业人才高质量的培养提高提供了保障。
主要参考文献:
[1]靳海波,宋永吉,赵如松等,化学工程与工艺专业实习改革与实践[J],求实,2010,2
【关键词】化工专业 人才培养方案 专业特色 竞争力
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2014)01-0224-01
1.现状
化学工程与工艺专业是一个老牌的专业,长久以来为行业输送着新鲜血液,促进着经济的长足进步。但是近年来,由于高校的扩招,挂靠化工专业的热门方向此起彼伏诞生,专业师资的整体能力跟不上等等原因,使专业人才的整体素质和能力有所下降,而国民经济的不断发展,技术水平的不断提升,对专业人才的需要异常迫切。高校要抓住机遇,善于利用地方资源,促进专业办学特色, 提升人才综合能力, 提振专业的就业水平与竞争力。因此高校培养既有专业理论能力,又有动手能力的高素质人才尤为重要。
因此,新培养方案的制定与实施尤显突出。我校于2010年着手修改化学工程与工艺专业培养计划,新培养方案于2011届开始实施。
2.新培养方案的特点
2.1 培养目标明确,突出专业特点,体现专业应用
“本专业培养德、智、体、美全面发展,能够掌握化学工程与工艺方面的基础理论、基本技能以及相关的工程技术和知识,能在石油化工、煤化工、化工工艺、工业催化、能源、医药和环保等部门从事生产、服务、研发以及设计的高级技术应用型人才。”
“本专业执行宽专业,厚基础的教学指导方针,在培养学生理解和掌握化学工程与工艺学科理论知识的基础上,着重培养学生掌握化工领域工艺设计与设备设计、模拟优化方法、对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的基本能力。学生在专业课学习阶段,通过专业实习等途径,紧密联系石油化工、煤化工的生产实际,使学生具有独立思考和解决实际问题及创新的初步能力”。
我校的化学工程与工艺专业有两个方向,即石油化工方向和煤化工方向。我校地处辽宁化工城,素有“煤都”之称,既有石油化工的研发和生产优势,又有煤化工的产业与科研依托,发挥优势,凝练特色,致力于教学理念和方式的创新,培养应用型人才,具有强大的优势。
2.2注重培养规格,强化毕业生应获得的知识和能力
首先,强调德、体。“热爱祖国,遵纪守法,身体健康,具有良好的思想品德、社会公德和职业素养”。
其次,强调外语和计算机能力。外语和计算机属于工具型能力,会广泛应用于将来的工作和学习。
重点强调专业能力。获得专业基本知识,具备在专业生产第一线工作的基本能力;掌握专业领域内工艺与设备的基本设计能力;了解专业学科前沿,了解新装置、新技术、新工艺的发展动态;具有对新装备、新技术、新工艺、新方法理解、运用和掌握的初步能力。
再次,强调了学生掌握文献检索、资料查询的基本方法,要具有创新意识和独立获取知识的能力。
2.3优化课程体系,体现厚基础、宽专业的培养特色,拓宽专业口径,淡化专业意识,加强基础教学,培养通才,增强人才的适应能力,提升自我发展能力。
首先,新培养方案提高了原来要求的规定修满教学学分,其中适当增加了实践教学学分。
学校前两年实施通识教育,不分专业,基础教育课程一致性,后两年体现专业特色,突出学科优势。
其次,在专业基础课设置上,强化了四大化学的理论课时与实验课时,同时整合了两个培养方向在《化工原理及实验》、《化工热力学》、《化学反应工程》、《化工设计》、《专业外语》、《仪器分析与实验》、《电工学》等课程的一致性,体现了厚专业基础,宽专业口径的特点,增强了人才强大的理论基础。
在专业必修课设置上,既要突出两个方向的特色专业,又要体现我们学校的办学特点,扬己之长,使培养的人才具有特色,满足化工不同行业的需要。因此,我们将两个专业方向的部分特色课程交叉选修。如:石油加工方向选修《煤化工基础》、《洁净煤技术》,煤化工方向选修《石油化学》、《石油加工基础》,使所有的学生,既懂得了本专业的知识,也跨入了另一个相邻领域,扩展了知识面,也强化了就业优势。
