蘭雄雕

“新工科”背景下融合OBE理念的“化工熱力學”工程觀念培養(yǎng)

蘭雄雕1,2

（1.廣西民族大學，廣西 南寧 530006；2.廣西高?；瘜W與生物轉(zhuǎn)化過程新技術重點實驗室，廣西 南寧 530006）

“新工科”建設是在新工業(yè)革命形式下進行的工程教育戰(zhàn)略行動，旨在培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型工程科技人才。文章根據(jù)“新工科”建設的要求，在“化工熱力學”教學中引入“成果導向教育（OBE）”理念，調(diào)動學生學習主體意識，激發(fā)學習興趣，從而強化學生的工程觀念，提高其實踐能力。

新工科；OBE理念；化工熱力學；工程觀念

引言

近年來，隨著新時代產(chǎn)業(yè)結(jié)構和布局的深度調(diào)整，世界范圍內(nèi)新一輪的新科技革命和新產(chǎn)業(yè)正在崛起[1]?；ば袠I(yè)作為新知識和新技術工業(yè)，也面臨著巨大挑戰(zhàn)。為滿足國家戰(zhàn)略發(fā)展需求，“十三五”以來，我國積極推進“新工科”建設，圍繞產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈，重塑工程教育，探索中國工科建設新模式，形成深度融合的共建共享大格局[2]。廣西民族大學以“新工科”建設為主題進行了工程教育改革，十分注重化工專業(yè)學生的工程能力培養(yǎng)。

成果導向教育（Outcome-Based Education，OBE）是一種以學生學習成果為導向的教育理念，要求教師明確學生畢業(yè)時應達到的能力及其水平，確定其必須取得的學習成果，然后通過設計教學活動，使其達到預期目標。同時，OBE還要求教師對學生學習效果進行分析，反向優(yōu)化教學過程以及相關評價機制[3]。

“化工熱力學”是廣西民族大學化學工程與工藝專業(yè)的一門核心課程，涉及物理化學、化工原理、高數(shù)等多門學科，綜合性強，與生產(chǎn)實際結(jié)合緊密?；どa(chǎn)過程中一些物質(zhì)的熱力學參數(shù)的計算和預測、物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換、能量利用及損耗等實際問題，需要依靠化工熱力學理論指導下的工程化方法來解決[4]。因此，在“化工熱力學”教學過程中加入OBE教育理念，不斷強化學生工程觀念，從而提高學生解決工程問題的能力，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 OBE教育

OBE教育于1981年由Spandy等人提出，區(qū)別于傳統(tǒng)的教育理念，其內(nèi)涵是：根據(jù)最終學習目標，進行課程設計，開展各種形式的教學活動，核心問題主要包括：目標、需求、過程、評價和改進，即要明確“學生應該取得哪些學習成果”“為什么要取得這些學習成果”“如何幫助學生取得這些學習成果”“如何評價學生是否已經(jīng)取得這些學習成果”以及“如何讓學生更有效地取得這些學習成果”。由此可見，OBE教學注重學生中心地位，根據(jù)學習成果，采用合適的手段幫助學生有效地學習，實現(xiàn)教學與學習過程的持續(xù)性改進。美國工程教育認證協(xié)會完全接受并采納OBE教育，將其融入工程教育認證標準中。目前，OBE教育已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。2013年，我國加入了《華盛段協(xié)議》，將“學生中心、結(jié)果導向、持續(xù)改進”的OBE教育理念引入國內(nèi)高校工程教育的改革中[4]。

2 化工專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題

隨著全球科技水平的快速發(fā)展，化工生產(chǎn)過程中的工程問題范疇不斷擴大，行業(yè)對化工專業(yè)人才的要求也發(fā)生了變化，不僅要具備精深的專業(yè)知識儲備，還要具備工程觀念，能夠?qū)ιa(chǎn)過程進行經(jīng)濟、環(huán)境、管理、質(zhì)量分析，解決實際問題[5]。這就要求未來化工人才的培養(yǎng)模式需要在已取得的成果基礎上進行繼承和創(chuàng)新，結(jié)合當前關鍵核心技術的跨學科特點，注重學科之間的交叉與融合。此外，利用大數(shù)據(jù)時代的特點，加強不同國家之間的合作互補，引入先進的現(xiàn)代化教學理念，推進化工優(yōu)質(zhì)教育資源共建，實現(xiàn)共同發(fā)展。

