论文部分内容阅读
摘 要：探讨了教学团队建设、教学模式改革、课程资源建设等在学生工程能力达成中的支撑作用，重点阐述了提高学生解决复杂工程问题能力的多课程协同案例教学法和基于工程项目的设计类课程体系的实施策略。
关键词：化工专业；教学平台；能力达成；课程建设；课程资源；教学模式；双一流
人才培养是大学的首要职能，离开了人才培养，大学则无所谓大学。“双一流”建设最重要的是一流本科建设[1]，一流本科教育是“双一流”建设的重要内涵[2]。一流的本科教育意味着一流的人才培养质量，人才培养质量的高低在很大程度上是通过毕业生的能力达成度体现的。在影响学生能力达成的诸要素中，课程建设质量是最基本、最主要的要素。因为课程是人才培养过程中最基本的单元，是各类教学活动得以组织、实施的载体；任何形式的教育教学改革大多都有具体的某一课程来保证学生的能力达成。因此，建设一流的本科教育必须有一流的课程作为有力的支撑和保障。
化工类专业是通用型过程工程专业，也是与高新科技密切相关的工科专业。科技的日新月异、人们对化工产品需求的多元化以及化工过程的复杂性，要求化工专业的学生应具备较高的工程实践能力、创新能力，特别是解决复杂工程问题的能力，但传统教学方法和教学资源等的局限性造成学生的能力达成度普遍较低。为提升学生的工程能力，我校的化学工程与工艺专业以学生能力达成为导向，以课程建设为载体，将搭建优质教学平台作为提高人才培养质量的核心任务，在课程团队建设、教学模式改革和课程资源建设等方面取得了显著成效。
一、以教育教学素养提升为抓手，建设优质教学团队
一流大学是一流教师和学生的共同体[3]，教师教育教学素养的优劣关系到学生能力达成度的高低。在长期的专业建设中，化学工程与工艺专业传承优良历史传统，高度重视教师教育教学素养的提升。在课程团队建设中，充分利用国家火炬计划重点高新技术企业石大科技、石大胜华等校办企业的人力资源，将校办企业的专家纳入专业教师队伍。依托校企双方的良好合作基础，坚持选派教师深入企业进行不少于半年的实践锻炼，丰富现场实践知识。按照校企双方“需求导向、分类指导、协同创新、深度融合”的基本原则，通过系列的内外结合、优势互补的工作策略，建立了完善的校企协同培养机制。激励企业教师全程参与实践教学环节和理论课程部分内容的讲授，弥补校内教师队伍工程能力弱化的不足，为学生工程实践能力的培养提供了有效保障。
每个课程团队都确立了课程负责人领导下的课程团队建设目标，在团队建设中关注团队成员的年龄梯度、学缘结构、学历结构和专业特长。以青年教师培养为重点，构建了“以理论学习与实践锻炼相结合、过关考核与后续提升相结合为原则，以助教锻炼、试讲过关、工程实践培训、团队帮扶、团队跟踪为过程，以提升教育教学素养为目标”的青年教师培养体系。充分发挥老教师的引领示范作用，帮助青年教师站上讲台、站好讲台、站稳讲台。
通过责任人、校企团队成员协同发展、优势互补的教学团队建设模式，提升了教学团队的教育教学素养。目前，已建成“化学工程实践教学团队”等山东省优秀教学团队和“石油炼制工程”等全国石油与化工行业优秀教学团队。优质教学团队的建立为学生各种能力的达成提供了保障。
二、以能力达成为导向，构建优质的课程教学模式
人才培养的核心环节是教学过程[4]。教育教学方法是培养高质量人才的关键，深化本科教育教学改革可以为“双一流”建设营造良好的学术生态环境[2]，助推学生的能力达成。各课程的教学团队践行以学生为中心的教学理念，以学生能力培养为目标，注重学思结合、知行统一、因材施教，针对教学环节和课程性质的差异，全面开展课程教学模式改革，全方位调动学生的学习积极性和主动性，引导学生积极思考、主动探究。
1.理论课程
课堂理论教学是学生获取知识、培养能力的重要环节，科学的教学方法能够充分调动学生学习的主动性，达到事半功倍的作用。本专业以学生为中心，采用协同案例教学法和研究性教学法，提升学生解决复杂工程问题的能力和创新能力。