2.4重视实践和创新能力培养,锻炼和强化学生实践动手能力,培养学生的创新思维和综合实践能力,最终成为具备实践和创新能力的应用型化工人才
新培养方案中,在实践教学环节,除了传统实习之外,引入了仿真教学,综合实验和综合能力素质训练,强化了实践能力的重要性,促进了学生综合能力的提升。
在实践教学体系中,金工实习、认识实习、生产实习,为学生提供了广阔的实践平台,我们学校先后与地方6个化工企业及科研院所签订了实习协议,每年都有学生去进行不同类型的实习,同时,我们也鼓励学生到企业委托实践,增强学生理论与实践结合能力的培养。
在课设和毕业设计(毕业论文),大胆创新,允许学生参与教师或者企业的科研课题,发散思维,在实践中提升学生的创新能力;鼓励学生积极参与“挑战杯”、“创新实践”、“科技小论文大赛”“资格认证”、各种论文和实验等大赛、以及参与各种培训及调查报告等,提升学生的创新思维,培养创新能力。
在仿真教学环节,学校引入了化工仿真实训软件,提供计算机房,使学生足不出户,在计算机上就可以模拟实际化工工艺路线与实际化工装置,自己动手操作,将理论知识与实际处理问题相结合,既巩固了专业知识,也应用了专业知识,同时提升了动脑和动手能力。
在专业实验环节,既体现两个专业方向的共性,也强化了专业方向的特色。比如;石油化工方向学生开设化学工艺学专业实验与石油加工专业实验,而煤化工方向学生开设煤化工专业实验的同时,也进行石油加工实验,这样既淡化了专业方向性,强化了大化工的概念,也使学生在就业中更具备了竞争力。
3.新培养方案的实施效果
新培养方案从2011届开始实施至今,效果明显。具体体现在如下几个方面:
学生对学习的课程感兴趣程度增强,理论课学分普遍提高,受学业警示率明显下降。
学生在假期的实践机会增多,提高了学生的综合素质,提升了其就业的竞争力。
关键词:工程认证;精细化工;教学改革;实践能力;教学理念
一、我国工程教育认证的发展历程
为了提高我国高等工程教育质量,构建我国高等工程教育质量保障体系,进一步深化高等工程教育改革,建立高校工程专业与社会企业所需人才培养的双赢机制,规范与注册工程师制度相衔接的高等工程教育专业认证体系,促进工程教育国际化,实现国际互认,提升我国高等工程教育国际竞争力,教育部于2006年正式启动高等工程教育专业认证试点工作。10年来,我国工程教育专业认证工作逐渐在全国相关高校中得到了重视和积极开展。2013年6月,国际工程联盟大会在韩国召开,大会表决通过中国为《华盛顿协议》预备会员,成为该协议组织第21个成员。《华盛顿协议》是世界上最具影响力的国际本科工程学位互认协议,1989年由美国、英国、加拿大、爱尔兰、澳大利亚、新西兰6个国家的工程专业团体发起成立,旨在建立共同认可的工程教育认证体系。该协议提出的工程专业教育标准和工程师职业能力标准,是国际工程界对工科毕业生和工程师职业能力公认的权威要求。截至2013年8月,中国工程教育专业认证协会已对我国高校的373个专业点开展了认证工作,之后经过3年的不懈努力,我国工程教育专业认证协会分别受理了137个专业的2014年认证申请(其中105个专业通过认证)、156个专业的2015年认证申请和200个专业的2016年认证申请,我国工程教育水平得到了长足而显著的提高,其质量获得国际社会的一致认可。可喜的是,2016年6月,《华盛顿协议》全票通过中国科协代表我国由《华盛顿协议》预备会员转正,成为该协议第18个正式成员,表明我国工程教育专业认证与国际实质等效,标志着我国工程教育质量实现了国际化互认。
二、工程教育认证背景下我校精细化工工艺课程教学改革的必要性