目前，國內(nèi)化工專業(yè)學生培養(yǎng)過程中，各高校通常會根據(jù)自身學科專業(yè)的特點、當?shù)仄髽I(yè)需求和現(xiàn)有教育硬件設備條件進行教學活動。實踐教學資源較為短缺，學生實踐鍛煉的機會較少，對工程實施過程的了解局限于課本中，導致工程觀念薄弱，專業(yè)特色并不突出，畢業(yè)后無法快速適應工作，不利于職業(yè)發(fā)展。當前的這些問題要求學校在化工專業(yè)人才教育過程中，除了要進行專業(yè)知識的學習，還要加強學生工程觀念的培養(yǎng)，從而使學生能夠?qū)⒗碚撝R與工程實際聯(lián)系起來，通過對工程目標進行觀察、了解和認識，從工程角度出發(fā)，改善生產(chǎn)過程[6]。

3 《化工熱力學》教學中工程觀念培養(yǎng)

3.1 《化工熱力學》課堂教學

在高校中，知識傳授的基本途徑是課堂教學。“化工熱力學”以熱力學基本原理為基礎，融入了工程學、化學、數(shù)學等知識，是一門公認的難學課程，教師在教學過程中遇到的難題會隨著科學技術的發(fā)展變得越來越多。因此，教師需要結(jié)合學生學習情況，在進行教學前需要對所涉及學科之間的關聯(lián)進行全面分析，將這些學科的不同知識點巧妙結(jié)合，努力實現(xiàn)高效課堂教學。

3.1.1 OBE教學理念的融入

OBE教學的核心思想是“以學生為中心，以學生應具備的能力為導向”。學生的能力是“新工科”建設的核心內(nèi)容。將OBE理念融入“化工熱力學”教學，就是要求教師要以學生為中心，改變傳統(tǒng)教學過程中的“知識本位”觀念，將學習的任務交給學生，鼓勵學生提出問題，并通過合作的方式進行問題的分析與解決。教師在此過程中的任務主要是組織教學活動，激發(fā)學生的學習興趣，對學習過程進行整體把控，適時提供指導，引導學生發(fā)現(xiàn)解決問題的思路，掌握學習方法和思維方法；要善于發(fā)現(xiàn)學生的進步，鼓勵學生，提高其自信心；機智地形成思維碰撞，引導學生提出不同意見，培養(yǎng)其表達能力。此外，教師要不斷學習新技能，提升自身的理論素養(yǎng)和實踐能力，靈活教學，拓展課堂教學，在教學中引導學生，提升其學習興趣。

3.1.2 教學模式

基于OBE理念，在“化工熱力學”課堂教學中，教師和學生的地位和角色發(fā)生轉(zhuǎn)變。教師在進行理論知識講授時，可采用現(xiàn)代化信息技術，充分利用互聯(lián)網(wǎng)上的教學資源，使教學活動得到延伸和擴展，實現(xiàn)“數(shù)字化、網(wǎng)絡化和多元化”教學。此外，教師根據(jù)教學知識點，引入工程實踐應用，并創(chuàng)設一定難度的問題，引導學生利用網(wǎng)絡資源，進行合作探究，將時間還給學生，讓學生盡情發(fā)揮，分工合作，發(fā)現(xiàn)解決問題的方法和思路，將所學知識融會貫通，發(fā)掘潛能。學生完成老師布置的任務后，將最終的結(jié)果進行展示，共同進行評價。教師組織進行這種半開放式的教學活動，讓學生成為學習的主人，幫助學生發(fā)現(xiàn)所學知識的實際意義，營造積極的學習氛圍，實現(xiàn)教與學的共同發(fā)展。

3.2 工程觀念引入

“新工科”建設對工科專業(yè)的教育發(fā)展影響深遠，國內(nèi)工科院校要加快培養(yǎng)卓越工程人才的步伐，促進行業(yè)的建設，為國家的發(fā)展提供強有力的人才支撐。

熱力學是研究物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的一門學科?！盎崃W”以熱力學第一、第二定律為基礎，對實際化工過程進行相關熱力學模型研究，是化工生產(chǎn)理論分析的依據(jù)，在化工過程的開發(fā)和設計中起到十分重要的作用。但是，該課程概念抽象、晦澀難懂，傳統(tǒng)的教學方式無法在短暫的課堂教學中將化學、工程學等相關知識進行有效傳授。根據(jù)OBE教育理念的核心思想，教師要針對學生的畢業(yè)要求指標點進行分解，然后在教學過程中介紹相應知識點在化工工程中的應用，強化學生工程意識[7]。