（1）协同案例教学法。传统的案例式教学法对培养学生的自主学习能力和工程实践能力具有很好的作用，但传统的案例教学大多以知识点为引导，不同课程采用不同的工程案例，学生接受的是某一案例内含的孤立知识点，导致专业知识体系的碎片化，使得学生解决复杂工程问题的能力显著不足。为解决传统案例教学法的局限性，设计了以工程项目引导的协同案例教学法。该教学法是将专业核心基础课和专业课统一规划，在不同课程中采用同一工程案例，讲解这一案例中在所授课程的知识点。图1介绍了协同案例教学法的设计思路，图2显示了其中的一个教学案例。
为实现多课程协同案例教学法，以省级联合精品课程建设为契机，共建专业核心课程联合资源，设计“协同案例”，建立协同案例库，使学生在协同案例中运用不同课程中所学的知识点解决化工过程的复杂问题，由此强化他们的工程概念，认识工艺过程的复杂性，并逐步提升解决复杂工程问题的能力。此外，通过网络课程资源拓展课堂教学内容，在对网络资源的使用过程中提升学生的自主學习能力和终身学习能力。协同案例教学法的实施和多课程网络联合资源的建立，避免了单一课程资源和基于孤立知识点的案例教学导致学生解决复杂工程问题能力差的现象。
（2）研究性教学法。提升创新能力，需要在教学方法上以教学相长的研究式替代灌输式，学习方法上则以复制、记忆为主转向以研究、创新为主。在每门课程中，使学生充分意识和体验到自己在教学活动中的主体地位。教师在授课过程中注意引导学生去探究问题，创设情景，将知识鲜活化，鼓励学生带着疑问去搜寻资料、查找答案，在探究问题的过程中加深对基本概念与基本理论的认识和理解，掌握问题的深层次内涵。在充分调研的基础上，针对创设问题的特点，学生以个人或团队的形式完成调研报告，或进行课堂展示。有些知识点可以开展课堂讨论，在讨论过程中激励学生以所学理论为基础，进行发散和创新思考，在课堂上教师尽自己所能培养学生的创新意识，提升其创新能力。 此外，学校鼓励教师根据自己的科研方向和学生的个人需求，让学生参与自己的科研课题中；并设立校级研究性课程教改项目，建立了33个现代化的多媒体研讨型教室，在教学楼内设置了无线网、打印机、电子阅览器等。诸多措施的实施为研究性教学的开展提供了有力支撑。
2.实践课程
实践教学是理论教学的延续、扩展和深化，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台，是培养高素质创新工程人才的重要环节[5]。因此，构建科学的实践教学模式对于提升学生解决复杂工程问题的能力和创新能力尤为重要。
（1）设计类课程。构建了CDIO视阈下设计类课程协同教学模式，提升学生的工程设计能力和解决复杂工程问题的能力。以工程设计类核心课程及相关基础课、实践课为基础，以化工过程实验大赛、化工设计大赛和化工安全设计大赛等为抓手，打通化工原理课程设计、化工设计和毕业设计，建立了点面结合、长程统一、团队协作的工程设计教学体系，使学生在培养期内针对一个工程项目展开构思、设计、实现和运行，实施路径图见图3。
设计类课程协同教学的模式实现了阶段设计与毕业设计的有效结合，加强了设计内容的系统性、综合性和规范性，设计深度由初步设计阶段拓展到施工图设计阶段；在任务实施过程中校企教师协同教学，学生则采用团队协作。因为在培养期内基于同一个工程项目，开展设备设计、工艺方案设计、配管设计、能量和环境评价等，最终完成对一套生产装置的初步设计，所以该教学模式不仅培养了学生的工程设计能力和团队协作精神，而且提升了他们解决复杂工程问题的能力。由此，基于工程项目，点面结合、长程统一的设计类课程体系的构建，避免了阶段设计和工艺过程脱节，将知识孤立和碎片化，造成学生发现和综合分析问题能力差和工程设计能力弱化的现象。