华侨大学地处海峡西岸经济区的心脏地带,为了更好地服务于地方区域经济的发展,为企业人才市场输送合格的工程类专业人才,工程教育专业认证已列为我校提高办学质量的主要举措之一,校领导高度重视。与此同时,随着福建省沿海四大石化基地和重大项目的加速推进,带动了合成材料、有机化工和精细化工等配套开发,石化产业集群效应显现,化工类专业人才需求增大[1]。为了培养合格的化工工程师,我校化工学院积极申请化学工程与工艺专业的工程教育专业认证。2016年2月,中国工程教育认证协会正式受理了我校化工学院化学工程与工艺专业工程教育认证的申请,这是我校第一个被受理的工科专业,得到了校、院两级领导的高度重视和全系教师及其他相关院系的大力支持和配合。中国工程教育认证标准是基于产出的教育评价,满足华盛顿协议互认要求。基于学习产出的教育模式(OBE)最早出现于美国和澳大利亚的基础教育改革,是以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式[2,3]。国内部分高校实施基于OBE教育理念的人才培养模式的综合改革,规范教学活动,树立教学标准意识,建立教学质量标准,最终取得了显著的效果,并顺利通过我国工程教育认证。众所周知,《精细化工工艺》是化学工程与工艺(精细化工方向)专业的主干专业课之一,该课程具有工程性、应用性和综合性等特点。在我校化学工程与工艺专业开展工程教育认证的背景下,基于“以学生为本,以学生学习产出为导向”的教育理念和思路开展精细化工工艺课程教学改革势在必行。
三、工程教育认证背景下精细化工工艺课程教学改革的几点思考
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果,它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工科专业毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、认识团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标[4,5]。为了使学生在学习精细化工工艺课程过程中达成这个目标,必须同时从教学的两个主体———学生和教师入手,转变教育理念,改革教学方式方法,以符合我国工程教育认证标准。
(一)学生工程实践能力的培养
精细化工工艺是一门实践和理论并重的课程,在培养高素质的精细化工工程技术人才过程中,精细化学品开发、设计及合成的实验与实践起着重要作用。对于学生而言,借鉴CDIO成功的教育经验,在工程教育认证背景下精细化工工艺课程教学改革过程,一定要特别注重和加强学生工程实践能力的培养。
1.加强校企合作。根据《中国工程教育质量报告》的调查,工业界认为高校培养工程专业人才过程中存在通用能力评价高,工程能力培养不足;传统优势明显,紧跟时代需求不足;工业界参与深度和规范化不足等问题。因此,在精细化工工艺课堂教学过程中积极邀请精细化工相关企业高级工程师走入课堂参与教学,有利于学生深入了解所学知识在将来所要从事的精细化工行业中的实践应用。
2.搭建校内精细化工实践平台。实践平台是大学生进行实践活动的阵地,校内可以通过设立实验示范中心、学科重点实验室、科研成果转化平台以及本科生课外科创活动平台等举措,不断提高学生的精细化学工程实践能力和创造力。
3.设立精细化学品制作工坊。根据精细化工工艺课程需求开设特色实验室,对课程中所学主要精细化学品种类及其典型产品的制备工艺开展实验,比如手工肥皂、洗涤剂和胶黏剂等常规精细化学品的制作。与此同时,增加综合型、设计型实验的比例和深度,充分调动学生对精细化工工艺的学习积极性。比如在手工肥皂制作过程中设计透明多彩的新型多功能肥皂,培养学生的创新意识、动手操作能力和团队合作精神,提高学生的工程实践能力和创造力,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习精细化工工艺这门专业主干课程。另外,精细化工工艺特色实验室在全校范围内也可以共享实验资源和设备,这不仅可以增加学校对实验室的经费投入,而且可以显著提高精细化工专业的知名度,大大增加学生对本专业的认可度和归属感。
