兰雄雕

“新工科”背景下融合OBE理念的“化工热力学”工程观念培养

兰雄雕1,2

（1.广西民族大学，广西 南宁 530006；2.广西高校化学与生物转化过程新技术重点实验室，广西 南宁 530006）

“新工科”建设是在新工业革命形式下进行的工程教育战略行动，旨在培养多样化、创新型工程科技人才。文章根据“新工科”建设的要求，在“化工热力学”教学中引入“成果导向教育（OBE）”理念，调动学生学习主体意识，激发学习兴趣，从而强化学生的工程观念，提高其实践能力。

新工科；OBE理念；化工热力学；工程观念

引言

近年来，随着新时代产业结构和布局的深度调整，世界范围内新一轮的新科技革命和新产业正在崛起[1]。化工行业作为新知识和新技术工业，也面临着巨大挑战。为满足国家战略发展需求，“十三五”以来，我国积极推进“新工科”建设，围绕产业链和创新链，重塑工程教育，探索中国工科建设新模式，形成深度融合的共建共享大格局[2]。广西民族大学以“新工科”建设为主题进行了工程教育改革，十分注重化工专业学生的工程能力培养。

成果导向教育（Outcome-Based Education，OBE）是一种以学生学习成果为导向的教育理念，要求教师明确学生毕业时应达到的能力及其水平，确定其必须取得的学习成果，然后通过设计教学活动，使其达到预期目标。同时，OBE还要求教师对学生学习效果进行分析，反向优化教学过程以及相关评价机制[3]。

“化工热力学”是广西民族大学化学工程与工艺专业的一门核心课程，涉及物理化学、化工原理、高数等多门学科，综合性强，与生产实际结合紧密。化工生产过程中一些物质的热力学参数的计算和预测、物质和能量转换、能量利用及损耗等实际问题，需要依靠化工热力学理论指导下的工程化方法来解决[4]。因此，在“化工热力学”教学过程中加入OBE教育理念，不断强化学生工程观念，从而提高学生解决工程问题的能力，提升人才培养质量。

1 OBE教育

OBE教育于1981年由Spandy等人提出，区别于传统的教育理念，其内涵是：根据最终学习目标，进行课程设计，开展各种形式的教学活动，核心问题主要包括：目标、需求、过程、评价和改进，即要明确“学生应该取得哪些学习成果”“为什么要取得这些学习成果”“如何帮助学生取得这些学习成果”“如何评价学生是否已经取得这些学习成果”以及“如何让学生更有效地取得这些学习成果”。由此可见，OBE教学注重学生中心地位，根据学习成果，采用合适的手段帮助学生有效地学习，实现教学与学习过程的持续性改进。美国工程教育认证协会完全接受并采纳OBE教育，将其融入工程教育认证标准中。目前，OBE教育已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念。2013年，我国加入了《华盛段协议》，将“学生中心、结果导向、持续改进”的OBE教育理念引入国内高校工程教育的改革中[4]。

2 化工专业人才培养存在的问题

随着全球科技水平的快速发展，化工生产过程中的工程问题范畴不断扩大，行业对化工专业人才的要求也发生了变化，不仅要具备精深的专业知识储备，还要具备工程观念，能够对生产过程进行经济、环境、管理、质量分析，解决实际问题[5]。这就要求未来化工人才的培养模式需要在已取得的成果基础上进行继承和创新，结合当前关键核心技术的跨学科特点，注重学科之间的交叉与融合。此外，利用大数据时代的特点，加强不同国家之间的合作互补，引入先进的现代化教学理念，推进化工优质教育资源共建，实现共同发展。

目前，国内化工专业学生培养过程中，各高校通常会根据自身学科专业的特点、当地企业需求和现有教育硬件设备条件进行教学活动。实践教学资源较为短缺，学生实践锻炼的机会较少，对工程实施过程的了解局限于课本中，导致工程观念薄弱，专业特色并不突出，毕业后无法快速适应工作，不利于职业发展。当前的这些问题要求学校在化工专业人才教育过程中，除了要进行专业知识的学习，还要加强学生工程观念的培养，从而使学生能够将理论知识与工程实际联系起来，通过对工程目标进行观察、了解和认识，从工程角度出发，改善生产过程[6]。