（2）生产实习。在长期的探索和研究过程中，建立了基于任务的校内沙盘观摩—企业现场实习—校内模拟仿真—中试装置实训“四位一体”的阶段化、递进式的生产实习教学模式。每个环节在实施过程中都设定任务，由学生独立或协作完成。学生在现场实习过程中，校企教师协同指导，企业教师关注现场工艺，且给学生布置来自现场的实际问题，学生可独立或团队合作完成；校内教师给予理论指导；在指导教师中除了化工工艺的教师，还选派了一名过程装备与控制工程的教师，给予学生在设备方面的指导。为增强实习环节的时效性，加大过程监控，考核方式采用班组问题式互查、教师现场阶段考核和最终考核等多元化方式。最终依托基于任务的“四位一体”的生产实习教学体系和多元化的考核模式，强化了学生的工程实践能力，解决了过去实践教学模式和考核模式单一导致生产实习时效性差的问题。
课程的教学模式改革，激发了学生的学习热情，显著提升了他们解决复杂工程问题的能力、工程实践能力和创新能力。在2011—2016年间的全国化工设计大赛中，每届学生都获得大赛特等奖或一等奖；在历届全国化工安全设计大赛中获得第一名或金奖，在2015年全国挑战杯大赛中获得二等奖。
三、以強化学生能力达成为目标，建设优质教学资源
1.理论课程资源
教材是课程资源建设的主要载体和重要因素，高素质工程人才的培养离不开优秀教材。学校鼓励以课程团队为单位，积极组织力量编写反映专业特色的教材。目前化学工程与工艺专业已出版了以《石油炼制工程》为核心的系列教材，具备了完整的从理论到实践的教材体系，为专业的特色发展和学生的特色培养奠立了坚实的基础。
信息技术的发展为学生提供了更加开放的学习环境，学生的学习不再受时间和空间限制。因此，课程网络资源建设对于实现信息技术和教学的深度融合非常关键。目前，专业必修课都建有课程网站，网站中除提供了教材、教学大纲、课件、作业、教学录像等基本资源外，还建设了案例库、专题讲座、现场工艺实景等拓展资源。
2.实践教学资源
在实践教学环节中，坚持“以实为体、以虚强实、能实不虚、虚实结合”的原则，按照“校内训练工程化、工程训练综合化、抽象原理具体化、危险实习安全化”的思路，强化仿真实验中心和工程训练中心的建设。其中，仿真实验中心依托虚拟现实、仿真装备与多媒体技术，融合多种互动硬件与数据库，可以对石油化工工艺流程的各个真实环节进行模拟仿真，将不可视的场景形成安全操作的二维或三维虚拟场景，实现对作业岗位职能及工艺的可视化模拟。同时，采用实物仿真装备和实训软件的混合体系架构，将石油化工装备按一定比例制作，具备真实装备所具有的相关结构、功能，通过学生亲身操作和虚拟软件过程功能的系统控制，实现操作者与仿真装备、实验系统的有效真实互动。现在，仿真实验中心已建立了石油化工工艺、单元操作、工程设计和现场实践等四个虚拟仿真实验实训教学模块。此外，通过与实习基地的通力合作，学生可以在企业完成为期四周的现场实习任务，在实习过程中学生与企业职工遵循相同的作息制度，期间可以深入装置爬塔器、跑流程。
经过多年的努力，化学工程与工艺专业建成了国家级“化工和过程装备虚拟仿真实验中心”和国家级“中国石化齐鲁石油化工公司工程实践教育中心”。两个中心在人才培养中的优势凸显，不仅满足我校学生的实习和实验需求，还为香港科技大学、华东理工大学、中国石油大学（北京）等高校的学生提供了实习和实验场所，为强化学生的工程实践能力和解决复杂工程问题的能力提供了强有力的支撑。
参考文献：
[1] 潘懋元. 建设一流本科 全面统筹推进[J]. 中国大学教学，2016（6）：4-5.
[2] 钟秉林，方芳. 一流本科教育是“双一流”建设的重要内涵[J]. 中国大学教学，2016（4）：4-8.
[3] 胡海岩. 三把“尺子”丈量“一流”[J]. 中国高等教育，2017（3）：15-17.
[4] 洪大用. 在“双一流”建设中大力加强本科人才培养[J]. 中国大学教学，2016（4）：9-16.