4.建立多元化考核标准。传统工科教学的突出问题是理论知识学习比重远大于工程能力培养比重,这是单一笔试考核模式导致的必然结果。基于工程教育认证中所要求的学习产出的教育模式,将学生在精细化工工艺课程学习过程中参加课外精细化工实践平台和精细化学品制作工坊等活动的表现形成可量化的考核标准,与传统考核标准进行有机结合,建立以加强学生工程实践能力培养为目标的多元化课程考核标准。
(二)教师课程教学理念的转变
基于OBE工程教育模式,工程教育认证将推动工科教学由“经验型”转向“科学型”、由“内容为本型”转向“学生为本型”。这就要求高校教师彻底摈弃传统的“教无定法”的教学理念,而是基于学习结果的教育模式,形成一种规范、团队、持续改进的教学方式,实现教学行为及活动的标准化与规范化,从而达到工程教育认证标准,持续为工业界输送合格的化工工程师人才。
1.建立课程目标与毕业要求的对应关系,规范和细化教学大纲及内容。《精细化工工艺》是一门介绍精细化工产品生产原理与工艺的专业课程,其课程知识体系非常零散且庞大,规范地组织教学内容和选择教学方法对于有效实现预期学习结果至关重要。精细化工工艺课程的教学目标:一是让学生能够根据市场需求的不断变化,设计新型精细化工产品;二是让学生运用精细有机合成化学及工艺学理论,根据精细化学品的功能特点及研究目的,选择适宜的研究路线,设计可行的有机合成单元反应实验方案;三是让学生熟悉与精细化工行业相关的产品技术标准、知识产权、法律法规、产业政策及发展现状和趋势,能识别、分析精细化工新产品、新技术、新工艺的开发和应用对社会、健康、安全、法律以及文化的潜在影响,深刻理解精细化工在国民经济中的重要地位和作用。以上课程目标分别对应于我国工程教育认证标准中化学工程与工艺专业学生应达到的十二条毕业要求中“设计/开发解决方案”、“研究”和“工程与社会”等方面的能力要求。在对学生学习结果有了清晰的认识后,教师通过细化教学大纲来规范教学内容和控制教学进度,从而保证课程目标的达成。
2.整合教学资源,避免课程间教学内容的低水平重复。对于化学工程与工艺专业(精细化工方向)的学生而言,在开设《精细化工工艺》课程的同时,还开设了《精细化学品》和《高分子化工工艺》等相关课程。过去,这些课程在教学内容上存在部分重复,比如有机合成反应基础知识的介绍,学生对此也提出了意见和看法。OBE工程教育模式客观上要求整合各类教学资源,明确不同课程对达成毕业要求指标点(预期学习结果)的贡献及程度。这就需要各专业教师之间进行有效地交流与合作,协调相关课程的教学大纲及内容,避免教学资源的浪费。
3.建立课程教学质量跟踪调查及反馈机制,形成持续改进的教学理念。工程教育认证要求建立毕业生质量跟踪调查机制,形成科学有效的毕业生评价体系,为学校更好地培养工程人才提供重要依据。显而易见,毕业生质量与课程教学质量紧密相关,只有建立后者的跟踪调查及反馈机制,才能保障前者的水平。除了校院两级对精细化工工艺课程教学主要环节进行质量监控外,教师一方面于课程教学结束后在所授班级召开座谈会,听取学生对所学课程内容及授课方式、进度等方面的看法和意见,教师对所提问题与学生进行交流并提供合理化建议;另一方面,针对从事精细化工行业的毕业生进行跟踪调查,灵活运用现代通讯及联络工具、调查问卷等多种形式,开展关于学生在校期间所学精细化工工艺课程对其职业发展的影响以及其对该门课程设置、教学内容及方法等方面的建议和意见的调查,另外还可以展开毕业生所在单位对所需精细化工工程人才知识架构要求的调研。授课教师对以上信息收集整理后进行归纳总结,形成反馈整改意见,并在下一次的课程教学过程中有效体现,形成良性互动循环,促进精细化工工艺课程教学质量的持续改进。
作者:甘林火 单位:华侨大学
参考文献:
[1]甘林火.精细化工工艺课程教学的探索[J].广州化工,2015,43(5):220-221.
[2]顾佩华,胡文龙,林鹏,等.基于“学习产出”(OBE)的工程教育模式——汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究,2015,(1):27-37.
[3]赵卫红,王彦斌.基于“OBE”理念的精细化工专业实验课程建设[J].亚太教育,2015,(7):85.