第二章主要學習“流體的p-V-T關系”的知識。任何一種物質(zhì)的性質(zhì)都與其所處的溫度、壓力有關，影響著其在生產(chǎn)中的應用。在講授超臨界流體時，可介紹實際生產(chǎn)的超臨界萃取技術的應用，通過查閱科研文獻資料及觀看生產(chǎn)視頻，使學生對課程的理解以及應用能力得到提升。第三章及第四章講授流體熱力學性質(zhì)的計算。工程上最常用的熱力學性質(zhì)，除了易測的溫度、壓力、體積，還包括難測的焓、熵、內(nèi)能、自由焓等，這些基礎物性數(shù)據(jù)在化工設計中起到十分重要的作用。以乙烯工業(yè)生產(chǎn)為例，使學生理解熱力學物性參數(shù)在工藝路線的設計及設備選型的應用。第五章涉及相平衡的知識點，與“化工原理”“物理化學”有交叉重疊，教師可以帶領學生復習相關課程的內(nèi)容，加強課程交叉，同時介紹乙烯生產(chǎn)中不同分離流程中精餾塔的設計，促進學生的理解和學習。第六章及第七章主要講授能量分析及應用，可以引入化工生產(chǎn)過程的熱交換器進行能量變化計算，獲得能量損耗及有效利用信息，并進行優(yōu)化設計。通過工程實例與課堂教學相結(jié)合，強化學生的工程意識，提升學生工程思維與創(chuàng)造能力[8]。

3.3 課程實踐活動

3.3.1 創(chuàng)設問題情境

為了提高“化工熱力學”課程教學效果，教師根據(jù)生產(chǎn)實際情況，以真實項目為支撐，模擬實際工程創(chuàng)設問題，學生以小組為單位，開展基于問題的合作式學習，并進行結(jié)果展示與討論。由于“化工熱力學”綜合性強，涉及多門課程，為了使實踐教學活動順利進行，教師需要提供多種必要的設備設施及教學資源。利用互聯(lián)網(wǎng)上的圖片、視頻及教學資源，構建資源庫，學生可以自由地從資源庫中根據(jù)項目需求提取知識點解決問題。項目可根據(jù)學?，F(xiàn)有的虛擬仿真實驗室和智慧教室進行設置，如木薯酒精生產(chǎn)設計，不僅涉及相平衡，還涉及能量供給和損耗。學生在積極的課程實踐過程中獲得知識與體驗，通過團隊之間的思維碰撞和互幫互助來構建工程觀念[9]。需要注意的是，教師創(chuàng)設的問題情景難度要根據(jù)實際情況進行調(diào)整，要充分考慮學生的學習情況、教學時間安排，避免難度過大，耗時過長，打擊學生學習的積極性。

通過創(chuàng)設問題情境，課堂模式發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成了公平、合作的學習氛圍。教師將學習的主動權交到學生手上，讓學生感受到信任，從而更主動地去進行探索和體驗，實現(xiàn)高效的課堂教學。

3.3.2 交流展示

各小組根據(jù)教師提出的問題進行合作研究，最終形成項目結(jié)果報告。教師組織進行小組成果展示，通過多媒體和語言把研究結(jié)果展示出來，重點突出小組研究的問題、解決辦法和創(chuàng)新性。展示結(jié)束后由其他小組成員提問，進行共同探討和拓展。這是實踐教學的重要環(huán)節(jié)，是調(diào)動學生主動學習有效的手段。該過程主要是以交流和激勵為目的，屬于階段性學習成果的分享、交流過程，是小組學生向老師、同學請求指導、互相學習的機會，學生充分展現(xiàn)自我的同時，在心理上也會變得更自信。經(jīng)過交流展示，好的思路和方法能夠得到放大和宣揚，給大家?guī)砗玫膶W習引導，使學生能夠在知識和技能學習上做到舉一反三和觸類旁通。教師在這個過程中允許學生出錯、有不同看法，適時地進行點撥和引導。經(jīng)過交流展示，將傳統(tǒng)的“老師講明白”向“學生悟明白”轉(zhuǎn)變，由“教師提問為主”變?yōu)椤皩W生提問為主”，學生變成了課堂的主人，能夠清楚地認識到團隊的努力及自己的付出，同時也對自身知識的短板有更深的了解，激勵學生在今后的課程中更加努力、有效地學習。

3.4 多元評價

OBE教育要求對教學過程動態(tài)監(jiān)測，這就需要教師在教學過程中采用合適的評價方式對學生的學習成果進行評價，然后再根據(jù)評價結(jié)果對教學活動進行改進。此外，OBE理念強調(diào)“以學生為中心”，通過評價，要讓學生明確自己為何而學，學會自主進行學習策略改良。因此，教師要根據(jù)“化工熱力學”課程培養(yǎng)目標，設計合理的評價方式和評價內(nèi)容，然后在評價結(jié)果的基礎上，反向進行教學設計，及時進行有針對性整改。