[5] 李艳霞，张红光，刘中良，等. 构建新能源科学与工程专业开放性实践教学体系[J]. 实验技术与管理，2014，31（2）：151-153.
[责任编辑：余大品]
关键词：化工专业；教学平台；能力达成；课程建设；课程资源；教学模式；双一流
人才培养是大学的首要职能，离开了人才培养，大学则无所谓大学。“双一流”建设最重要的是一流本科建设[1]，一流本科教育是“双一流”建设的重要内涵[2]。一流的本科教育意味着一流的人才培养质量，人才培养质量的高低在很大程度上是通过毕业生的能力达成度体现的。在影响学生能力达成的诸要素中，课程建设质量是最基本、最主要的要素。因为课程是人才培养过程中最基本的单元，是各类教学活动得以组织、实施的载体；任何形式的教育教学改革大多都有具体的某一课程来保证学生的能力达成。因此，建设一流的本科教育必须有一流的课程作为有力的支撑和保障。
化工类专业是通用型过程工程专业，也是与高新科技密切相关的工科专业。科技的日新月异、人们对化工产品需求的多元化以及化工过程的复杂性，要求化工专业的学生应具备较高的工程实践能力、创新能力，特别是解决复杂工程问题的能力，但传统教学方法和教学资源等的局限性造成学生的能力达成度普遍较低。为提升学生的工程能力，我校的化学工程与工艺专业以学生能力达成为导向，以课程建设为载体，将搭建优质教学平台作为提高人才培养质量的核心任务，在课程团队建设、教学模式改革和课程资源建设等方面取得了显著成效。
一、以教育教学素养提升为抓手，建设优质教学团队
一流大学是一流教师和学生的共同体[3]，教师教育教学素养的优劣关系到学生能力达成度的高低。在长期的专业建设中，化学工程与工艺专业传承优良历史传统，高度重视教师教育教学素养的提升。在课程团队建设中，充分利用国家火炬计划重点高新技术企业石大科技、石大胜华等校办企业的人力资源，将校办企业的专家纳入专业教师队伍。依托校企双方的良好合作基础，坚持选派教师深入企业进行不少于半年的实践锻炼，丰富现场实践知识。按照校企双方“需求导向、分类指导、协同创新、深度融合”的基本原则，通过系列的内外结合、优势互补的工作策略，建立了完善的校企协同培养机制。激励企业教师全程参与实践教学环节和理论课程部分内容的讲授，弥补校内教师队伍工程能力弱化的不足，为学生工程实践能力的培养提供了有效保障。
每个课程团队都确立了课程负责人领导下的课程团队建设目标，在团队建设中关注团队成员的年龄梯度、学缘结构、学历结构和专业特长。以青年教师培养为重点，构建了“以理论学习与实践锻炼相结合、过关考核与后续提升相结合为原则，以助教锻炼、试讲过关、工程实践培训、团队帮扶、团队跟踪为过程，以提升教育教学素养为目标”的青年教师培养体系。充分发挥老教师的引领示范作用，帮助青年教师站上讲台、站好讲台、站稳讲台。
通过责任人、校企团队成员协同发展、优势互补的教学团队建设模式，提升了教学团队的教育教学素养。目前，已建成“化学工程实践教学团队”等山东省优秀教学团队和“石油炼制工程”等全国石油与化工行业优秀教学团队。优质教学团队的建立为学生各种能力的达成提供了保障。
二、以能力达成为导向，构建优质的课程教学模式
人才培养的核心环节是教学过程[4]。教育教学方法是培养高质量人才的关键，深化本科教育教学改革可以为“双一流”建设营造良好的学术生态环境[2]，助推学生的能力达成。各课程的教学团队践行以学生为中心的教学理念，以学生能力培养为目标，注重学思结合、知行统一、因材施教，针对教学环节和课程性质的差异，全面开展课程教学模式改革，全方位调动学生的学习积极性和主动性，引导学生积极思考、主动探究。
1.理论课程
课堂理论教学是学生获取知识、培养能力的重要环节，科学的教学方法能够充分调动学生学习的主动性，达到事半功倍的作用。本专业以学生为中心，采用协同案例教学法和研究性教学法，提升学生解决复杂工程问题的能力和创新能力。