1课程体系
1.1课程体系应适应催化工业大环境的变化就传统《工业催化》课程体系而言,其培养目标是通过课程学习,使学生掌握催化作用的基本规律,了解催化过程的化学本质和熟悉《工业催化》技术的基本要求和特性,培养标准是为培养化学工程与工艺类专业工程师提供坚实的理论基础服务。随着现代化学工业的发展,催化理论持续更新,许多新型催化工艺及技术不断涌现,学习这些新催化工艺及技术的背景及原理,对于化学工程与工艺专业的本科生能否成为具有坚实的开发、研究和使用催化剂能力的高层次工程技术人才,能否胜任将来有可能从事的催化领域研究工作都有着重要的理论指导意义。相对稳定的培养目标和培养标准不能限制课程体系进行必要的变动,以适应外部环境和需求的变化。因此在“卓越工程师计划”的实施过程中,《工业催化》课程体系要随着卓越工程师的培养目标和培养标准的调整而做相应的变化,从而体现《工业催化》课程满足培养目标的根本价值。
1.2校企合作建设课程体系。“卓越计划”要求高校与企业共同制定和实施卓越工程师培养方案,包括共同建设课程体系和教学内容。《工业催化》课程可以充分发挥合作企业所具有的工程教育资源优势,包括先进设备与技术、实验环境、研究开发条件等,与本校催化人才培养优势实行优势互补,共同设计与构建卓越工程师培养的课程体系和教学内容,使得《工业催化》的课程体系和教学内容具有鲜明的特色。校企合作建设的课程体系将更有助于培养学生综合解决实际问题的能力,摒除传统课程体系不能联系工程、生产实际的局限,鼓励教师与各行业生产管理第一线的工程技术人员联合指导学生。通过校企联合指导课程,现场案例教学,增强课题的实际应用价值,为学生提供良好的工程环境。学生在完成课程学习过程中,可以随时请教企业中有经验丰富的技术人员和老师傅,学到许多课堂上学不到的、学校教师也无法传授的一些实践经验。
2教学方法:贯彻研究型教学方法,理论联系实践
教学方法是使教学思想得以贯彻执行、知识体系和课程内容得以完整实施和传授的关键所在。传统的《工业催化》课程之间具有明显的界限,课堂教学以讲授为主,综合性的案例和结合实际项目的教学不多,而基于问题的探究式学习、基于案例的讨论式学习、基于项目的参与式学习等多种研究型教学方法更是少之又少。研究型教学(problem-basedlearning,PBL,对学生而言可以称之为研究型学习),它是一种符合工程能力培养规律和综合素质形成逻辑的教学组织形式和教学方式,得到“卓越计划”的大力提倡和着力推行[4]。研究卓越工程师不仅应具备分析问题、解决问题的能力,而且要能将设想和概念转化为现实,形成学生的工程能力。“卓越计划”通用标准对本科层次卓越工程师培养予以如下定位:本科层次卓越工程师:主要从事产品的生产、营销、服务或工程项目的施工、运行,维护,能够完全胜任现场或生产一线的各项工作。因此现有《工业催化》教学方法需要重构,在面向实际教学的基础上,遵循催化工程的实践、集成与创新的特征,采取相应的教学方法,按照催化剂的催化作用,催化剂的生产,催化剂的表征,催化剂的使用来组织教学内容,以学生为中心开展教学活动,着力推行符合工程能力培养规律的学习方法,强调学生创新意识和创新精神的培养,加强学生创新能力的训练,有效地提高学生的工程实践能力。所以,贯彻研究型教学方法,理论教学和工程实际相联系就非常重要。作为一种学习方法体系,研究型学习主要由基于问题的探究式学习、基于案例的讨论式学习和基于项目的参与式学习三种形式组成。从培养化工方向的卓越工程师的需要出发,其中的问题、案例和项目可以分别工业上成熟的催化工艺作为教学内容以实施相应的教学方法。这些问题可以是现行催化工艺中各种问题的重现、演变、放大或综合,也可以是教师根据对未来发展的预见专门设计出的催化方面的新问题。通过教师精心选择和设计这些问题、案例和项目,并采取研究性学习方法,就能够在学生知识的获取、应用和创新,工程能力的培养和提高,社会能力的培养和提高以及综合素质的养成和提升等方面发挥重要作用。
3教学内容:拓展知识视野,完善知识结构
