OBE理念下过程装备成套技术课程教学探索与实践

2023-08-21缪新婷陶平彭剑别锋锋刘文明

创新创业理论研究与实践 2023年14期

缪新婷，陶平，彭剑，别锋锋，刘文明

（常州大学机械与轨道交通学院，江苏常州 213164）

1 背景

过程装备及控制工程专业自改建之后，各院校以发展先进制造技术作为本专业改革发展的出发点，以培养学生的素质、知识与能力为目标，着力于拓宽专业范围，进行专业改革。在此基础之上，开设过程装备成套技术专业课程，使学生了解过程装备成套技术各个环节的基础知识，将各环节的知识连贯系统化，让学生的能力从单元操作、单个机器设备的设计，延伸到整个生产装置的开发、建设上，从而使得专业课程的理论与工程实际更加贴合。为达到预期的教学目标，相关教育工作者在教学改革上也做了相关的研究和实践，如：秦瑜等人针对课程内容，突出了实验教学的特点和重要性，提出了开放式实验教育改革的思想、目标及建立开放实验室的必要条件和改革措施[1]；程文洁等人拓展了教学内容的广度和深度、延伸实验教学的时间和空间，选取甲醇制氢工艺为原型，开发了甲醇制氢过程装备成套技术虚拟仿真试验系统[2]；李海生等人从课内创新、课外创新、实践创新、综合创新和校企联合创新等方面，形成该课程的创新能力拓展完整体系，从而实现本课程的教学改革[3]；金浩哲等人基于科研开放式实验，对过程装备成套技术进行了课程教学改革探索[4]。

成果导向教育（简称OBE）作为21 世纪一种先进的教育理念，已成为工程教育认证标准之一[5-6]，其核心理念是反向设计、以学生为中心和坚持持续改进[7]。在OBE 理念引导及国家工程教育专业认证的标准与要求下，各高等院校积极开展了OBE 理念研究，并将其融入本科生以及研究生的教育教学中；赵蔚琳基于OBE 理念，提出“知识—能力—创新”的教学思想，并据此构建了知识、能力、创新三个层次的教学目标、教学内容、教学过程等[8]；白玉红等针对高等院校研究生教育教学的需要，基于OBE 理念提出了从认识目标、选择定位、落实举措三个方面切入，制定研究生培养方案[9]；陈丽娟基于OBE 理念，改变传统以教师讲授为主的教学模式，以社会需求为导向，以学生为中心，对化工设备机械基础课程建设进行改革[10]；赵改玲等基于OBE 理念，针对教学设计、考核评价、方法实施等方面，提出课程改革策略[11]；武邱婷等基于OBE 理念，结合地方产业特色和学科特点，融合创新创业四维引导，对药剂学实验课进行教学模式和考核模式的改革[12]；此外，一些学者还基于OBE 理念，以材料成型及控制工程专业、物理化学教学以及国际商务为例，进行课程思政的改革[13-15]。

根据过程装备成套技术课程的特点，教学团队融入OBE 理念，从教学内容设计、教学理念、教学手段的丰富几个方面，对过程装备成套技术课程的教学进行改革创新。

2 课程教学探索与改革

过程装备成套技术课程是过程装备与控制工程专业的必修课之一，课程补充了产品开发、可行性研究、工艺设计、专用设备设计，以及定型机器设备选型、安装、调试、投产全过程所需知识中其他专业课程没有涉及的内容，将设备、工艺、控制相关的内容结合在一起，将学生在大学三年里已学的分散的知识进行串联，构成一个系统化的整体，从而形成一个完整的过程工业概念。课程内容包含的知识面较宽泛，但内容较基础，主要为拓宽思路，起引导作用。通过该课程的学习，有利于培养学生的大工程观念，明确装备必须与工艺、控制相结合的重要性，有利于培养学生的创新能力。在OBE 理念的基础上，对该门课程开展教学改革，有利于提高教学质量，帮助学生理解和掌握课程涉及的知识。

2.1 教学内容的设计

2.1.1 以企业需求为导向

为了使学生具备企业生产中需要的多方面能力，在设计教学内容时，需基于企业对人才的需求情况，设计课程教学内容的侧重点；同时要以学生为中心，结合工程案例和企业需求，引导学生进行思考和分析，从而在有限的课时内实现有效讲授教学知识点的目的。

