基于專業認證的過程設備設計課程教學實踐與探

在國際上，工程教育專業認證既是一種通行的質量保障制度，也是實現工程教育國際化和工程師資格國際化認可的必要基石。我國自２００５年以來開始構建工程教育專業認證（以下簡稱專業認證）體系。２０１６年６月２日，國際工程聯盟大會一致同意我國成為《華盛頓協議》正式成員。經過十余年的實踐和努力，我國在專業認證方面取得了巨大的成就。就過程裝備與控制工程專業而言，截至２０１６年底，共計有華東理工大學、北京化工大學、大連理工大學等１１所高校通過專業認證，２０１７年又有中國礦業大學、中國石油大學（華東）、青島科技大學等６所高校進行了專業認證。隨著專業認證工作的進行和深入，專業認證的三個基本理念（“學生為中心”“成果導向”和“持續改進”）也逐漸被我國高校接受并在教學過程中貫徹和落實。
青島科技大學過程裝備與控制工程專業的前身為１９５８年設立的“化工設備與機械”專業。該專業是學校最早設立的本科專業之一，也是山東省率先設立的本科專業，２００７年獲批山東省品牌與特色專業，２０１０年成為國家特色專業。本專業非常重視專業認證工作，經過幾年的準備，于２０１６年１２月提出專業認證申請并獲得通過，２０１７年７月提交專業認證自評報告，２０１７年１１月１９—２２日接受聯合認證小組進校考察并獲得了較高評價，最終順利通過認證，并獲得６年有效期（有條件）。通過專業認證過程，全體教師對專業認證的三大基本理念有了深刻體會?；诔晒麑蚪逃砟畹慕虒W設計所遵循的反向設計原則在一定程度上是對課程導向的教學設計的一種顛覆，涉及每位教學一線教師。
課程建設是基于專業認證培養方案的一個重要環節，需要持續改進。每門課程都需要支撐所對應的畢業要求，依據畢業要求設置教學目標和教學內容，并最終達成支撐。過程設備設計課程是過程裝備與控制工程專業的一門核心專業課程，涉及多個學科，綜合性強、特色鮮明，共６４學時，于第六學期開設。本文以該課程為例，簡要介紹我們為了達到專業認證要求而進行的教學實踐及改革，以供大家參考。
一、課程教學目標的設置
依據畢業要求的指標點分解，過程設備設計課程需支撐以下指標點的達成：１．能夠運用數學、自然科學和過程裝備及控制工程科學的基本原理對解決方案的合理性進行分析和論證；２．能夠根據工程需求，針對過程裝備與控制系統明確設計目標和約束條件；３．能夠考慮社會、健康、安全、法律、文化及環境等因素，針對過程設備、過程機器及其控制系統的復雜工程問題提出解決方案，并進行可行性論證；４．能夠根據特定的約束進行過程設備、過程機器及控制系統的設計，并在設計過程中體現創新意識；５．能夠使用現代信息技術，了解和獲取過程工業中流動、傳熱、分離等裝備及控制領域的理論、技術與產品的最新進展；６．熟悉過程裝備與控制工程專業領域相關的技術標準、知識產權、產業政策和法律法規。
為了有效支撐上述指標點的達成，本課程設置教學目標如下：１．能夠掌握過程設備的特點，熟悉國內外的壓力容器規范與標準及其核心內容，樹立嚴格按照現有國家標準進行壓力容器設計的思想與意識，能進行壓力容器類別的劃分；２．能夠綜合運用數學、工程材料、力學及學科相關基礎知識，針對壓力容器的受壓元件建立力學模型，開展強度、剛度、穩定性分析，提出解決方案，并能綜合考慮材料特性的影響，對解決方案的合理性進行論證；３．能夠針對壓力容器特定工況需求，明確壓力容器的設計目標和約束條件，根據相關標準和規范設計或者選擇滿足工況需求的壓力容器及相關的零部件，并能綜合考慮經濟、安全、環境等因素，分析和優化設計方案，體現創新意識；４．掌握儲罐、傳熱設備、塔設備及反應設備的結構、功能及與之相關的標準、規范和法律，能夠根據工程需求，明確不同類型設備的設計目標和約束條件，并具有設計和評價能力，能在設計過程中綜合考慮社會、安全、法律等非技術因素的影響；５．關注新的壓力容器設計方法及過程設備涉及的新工藝和新理論，具有不斷學習和適應新技術發展及在設計過程中體現創新意識的能力。課程教學目標與畢業要求指標點的支撐關系如圖１所示。

圖１　課程教學目標與畢業要求指標點的支撐關系
二、授課過程中貫徹“以學生為中心”的理念
（一）利用多種教學手段調動學生的學習積極性
過程設備設計課程理論性強，公式推導也比較多，涉及材料力學、化工原理等多門課程知識的綜合應用，內容的工程性也很強。目前的大學生理論基礎偏弱，對一些概念或者理論推導感到抽象和無法理解，且對具體的化工設備或工程技術缺乏感性認識，學習起來比較吃力。為了實現課程教學目標，任課教師對教學方法進行了以下幾方面的改革。
１．充分利用與企業進行產學研合作的便利性，獲取大量典型設備或設備附件的工程圖片，在教學過程中展示給學生，增強學生對過程設備的感性認知。
２．在征得企業同意的前提下，將橫向科研項目中的復雜工程問題作為案例，利用啟發式等教學方式在課堂上與學生一起討論解決方案，培養學生解決復雜工程問題的能力，使其結合實際對解決方法的可行性進行分析和判斷，并讓學生意識到環保與經濟性對方案可行性會產生影響。