3.1拓展知识视野,完善知识结构为了培养学生学习《工业催化》的兴趣,首先在每一章节的的教学过程中,凡是教学内容涉及到的在现行化工生产中已成功工业化的催化剂体系,如催化重整,催化裂化,合成氨等催化剂,可以引导学生多查阅相关资料,了解与这些催化剂的相关的制备工艺,催化反应原理,催化反应设备,催化剂使用过程条件控制以及催化剂再生等相关的知识。这样不但可以拓展学生的科学史知识,提高学习兴趣,增加求知欲,还有利于培养学生的自学能力;而且,结合专业特点丰富课程教学内容,联系与化工生产(化学工艺专业)及人们日常生活(应用化学专业)密切相连的催化知识,使学生主动去学习与催化相关的知识,从而理解并解决疑难问题,推动课堂教学的发展和质量的提高。丰富教学内容要求教师在备课过程中必须保证内容充实、准确、高质量。教师在准备每一堂课内容时,都必须查阅大量参考资料以确保知识的准确度,同时应从多角度、多层次综合、全面理解和诠释每一个知识点,并通过不懈的努力和研究形成自己的一套教学体系和教学风格。
3.2扩展前沿知识当今是个知识更新迅猛的时代,《工业催化》课程快速发展,必须与前沿科学知识紧密联系,才能培养出跟上工业和科学技术发展步伐的新世纪卓越工程师。扩展催化技术方面的前沿知识,不但有利于提高学生的学习兴趣,而且有利于培养学生的创新能力。前沿知识扩展对教师的素质有着很高的要求,这要求教师具备一定的科研素养,能有紧跟催化理论和技术发展的步伐,教师应深入学习、研究新的催化理论知识及催化技术最新发展趋势和动态,并将这些前沿知识充实到课堂教学之中,使学生能深切感受到科学技术的飞速发展给社会发展带来的巨大变革。例如:在《工业催化》课程中酸碱催化作为传统催化剂在催化裂化,催化重整等已经得到广泛应用,但课程对最前沿的酸碱俩性催化剂的介绍较少,这方面的知识,需要教师在查阅资料,将课堂内容补充完善。前沿知识的扩展,不仅需要提高教师的科研素养,还要调动学生的学习积极性。将《工业催化》课程每一章节的课余作业设置为此章节的相关前沿知识学习不失为一个理想的方法,例如在学习分子筛催化剂章节时,新型的杂原子分子筛,新型介微孔复合分子筛等催化剂是目前分子筛催化剂研究的前沿方向,教师可以布置学生课余查阅相关文献,形成报告,制作PPT,分组汇报并讨论,从而调动学生自发学习的兴趣。
4考核方式:以课题综述的形式考核
课程设置关系到人才培养的质量。IChemE鼓励发展化学工程科学各分支的全面进步。IChemE认证具体要求被认证院校在化工专业课程设置上既要有深度同时需注重广度。在深度上,可以引进源于该学院科研优势的课程,让学生在某些具体技术领域获得“钻进去”的化工知识,着重培养学生的独立学习能力、开放式思维、分析问题及综合运用所学知识的能力。在广度上,可以引进更多基于该学院科研方向的课程,利用教授的强项开设一些前沿课程,拓宽学生的化工知识面。但无论是核心基础课,还是高层次专业课,课程内容都要不断完善,动态更新。我国的化学工程教育改革也非常强调学科交叉,扩大学生视野,使学生在更高的起点上突破原有知识体系,另辟蹊径,为学生的创新思维打下基础。同时提倡化工课程设置要注意吸收当代国内外化工发展的重大成果,反映化工发展的最新成就,减少陈旧、过时的化工知识。化工教育改革在确定培养目标、设置专业课程时提倡综合考虑几个平衡,即科学教育和工程教育之间的平衡、工程设计和研究项目之间的平衡、课堂教育和工程实践之间的平衡、知识和能力之间的平衡等。而我国传统化工教育则是重书本、轻实践,重知识、轻能力,重科研、轻教学。因此,IChemE国际专业认证工作在国内相关院校的开展,将促使各院校对传统的化工课程结构进行调整,以适应培养具有市场竞争力的合格化学工程师的需求。同时,IChemE严谨的监督工作及动态的认证周期(五年一次)为中国化学工程教育国际化改革的连续性提供保证,使国内的化学工程教育始终与时俱进,面向世界,面向未来。
二、IChemE认证推动教学模式多样化