首先，让学生理解本课程内容与企业生产之间的联系。在概论章节学习时，通过对专业的发展、过程工业的重要性、过程工业生产涉及的过程等相关内容的讲述，使学生树立专业信念，增强对行业的信任感；同时将企业生产与本课程内容进行联系，以“甲醇制氢”成套装置从开发到投产全过程为例，对其过程进行简要介绍，让学生认识到本课程的重要性以及本课程涉及的知识点，让学生建立起概念上的初步认识。

其次，根据部分学生的求职情况，分享本专业相关的招聘信息，并结合课程内容进行岗位职责分析，具体内容见表1。通过企业招聘信息的介绍，突出本专业人才的需求程度，以及专业课程学习的重要性，同时也使学生加深对专业的了解、对企业生产过程的认识，以及对行业的信任感。此外，以企业需要为导向，对课程内容侧重点的讲解须注重与企业需求相关联。例如，对于过程生产中工艺流程设计、设备设计及选型、管道的布置、过程控制工程设计等重点章节进行讲解，并且通过工程案例进行对应知识点的应用，从而加深学生对课程内容的认识和理解。而对于理论性较强的“可行性分析与评价”部分，与本专业课程跨度较大，可以简单梳理思路，通过某一具体案例讲解各个评价指标的意义以及适用场合，通过作业让学生课后自主学习。

表1 企业需求与课程内容的对应

2.1.2 以工程问题为导向

为达到“能够进行过程工业成套装置设计的基本能力，并能承担过程装备成套技术主要环节的工作、解决其中的复杂工程问题的能力”的课程目标，需要在课程教授过程中融入更多的工程案例，并且将工程案例与课程知识结合；同时，在教学过程中，合理进行教学设计，包括工程问题的设计，引导学生带着疑问对实际中生产的问题进行思考，激发学生学习的热情，发挥学生的主观能动性。这也是 OBE 理念对现有工程教育教学过程提出的新要求，按照这一理念培养出来的学生，不仅能够受到企业欢迎，并且能激发学生的潜力，更快适应企业的发展需求。

理论授课过程中以甲醇制氢成套装置为例，贯穿全部内容的学习，甲醇制氢成套装置设计全过程如图1 所示，其中每一过程对应于各章节内容。在初步了解甲醇制氢成套装置设计过程后，以问题的方式提出，并融入课程内容，进行各部分的学习。如：“工艺流程设计”这一部分教学过程中，通过“为什么要进行工艺设计？”“工艺设计包含哪些内容？”“工艺流程图的作用？” 等问题的提出，以“甲醇制氢”工艺为例，对问题逐个进行解答，将提升学生的听课兴趣和积极性。其中对于工艺流程图的讲解，则通过不同类型工艺流程图的示例，让学生比较各工艺流程图的区别及其在工艺设计阶段的作用；然后在学生回答问题的基础上，再进行这部分内容的讲授，让学生在听讲过程中对自己的理解进行反思并加深对内容的理解。再比如“设备布置图”部分的内容，若仅仅通过布置原则的理论进行讲解，则会非常枯燥。若通过某一具体的工艺流程的设备布置图，向学生提出相关的问题，并结合工艺流程图进行设备布置图的讲解，包括设备的布置原则、视图的表达方法以及视图的标注形式，同样也会提高学生的学习兴趣，对课程专业知识的学习和理解也为学生从事相关工作打下基础。

图1 “甲醇制氢成套装置”设计全过程示意图

2.2 教学理念的转变

（1）教师主导课堂教学，单向传递知识，是常规的教学模式。这种教学模式无法培养学生的开放性思维；教学内容的枯燥也会使得学生失去学习的热情和积极性。因此，本教学团队通过自主学习、翻转课堂、问题为导向以及合作探究的教学方式，让学生成为课程学习的主导者，从而培养和提高学生独立自学的能力、合作能力以及举一反三的应用能力。

例如，对于“项目的可行性研究与评价”，以案例为引导，让学生通过自学相关内容，解决案例中的问题，并在下节课进行自学总结，提出相关问题。由于本门课程内容比较宽泛，知识点比较杂，因此在课程的最后，将通过翻转课堂的形式，让学生进行课程内容的讲解。如：学生自主查阅资料，以任一成套装置为例，结合所学内容，从可行性分析到装置投产全过程进行讲解。通过这种翻转课堂的形式，不仅锻炼了学生的自主学习能力，同时也锻炼了学生的合作交流意识、口头表达能力。