3 《化工热力学》教学中工程观念培养

3.1 《化工热力学》课堂教学

在高校中，知识传授的基本途径是课堂教学。“化工热力学”以热力学基本原理为基础，融入了工程学、化学、数学等知识，是一门公认的难学课程，教师在教学过程中遇到的难题会随着科学技术的发展变得越来越多。因此，教师需要结合学生学习情况，在进行教学前需要对所涉及学科之间的关联进行全面分析，将这些学科的不同知识点巧妙结合，努力实现高效课堂教学。

3.1.1 OBE教学理念的融入

OBE教学的核心思想是“以学生为中心，以学生应具备的能力为导向”。学生的能力是“新工科”建设的核心内容。将OBE理念融入“化工热力学”教学，就是要求教师要以学生为中心，改变传统教学过程中的“知识本位”观念，将学习的任务交给学生，鼓励学生提出问题，并通过合作的方式进行问题的分析与解决。教师在此过程中的任务主要是组织教学活动，激发学生的学习兴趣，对学习过程进行整体把控，适时提供指导，引导学生发现解决问题的思路，掌握学习方法和思维方法；要善于发现学生的进步，鼓励学生，提高其自信心；机智地形成思维碰撞，引导学生提出不同意见，培养其表达能力。此外，教师要不断学习新技能，提升自身的理论素养和实践能力，灵活教学，拓展课堂教学，在教学中引导学生，提升其学习兴趣。

3.1.2 教学模式

基于OBE理念，在“化工热力学”课堂教学中，教师和学生的地位和角色发生转变。教师在进行理论知识讲授时，可采用现代化信息技术，充分利用互联网上的教学资源，使教学活动得到延伸和扩展，实现“数字化、网络化和多元化”教学。此外，教师根据教学知识点，引入工程实践应用，并创设一定难度的问题，引导学生利用网络资源，进行合作探究，将时间还给学生，让学生尽情发挥，分工合作，发现解决问题的方法和思路，将所学知识融会贯通，发掘潜能。学生完成老师布置的任务后，将最终的结果进行展示，共同进行评价。教师组织进行这种半开放式的教学活动，让学生成为学习的主人，帮助学生发现所学知识的实际意义，营造积极的学习氛围，实现教与学的共同发展。

3.2 工程观念引入

“新工科”建设对工科专业的教育发展影响深远，国内工科院校要加快培养卓越工程人才的步伐，促进行业的建设，为国家的发展提供强有力的人才支撑。

热力学是研究物质和能量转化的一门学科。“化工热力学”以热力学第一、第二定律为基础，对实际化工过程进行相关热力学模型研究，是化工生产理论分析的依据，在化工过程的开发和设计中起到十分重要的作用。但是，该课程概念抽象、晦涩难懂，传统的教学方式无法在短暂的课堂教学中将化学、工程学等相关知识进行有效传授。根据OBE教育理念的核心思想，教师要针对学生的毕业要求指标点进行分解，然后在教学过程中介绍相应知识点在化工工程中的应用，强化学生工程意识[7]。

第二章主要学习“流体的p-V-T关系”的知识。任何一种物质的性质都与其所处的温度、压力有关，影响着其在生产中的应用。在讲授超临界流体时，可介绍实际生产的超临界萃取技术的应用，通过查阅科研文献资料及观看生产视频，使学生对课程的理解以及应用能力得到提升。第三章及第四章讲授流体热力学性质的计算。工程上最常用的热力学性质，除了易测的温度、压力、体积，还包括难测的焓、熵、内能、自由焓等，这些基础物性数据在化工设计中起到十分重要的作用。以乙烯工业生产为例，使学生理解热力学物性参数在工艺路线的设计及设备选型的应用。第五章涉及相平衡的知识点，与“化工原理”“物理化学”有交叉重叠，教师可以带领学生复习相关课程的内容，加强课程交叉，同时介绍乙烯生产中不同分离流程中精馏塔的设计，促进学生的理解和学习。第六章及第七章主要讲授能量分析及应用，可以引入化工生产过程的热交换器进行能量变化计算，获得能量损耗及有效利用信息，并进行优化设计。通过工程实例与课堂教学相结合，强化学生的工程意识，提升学生工程思维与创造能力[8]。