长期以来,国内的教学都是沿袭前苏联凯洛夫的五环节课堂教学模式,即教师以传授知识为主要目标,认为学生学习是认识真理,不是发现真理,忽视学生智力的开发和能力的提高;只考虑教,不考虑学,学生处于被动地位。IChemE鼓励新颖创新的教学方法,以促进化学工程教育的改进。比如IChemE提倡三类教学模式:诱导式教学(提问式教学):多问开放性问题和反问式问题。让学生在大一第一学期就开始接受开放性问题的挑战,并将这种挑战在整个本科生培养计划中延伸和扩充。启发式教学:多用案例分析和多问“为什么”及“如果不”的问题,也可把真实的工程问题带进课堂,让学生思考和提出解决方案,调动学生学习的积极主动性。以项目为主的教学:学生自我管理,导师提供咨询,培养学生的自学能力、交流沟通能力、团队合作能力和解决问题能力。对学生的评估方法,IChemE更看重学生课外作业和项目作业的完成情况。IChemE提倡根据课程本质,明智地使用不同类型的考试方法,以及书面课外作业、口头报告等组合的评估方法,并在考试、书面课外作业及口头报告中都要而且多包括开放式的、具挑战性的问题。中国素质教育倡导广大教师勇于突破“教师中心”、“课本中心”、“课堂中心”的陈旧模式,采用启发式、开放式、多元化的教学方法积极进行教学研究和教育改革。教学模式应以培养学生能力为中心,尊重学生主体,真正做到因材施教。这样才可能使传统的课堂教学实现本质转变,即变只重学习结果为注重加强学生能力的培养;变教师主宰课堂为以教师为主导,学生为主体,训练为主线;变只重知识传授为同时重视学习过程;变一讲到底为讲学结合。同时,现代化学工程教育提倡建立科学的教育评估模式,为学生个性发展创造有利环境。强调构建复合式、全程性、多元化的考核体系,使课堂教学与课外自学有机结合起来,注意在考评学生学习能力和效果的同时重在提高学生的综合素质。
三、IoChemE认证强化学生的工程设计训练
目前国内高校的工科学生一般都缺少对工程设计和运用综合知识解决问题的重要性的理解,他们一般认为科学比技术更重要,这正是中国传统工程教育不重视工程设计的误区,导致学生缺少工程设计和实践的经历。有的学校即使设置了工程设计和实践教学环节,也大都形式重于内容,很难激发学生主动学习的积极性,达不到工程设计教学的目的和结果。事实上,学生必须在做设计的过程中学习如何将理论知识创造性地应用于解决现实工程问题,并且采取积极的学习态度和通过团队的合作来学会如何做设计。IChemE强调学生的工程设计训练不能仅限于大四的工程设计项目,而是要将工程设计训练深埋于整个本科阶段的培养方案,见诸于相关专业课的课程规划中。比如大一就需要对学生进行工程设计介绍,大二阶段给学生布置简单的质量和能量守衡设计任务,大三进行个体设备设计的训练,大四安排学生完成包括工艺和设备的设计项目。同时,大四设计项目是学生工程设计训练的重中之重。对学生项目的管理要科学有计划,项目评分要控制质量,力求整个专业每组学生的工程设计项目的难易程度相当,以保证评分的一致性。IChemE认证的这些工程设计要求与中国工程教育的国际化改革理念不谋而合。国际化的化学工程教育提倡学生的工程设计训练不要纸上谈兵、脱离工程实际。学生在工厂实习中应多参与生产环节,而不仅仅是走马观花的参观,以加深学生对化学工程的理解,提高他们的动手能力。同时,学校要主动与企业联合,启动合作培训项目,有条件的学校,应建立综合的工程训练中心,锻炼学生的设计和制造能力。IChemE认证在国内的开展,可以成为这些工程教育理念得到系统实施的强大推动力。教师是实施工程教育改革的重要一环,教师素质的高低也直接影响到教改的质量。目前国内高校青年教师普遍存在工程实践经历少、项目设计经验缺乏的情况,因此很难做到联系工程实际问题开展教学,造成在教学时更多的是理论到理论,培养的学生往往缺少解决实际问题的能力。因此,化工教育改革强调在强化学生的工程教育同时,也要注重青年教师的工程实践训练。而IChemE倡导来自企业的会员到高校讲学,或邀请杰出校友和工业界朋友以讲座方式向学生和教师介绍工程技术应用实例,以弥补高校教师工程实践方面的不足,在拓宽学生工程认识视野的同时,也为青年教师提供了工程实际的学习机会。