（1）协同案例教学法。传统的案例式教学法对培养学生的自主学习能力和工程实践能力具有很好的作用，但传统的案例教学大多以知识点为引导，不同课程采用不同的工程案例，学生接受的是某一案例内含的孤立知识点，导致专业知识体系的碎片化，使得学生解决复杂工程问题的能力显著不足。为解决传统案例教学法的局限性，设计了以工程项目引导的协同案例教学法。该教学法是将专业核心基础课和专业课统一规划，在不同课程中采用同一工程案例，讲解这一案例中在所授课程的知识点。图1介绍了协同案例教学法的设计思路，图2显示了其中的一个教学案例。
为实现多课程协同案例教学法，以省级联合精品课程建设为契机，共建专业核心课程联合资源，设计“协同案例”，建立协同案例库，使学生在协同案例中运用不同课程中所学的知识点解决化工过程的复杂问题，由此强化他们的工程概念，认识工艺过程的复杂性，并逐步提升解决复杂工程问题的能力。此外，通过网络课程资源拓展课堂教学内容，在对网络资源的使用过程中提升学生的自主學习能力和终身学习能力。协同案例教学法的实施和多课程网络联合资源的建立，避免了单一课程资源和基于孤立知识点的案例教学导致学生解决复杂工程问题能力差的现象。
（2）研究性教学法。提升创新能力，需要在教学方法上以教学相长的研究式替代灌输式，学习方法上则以复制、记忆为主转向以研究、创新为主。在每门课程中，使学生充分意识和体验到自己在教学活动中的主体地位。教师在授课过程中注意引导学生去探究问题，创设情景，将知识鲜活化，鼓励学生带着疑问去搜寻资料、查找答案，在探究问题的过程中加深对基本概念与基本理论的认识和理解，掌握问题的深层次内涵。在充分调研的基础上，针对创设问题的特点，学生以个人或团队的形式完成调研报告，或进行课堂展示。有些知识点可以开展课堂讨论，在讨论过程中激励学生以所学理论为基础，进行发散和创新思考，在课堂上教师尽自己所能培养学生的创新意识，提升其创新能力。 此外，学校鼓励教师根据自己的科研方向和学生的个人需求，让学生参与自己的科研课题中；并设立校级研究性课程教改项目，建立了33个现代化的多媒体研讨型教室，在教学楼内设置了无线网、打印机、电子阅览器等。诸多措施的实施为研究性教学的开展提供了有力支撑。
2.实践课程
实践教学是理论教学的延续、扩展和深化，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台，是培养高素质创新工程人才的重要环节[5]。因此，构建科学的实践教学模式对于提升学生解决复杂工程问题的能力和创新能力尤为重要。
（1）设计类课程。构建了CDIO视阈下设计类课程协同教学模式，提升学生的工程设计能力和解决复杂工程问题的能力。以工程设计类核心课程及相关基础课、实践课为基础，以化工过程实验大赛、化工设计大赛和化工安全设计大赛等为抓手，打通化工原理课程设计、化工设计和毕业设计，建立了点面结合、长程统一、团队协作的工程设计教学体系，使学生在培养期内针对一个工程项目展开构思、设计、实现和运行，实施路径图见图3。
设计类课程协同教学的模式实现了阶段设计与毕业设计的有效结合，加强了设计内容的系统性、综合性和规范性，设计深度由初步设计阶段拓展到施工图设计阶段；在任务实施过程中校企教师协同教学，学生则采用团队协作。因为在培养期内基于同一个工程项目，开展设备设计、工艺方案设计、配管设计、能量和环境评价等，最终完成对一套生产装置的初步设计，所以该教学模式不仅培养了学生的工程设计能力和团队协作精神，而且提升了他们解决复杂工程问题的能力。由此，基于工程项目，点面结合、长程统一的设计类课程体系的构建，避免了阶段设计和工艺过程脱节，将知识孤立和碎片化，造成学生发现和综合分析问题能力差和工程设计能力弱化的现象。