3.3 课程实践活动

3.3.1 创设问题情境

为了提高“化工热力学”课程教学效果，教师根据生产实际情况，以真实项目为支撑，模拟实际工程创设问题，学生以小组为单位，开展基于问题的合作式学习，并进行结果展示与讨论。由于“化工热力学”综合性强，涉及多门课程，为了使实践教学活动顺利进行，教师需要提供多种必要的设备设施及教学资源。利用互联网上的图片、视频及教学资源，构建资源库，学生可以自由地从资源库中根据项目需求提取知识点解决问题。项目可根据学校现有的虚拟仿真实验室和智慧教室进行设置，如木薯酒精生产设计，不仅涉及相平衡，还涉及能量供给和损耗。学生在积极的课程实践过程中获得知识与体验，通过团队之间的思维碰撞和互帮互助来构建工程观念[9]。需要注意的是，教师创设的问题情景难度要根据实际情况进行调整，要充分考虑学生的学习情况、教学时间安排，避免难度过大，耗时过长，打击学生学习的积极性。

通过创设问题情境，课堂模式发生转变，形成了公平、合作的学习氛围。教师将学习的主动权交到学生手上，让学生感受到信任，从而更主动地去进行探索和体验，实现高效的课堂教学。

3.3.2 交流展示

各小组根据教师提出的问题进行合作研究，最终形成项目结果报告。教师组织进行小组成果展示，通过多媒体和语言把研究结果展示出来，重点突出小组研究的问题、解决办法和创新性。展示结束后由其他小组成员提问，进行共同探讨和拓展。这是实践教学的重要环节，是调动学生主动学习有效的手段。该过程主要是以交流和激励为目的，属于阶段性学习成果的分享、交流过程，是小组学生向老师、同学请求指导、互相学习的机会，学生充分展现自我的同时，在心理上也会变得更自信。经过交流展示，好的思路和方法能够得到放大和宣扬，给大家带来好的学习引导，使学生能够在知识和技能学习上做到举一反三和触类旁通。教师在这个过程中允许学生出错、有不同看法，适时地进行点拨和引导。经过交流展示，将传统的“老师讲明白”向“学生悟明白”转变，由“教师提问为主”变为“学生提问为主”，学生变成了课堂的主人，能够清楚地认识到团队的努力及自己的付出，同时也对自身知识的短板有更深的了解，激励学生在今后的课程中更加努力、有效地学习。

3.4 多元评价

OBE教育要求对教学过程动态监测，这就需要教师在教学过程中采用合适的评价方式对学生的学习成果进行评价，然后再根据评价结果对教学活动进行改进。此外，OBE理念强调“以学生为中心”，通过评价，要让学生明确自己为何而学，学会自主进行学习策略改良。因此，教师要根据“化工热力学”课程培养目标，设计合理的评价方式和评价内容，然后在评价结果的基础上，反向进行教学设计，及时进行有针对性整改。

现代教育评价理念认为，评价不是为了甄别和评定等级，而是为了促进学生和教师共同成长。多元评价体系改变传统单一的评价方式，从促进学生发展出发，将结果评价和过程评价有机结合。总成绩由平时成绩和期末成绩构成，其中平时成绩由包括考勤、课后作业、课堂练习、课程实践四个方面。这就要求教师实时关注课堂教学情况，及时掌握学生学习动态，及时指导学生，进行答疑解惑。定期进行小测试，检查学生阶段性学习效果。在小组合作过程中，教师及时观察学生在小组中的表现，采用教师点评、学生互评、小组互评的方式，以客观的标准进行评价，不忽视学生在学习过程中的任何表现，多方位考查学生工程观念的强化效果。通过多元化的评价方式，实现对学生的客观、公平、公正的评判。