３．除了精心制作多媒體課件，還分別在威海匯鑫化工機械有限公司、青島暢隆電力設備有限公司與齊魯石化機械制造有限公司的支持下，錄制了換熱器、攪拌反應器與塔的加工制造過程的教學視頻，讓學生觀看和感受壓力容器制造的全過程，以幫助學生實現對所學知識的融會貫通。
４．考慮到教學課時緊張，逐步增加了學生課下自學內容，鼓勵學生多閱讀與課程相關的資料，逐步提高學生的自學能力和終身學習能力。
（二）充分尊重學生意見，適當調整授課方式及內容
我們采用學生座談及不記名發表意見的方式獲取學生對課程的建議及看法，及時發現教學過程中存在的問題，根據本專業實際情況加以完善和改進。在教學方面，學生希望老師多講一些與工程有關的實例及相關前沿技術，因此我們在授課過程中增加了多個工程實例的相關圖片，使學生對工程問題有了較為全面的認識。在考核方面，學生希望能夠加強過程考核和線上教學，因此我們調整了平時成績的比重及構成，以有效考核學生的知識掌握情況，并于２０１８年利用超星泛雅平臺建成了在線開放課程，方便學生在線下進行學習。依據學生的反饋建議，我們在教學中根據學生學情分析及時調整授課方式和內容，真正貫徹和落實以“學生為中心”的認證理念。
三、調整課程考核方式，強化過程考核
根據專業認證的要求，課程考核需要支撐所有教學目標的達成，這樣才能保證該課程有效支撐其對應的畢業要求指標點。２０１４年以前，過程設備設計課程采用期末閉卷考試成績作為學生的總成績，雖然教師記錄了學生的課堂表現和平時表現，但是這部分不計入總成績。為了有效實現課程教學目標并達到專業認證要求，我們努力尋求合理、有效的考核方式，對中國石油大學、常州大學等進行了調研，并分別對遼寧工業大學、江南大學、浙江大學及中國石油大學該課程的考核方法進行了分析，制定了新的考核方式。
考核采用“過程考核＋期末閉卷考試”的方式。２０１５ 年，考核過程中增加了平時成績（２０％），從原來的課堂互動和２次課后作業改為１次主題討論大作業，內容為國內外壓力容器標準發展歷史，教師采用尺規表法判定大作業的成績。２０１５—２０１６學年，我們將平時成績的占比提高到３０％，平時考核會布置２次大作業，共占總成績的２０％。教學中通過對國內外壓力容器標準規范的綜合評價及對過程設備相關前沿技術的論述來支撐課程目標１和５，效果非常好。另外，課堂互動和學習主動性評價占總成績的１０％，為量化評分標準。教師采用不同標記來記錄學生課堂表現，如“＊”表示學習主動性，紅色表示主動性高、課堂表現好，黑色則表示幾乎沒有互動、課堂表現差。期末考試成績占總成績的７０％，我們采用多種題型來支撐課程目標的實現。
四、通過總結與交流，推動課程建設持續發展
盡管對工程教育專業認證理念的認識不斷深入，但我們仍需要不斷查找不足，并尋找解決之道，最終實現課程教學的持續改進。過程設備設計教學過程中主要采用以下幾種途徑來實現持續改進。
１．學校要求進行試卷分析和課程分析，包括課程教學、學生能力培養和教學改革等方面。我們通過卷面成績和學生的學情分析判斷試卷的難易程度，同時對考核內容進行分析，考察其對課程目標的支撐和覆蓋情況，并通過成績的計算考察每個指標點的達成情況。“達成度”針對課程體系評價，用于對課程體系設計和課程教學進行持續改進。課程達成度分為支撐證據達成度和教學目標達成度。支撐證據達成度為學生成績平均值與該教學活動理論值之比。支撐證據分為兩部分，支撐證據１為試卷內容達成度的計算，支撐證據２為平時成績達成度的計算。學生成績平均值為當年相關專業所有學生成績的平均值，理論值為該教學活動針對某指標點的滿分值。教學目標達成度為“支撐證據１達成度×所占比例＋支撐證據２達成度×所占比例”。
教師通過試卷分析可以得到學生對知識點的掌握情況，從而改進下學期的教學；通過課程教學分析可以得到學生能力培養情況，以便找到教學過程中的不足，并對教學方式及考核方式進行改革。
２．學校建立了校、院等多級督導體系，通過督導聽課及學生期末評教發現課程教學的優勢和不足，并制定相應的改進措施。
３．２０１６年，學校邀請中國石油大學、山東科技大學等高校的相關教師舉辦了課程研討會，就新工科背景下如何有效完成課程教學及校校聯合進行課程改革研究等諸多問題進行了交流，取得了不錯的效果。
五、結束語
結合本專業的工程教育專業認證，過程設備設計授課教師近年來針對教學大綱、教學方式及考核方式等進行了改革，并取得了一些成果。在與應屆畢業生及已畢業校友座談時，多名學生評價本課程為大學期間最喜歡的課程，學到的知識也最實用。督導專家反饋任課教師“講課有激情，課堂互動效果好”，主講教師段振亞教授獲得２０１４—２０１６年度青島科技大學校級教學效果一等獎。結合現代教學的發展趨勢，我們于２０１６年獲得了學校第一批在線課堂教改項目立項支持，目前在線課程已對２０１５級本科生開放。但正如工程教育專業認證所提倡的“持續改進”，我們仍然有很多改進工作要做。如何結合新時代帶來的學情變化和科技變化，有效地實現課程教學目標，對保證畢業生達到本專業的畢業要求具有重要的意義。