（2）生产实习。在长期的探索和研究过程中，建立了基于任务的校内沙盘观摩—企业现场实习—校内模拟仿真—中试装置实训“四位一体”的阶段化、递进式的生产实习教学模式。每个环节在实施过程中都设定任务，由学生独立或协作完成。学生在现场实习过程中，校企教师协同指导，企业教师关注现场工艺，且给学生布置来自现场的实际问题，学生可独立或团队合作完成；校内教师给予理论指导；在指导教师中除了化工工艺的教师，还选派了一名过程装备与控制工程的教师，给予学生在设备方面的指导。为增强实习环节的时效性，加大过程监控，考核方式采用班组问题式互查、教师现场阶段考核和最终考核等多元化方式。最终依托基于任务的“四位一体”的生产实习教学体系和多元化的考核模式，强化了学生的工程实践能力，解决了过去实践教学模式和考核模式单一导致生产实习时效性差的问题。
课程的教学模式改革，激发了学生的学习热情，显著提升了他们解决复杂工程问题的能力、工程实践能力和创新能力。在2011—2016年间的全国化工设计大赛中，每届学生都获得大赛特等奖或一等奖；在历届全国化工安全设计大赛中获得第一名或金奖，在2015年全国挑战杯大赛中获得二等奖。
三、以強化学生能力达成为目标，建设优质教学资源
1.理论课程资源
教材是课程资源建设的主要载体和重要因素，高素质工程人才的培养离不开优秀教材。学校鼓励以课程团队为单位，积极组织力量编写反映专业特色的教材。目前化学工程与工艺专业已出版了以《石油炼制工程》为核心的系列教材，具备了完整的从理论到实践的教材体系，为专业的特色发展和学生的特色培养奠立了坚实的基础。
信息技术的发展为学生提供了更加开放的学习环境，学生的学习不再受时间和空间限制。因此，课程网络资源建设对于实现信息技术和教学的深度融合非常关键。目前，专业必修课都建有课程网站，网站中除提供了教材、教学大纲、课件、作业、教学录像等基本资源外，还建设了案例库、专题讲座、现场工艺实景等拓展资源。
2.实践教学资源
在实践教学环节中，坚持“以实为体、以虚强实、能实不虚、虚实结合”的原则，按照“校内训练工程化、工程训练综合化、抽象原理具体化、危险实习安全化”的思路，强化仿真实验中心和工程训练中心的建设。其中，仿真实验中心依托虚拟现实、仿真装备与多媒体技术，融合多种互动硬件与数据库，可以对石油化工工艺流程的各个真实环节进行模拟仿真，将不可视的场景形成安全操作的二维或三维虚拟场景，实现对作业岗位职能及工艺的可视化模拟。同时，采用实物仿真装备和实训软件的混合体系架构，将石油化工装备按一定比例制作，具备真实装备所具有的相关结构、功能，通过学生亲身操作和虚拟软件过程功能的系统控制，实现操作者与仿真装备、实验系统的有效真实互动。现在，仿真实验中心已建立了石油化工工艺、单元操作、工程设计和现场实践等四个虚拟仿真实验实训教学模块。此外，通过与实习基地的通力合作，学生可以在企业完成为期四周的现场实习任务，在实习过程中学生与企业职工遵循相同的作息制度，期间可以深入装置爬塔器、跑流程。
经过多年的努力，化学工程与工艺专业建成了国家级“化工和过程装备虚拟仿真实验中心”和国家级“中国石化齐鲁石油化工公司工程实践教育中心”。两个中心在人才培养中的优势凸显，不仅满足我校学生的实习和实验需求，还为香港科技大学、华东理工大学、中国石油大学（北京）等高校的学生提供了实习和实验场所，为强化学生的工程实践能力和解决复杂工程问题的能力提供了强有力的支撑。
参考文献：
[1] 潘懋元. 建设一流本科 全面统筹推进[J]. 中国大学教学，2016（6）：4-5.
[2] 钟秉林，方芳. 一流本科教育是“双一流”建设的重要内涵[J]. 中国大学教学，2016（4）：4-8.
[3] 胡海岩. 三把“尺子”丈量“一流”[J]. 中国高等教育，2017（3）：15-17.
[4] 洪大用. 在“双一流”建设中大力加强本科人才培养[J]. 中国大学教学，2016（4）：9-16.
[5] 李艳霞，张红光，刘中良，等. 构建新能源科学与工程专业开放性实践教学体系[J]. 实验技术与管理，2014，31（2）：151-153.
[责任编辑：余大品]