3.5 反思

通过将OBE理念融入“化工热力学”课堂教学，结合工程实例，巧妙地创设问题情境，学生通过合作探讨，感受到学习的乐趣，并在实践中创建知识框架，激发了学生的积极性和主动性，巩固了理论知识的积累，同时还能强化学生的工程观念，工程思维能力和创新能力得到提升，使学生毕业后能够满足企业的要求。虽然该研究已经取得一定的成果，但是由于科学技术发展迅速，课程教学内容需要与时俱进，这就要求教师做好科技前沿与教学内容的协调，结合最新的研究成果，改进课程知识体系；实践教学过程中创设的问题情境由于难易程度不同，教学进度很难实现精准调控，教师要动态调整理论和实践教学的时间安排；实践教学过程中的动态评价能够及时发现学生在学习上存在的问题和不足，但是由于该评价过程采用开放的方式进行，评判标准存在一定的主观性，无法做到统一，这些都会对评价结果产生影响，进而影响正常的教学进度，不利于教学活动的开展。因此，还需结合专业特点，进一步完善评价机制，从而更准确地引导教学活动的开展与改进。

4 结束语

在“新工科”建设要求下，化工专业人才的培养除了要求掌握课程学习理论知识内容，更注重的是采用工程化方法解决问题的能力。因此，在课程教学中要将产、学、研结合，注重学生整体能力和全过程的培养。“化工热力学”作为一门与生产实践紧密联系的课程，在制定学习目标时，就要把毕业后的实践应用考虑进去。在OBE教学理念指导下，教师根据学生毕业时应该具备的能力，进行教学过程设计，在课程教学中将枯燥、难懂的知识点与实际生产案例联系起来，使学生更好地掌握理论知识，同时也培养了工程观念，成为满足工作岗位需要的工程技术人才。

[1] 张欣婷. 新工科背景下基于OBE-CDIO理念的实践教学改革探索[J]. 黑龙江科学，2022，13(5): 126-127.

[2] 刘红梅，韩永萍，侯春娟，等. 新工科建设背景下制药工程专业化工原理教学创新设计[J]. 化学教育，2022，43(4): 101-106.

[3] 张盈盈，杨许召，韩光鲁，等. 新工科背景下《化工热力学》课程的教学改革[J]. 山东化工，2020(23): 232-233.

[4] 巨晓洁，夏有强，李德富，等. 新工科背景下基于OBE理念的化工复合型人才培养体系的构建与实践[J]. 化工高等教育，2021，38(4): 27-30.

[5] 丁雪，宋春敏，刘熠斌，等. 基于工程实践能力培养的化工热力学课程教学改革[J]. 教育教学论坛，2020(24): 127-128.

[6] 张誉腾，杨春华，吕楠，等. 面向工程教育专业认证的《化工热力学》课程教学思考与实践[J]. 广东化工，2021，48(449): 299.

[7] 曾艳，崔梦冰，陈恒，等. 基于OBE理念《化工原理》在线教学改革探索与实践[J]. 广州化工，2017，49(14): 160-161.

[8] 贺拂，赵娟，蒋福龙. 《化工热力学》课堂教学改革创新[J]. 2021，48(466): 207-214.

[9] 姜占坤，彭翠娜，高道伟，等. OBE理念在化工热力学教学中的应用[J]. 山东化工，2021，50(23): 208-211.

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

广西民族大学校级教改项目（2018XJGY44）；广西民族大学校级一流本科课程建设（化工热力学）。

兰雄雕（1987－），女（壮族），广西河池人，广西民族大学副教授，博士，研究方向为生物化工。