（2）为了拓展学生的思路，组织学生观看《大国重器》《超级工程》等纪录片，并设置课堂展示和讨论交流环节。其目的是让学生对我国最新的技术装备和制造业的发展情况有一定了解；同时，将纪录片中的相关装备与课程内容联系起来（如在《大国重器》中列举生产中用到的设备、成套装置，设备的设计选型，成套装置中流程的设计、设备的布置安装、控制仪表的设计及选型等），帮助学生将理论知识和工程实际相联系。此外，邀请经验丰富的企业工程师讲解成套装置设计过程涉及的内容，包括过程工艺的研发、设计，过程设备的研发、生产、装配和维护等一系列过程，从而使学生充分了解理论知识在工程实际的应用，并熟练掌握过程装备成套技术的设计过程及其相关问题。

2.3 教学手段的改革

2.3.1 以生产实践、课程设计为依托

目前，很多学生对于过程装备的认识大多停留在书本知识上，所以在教学过程中，教师必须把教学和实践紧密结合起来，注重理论联系实践。

首先，过程装备成套技术课程中的内容与过程工业生产密切相关，因此在理论授课之前，组织一次石化类企业的认识实习，让学生近距离接触过程工业生产以及生产过程中涉及的设备、装置等；并且在理论课授课过程中，将实习实践过程中涉及的设备、机器、控制仪表以及整个流程工艺、成套装置与教材内容结合起来，进一步巩固学生对课程内容的理解和认识。

其次，过程装备成套技术课程的最终目的是使学生具备能够进行过程工业成套装置设计的基本能力，并能灵活运用所学知识承担过程装备成套技术主要环节的工作、解决其中的复杂工程问题。然而，仅仅通过理论课对于设备结构的工作原理、设计和选型知识的讲解，无法使学生真正理解成套装置的设计选型以及安装的全过程。因此，在授课过程中，需要融合课程设计元素，如在最后一章进行典型成套装置举例讲解时，有必要进行一次课程设计，让学生就某一具体生产过程进行工艺设计、设备设计及选型、设备及管道的布置以及控制仪表的设计及选型等实践，该课程设计的开展有助于巩固理论知识，让学生体验理论设计与生产实践相结合的过程，同时更好地为学生的大四毕业设计以及将来的工作奠定基础。

2.3.2 采用合作式教学方法

由于过程装备成套技术课程内容庞杂，其内容涵盖了过程设备设计、过程流体机械、化工原理以及自动控制原理等多门课程的内容。仅仅运用传统的教学方法很难在有限的学时内将每一部分的知识点准确地传授给学生。因此，在本门课程的教学过程中，将采用合作式教学的方法进行讲授。合作式教学主要以学生为中心，以培养应用型人才为目标，强调以学生自主性和合作性学习为主，在教师的指导下，借助各种教学资源，形成一种新型的教学模式。主要过程如下：

（1）建立学习小组。将的学生划分成10 个小组，每组5～6 人，按照学生自愿的原则进行组合，每组设定一名组长，小组建立后，培养学生的团队意识和协作精神。小组组长负责协调、统筹进度、组内成员分工等事务。在成套技术课程开始阶段就将课题分配给学生，然后学生在教师授课的同时，以某装置从产品开发与评价、经济性分析、工艺设计、设备选配、管线与管件、土建、安装、试车等各个阶段展开研究工作。

（2）课题实施及分配。将课程内容按知识点进行分类，共分成10 点：财务评价、工艺流程设计、过程装备的布置设计、静设备的设计及选型、动设备的设计及选型、管道系统的布置设计、控制工程设计及选型、绝热设计、防腐设计、安装试车及验收。每组选择一个知识点作为各自小组的课题，在教学的过程中以工程案例为指导，引入教学知识点，加强学生对理论知识的理解。同时，课后每组学生针对各自的课题及在课堂上讲授的内容，进行举一反三，以拓展知识点。以文档的形式形成一篇完整的小组学习报告，报告上注明各组成员每人的具体工作。

（3）汇报及评价。在课程的最后，组织一次翻转课堂，让学生自主选择一套成套装置，对成套装置从可行性设计到投产全过程进行讲解，并且重点讲解本组课题内容；采用PPT 或者动画形式进行汇报，任课教师作为评委进行评分和点评。同时，为鼓励学生积极参与翻转课堂，将最后一次翻转课堂作为平时分的考查项，制定对应的评分规则。