現(xiàn)代教育評價理念認為，評價不是為了甄別和評定等級，而是為了促進學生和教師共同成長。多元評價體系改變傳統(tǒng)單一的評價方式，從促進學生發(fā)展出發(fā)，將結(jié)果評價和過程評價有機結(jié)合?？偝煽冇善綍r成績和期末成績構成，其中平時成績由包括考勤、課后作業(yè)、課堂練習、課程實踐四個方面。這就要求教師實時關注課堂教學情況，及時掌握學生學習動態(tài)，及時指導學生，進行答疑解惑。定期進行小測試，檢查學生階段性學習效果。在小組合作過程中，教師及時觀察學生在小組中的表現(xiàn)，采用教師點評、學生互評、小組互評的方式，以客觀的標準進行評價，不忽視學生在學習過程中的任何表現(xiàn)，多方位考查學生工程觀念的強化效果。通過多元化的評價方式，實現(xiàn)對學生的客觀、公平、公正的評判。

3.5 反思

通過將OBE理念融入“化工熱力學”課堂教學，結(jié)合工程實例，巧妙地創(chuàng)設問題情境，學生通過合作探討，感受到學習的樂趣，并在實踐中創(chuàng)建知識框架，激發(fā)了學生的積極性和主動性，鞏固了理論知識的積累，同時還能強化學生的工程觀念，工程思維能力和創(chuàng)新能力得到提升，使學生畢業(yè)后能夠滿足企業(yè)的要求。雖然該研究已經(jīng)取得一定的成果，但是由于科學技術發(fā)展迅速，課程教學內(nèi)容需要與時俱進，這就要求教師做好科技前沿與教學內(nèi)容的協(xié)調(diào)，結(jié)合最新的研究成果，改進課程知識體系；實踐教學過程中創(chuàng)設的問題情境由于難易程度不同，教學進度很難實現(xiàn)精準調(diào)控，教師要動態(tài)調(diào)整理論和實踐教學的時間安排；實踐教學過程中的動態(tài)評價能夠及時發(fā)現(xiàn)學生在學習上存在的問題和不足，但是由于該評價過程采用開放的方式進行，評判標準存在一定的主觀性，無法做到統(tǒng)一，這些都會對評價結(jié)果產(chǎn)生影響，進而影響正常的教學進度，不利于教學活動的開展。因此，還需結(jié)合專業(yè)特點，進一步完善評價機制，從而更準確地引導教學活動的開展與改進。

4 結(jié)束語

在“新工科”建設要求下，化工專業(yè)人才的培養(yǎng)除了要求掌握課程學習理論知識內(nèi)容，更注重的是采用工程化方法解決問題的能力。因此，在課程教學中要將產(chǎn)、學、研結(jié)合，注重學生整體能力和全過程的培養(yǎng)?！盎崃W”作為一門與生產(chǎn)實踐緊密聯(lián)系的課程，在制定學習目標時，就要把畢業(yè)后的實踐應用考慮進去。在OBE教學理念指導下，教師根據(jù)學生畢業(yè)時應該具備的能力，進行教學過程設計，在課程教學中將枯燥、難懂的知識點與實際生產(chǎn)案例聯(lián)系起來，使學生更好地掌握理論知識，同時也培養(yǎng)了工程觀念，成為滿足工作崗位需要的工程技術人才。

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Cultivation of Engineering Concept in Chemical Thermodynamics under the Background of "New Engineering" with OBE Concept

The construction of "new engineering" is a strategic action of engineering education in the form of the new industrial revolution, aiming at cultivating diversified and innovative engineering science and technology talents. According to the requirements of the construction of "new engineering", this paper introduces the concept of "outcome-based education (OBE)" in the teaching of Chemical Thermodynamics to mobilize students' awareness of learning subject and stimulate their interest in learning, so as to strengthen students' engineering concept and improve their practical ability.

new engineering; OBE concept; chemical thermodynamics; engineering concept

G642

A

1008-1151(2022)11-0126-03

2022-09-25

廣西民族大學校級教改項目（2018XJGY44）；廣西民族大學校級一流本科課程建設（化工熱力學）。

蘭雄雕（1987－），女（壯族），廣西河池人，廣西民族大學副教授，博士，研究方向為生物化工。