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卓越工程人才培养的化工原理课程建设与改革
编辑:admin   时间:2018-07-24 15:04

当今世界科技迅猛发展,全球经济一体化成为发展趋势。2013年,习主席提出的“一带一路”倡议是新时期我国对外开放的重大信号,其重要内容是促进沿线国家基础设施建设,实现相关国家和地区基础设施建设的互融互通。“一带一路”的理念必将带动国内更多的基础设施投资和建设企业走向国际市场,随之而来的是对具有国际视野的外向型各类工程人才的迫切需求。此前,2010年教育部启动的“卓越工程师培养计划”,旨在培养造就一批创新能力强,面向世界、面向未来的高质量人才,明确将“重视工程人才培养国际化”列为中国工程教育改革发展的重大战略之一。
近年,教育部又提出“新工科”下工程教育改革,其目的是培养具有国际视野的卓越工程技术人才。然而,我国现行工程人才培养模式普遍存在重理论而轻实践、重传统封闭式教育而轻国际化开放式培养等突出问题,制约了中国经济全球化时期工程创新性国际化人才培养的进程。如何以“一带一路”倡议和“卓越工程师培养计划”为契机,通过构建新时期化工原理全英文教学和国际化人才培养体系,是我国化工工程高等教育课程亟待解决的重要课题。
2000年开始,我国高等教育快速发展,精品课程建设,教学质量工程建设,“新工科”下的教学改革,具有国际视野卓越工程师培养,与国际接轨的高等教育改革,其目标就是培养具有国际视野和适应我国经济建设的综合素质人才。在教学改革方面,采取大专业,改革陈旧的课程内容,避免学生能力培养被削弱从而导致学生综合素质不高和欠缺,以提高学生批判性思维能力,在今后学习和工作中不墨守成规,不裹足不前,而是敢于想象、勇于改革和敢于创新,贯穿其中的是创新性和实践性相结合的国际化人才培养理念。
一、卓越工程教育理念的建立
我国工程教育改革应以OBE(outcomesbased education)工程教育理念为基础,遵照工程教育专业认证的质量标准要求,强调三个中心理念:以行业需求为导向、以学生为中心、注重持续改进的质量保障体系。
化工原理教学改革过程中,首先应该转变传统的教育思想,更新教育观念,将知识传授型教育转变为全面素质教育,充分考虑以学生为主体的重要因素,以及结合当今世界经济一体化来进行改革。目前,我国经济建设已从追求高速发展向追求高质量发展的经济增长方式转变,科技创新和面向国际化成为当今发展趋势。因此,对于工科学生培养,在系统掌握传统科技知识的同时,必须及时了解并逐步掌握当今高新技术,以增强学生的适应能力。经济增长方式的变化促使未来工科学生除具有基本技能外,还应具有一定的创新意识和创新能力,主动适应经济竞争和一体化需要。在化工原理教学中,我们尝试进行了一些改革,如在课程结束前,以学生组队为基本单位,布置工程实践性强的设计题目,这些题目大多来自企业生产实际过程,涉及多门学科知识点,由学生自主应用理论知识及计算机和工程制图知识解决复杂工程问题,完成设计任务,展示各自的能力和团队成果。
以行业需求为导向,必须充分了解和掌握当今世界各行各业发展趋势和动态。根据市场经济和企业对人才的要求,我们重新审视既有的教学体系,制定了适应市场经济和全球一体化的教学体系和教学内容。大学教育的国际化,培养具有全球意识,跨文化交流,通晓国际规则,参与国际合作竞争的卓越人才是我国目前经济发展当务之急。大学国际化,核心是学科建设的国际化,基础是课程建设国际化。研究课程教学内容与设置为培养具有国际视野的卓越工程人才提供了支撑,以培养出视野开阔和行业满意的人才。
以学生为中心,即以培养具有扎实基础、实践能力、创新思维、国际视野、社会责任、引领可持续发展的全球竞争能力的学生来开展和实施教学,努力实现国际化和卓越人才培养的融合。因此,教学过程中应避免一言堂,避免教学以课堂为中心、教师为中心和系统传播知识为中心的教育给人才培养带来的“高分低能”弊端,突出学生的主体意识和主体参与能力,增加师生间的交流。根据学生需求,利用学校与国外院校合作引进国际师资,邀请国外名师给学校讲授化工原理课程,带来先进的教学理念、教学方法和教程课件,扩展学生的视野。
二、化工原理教学中研究型教学方法的实施与探索
(一)探索研究型教学在化工原理课程中的实践
研究型教学的思想源于洪堡最早提出的“教学与研究相统一”的大学教学原则,研究型教学的理论基础是建构主义。建构主义认为学习是学习者主动建构内部心理表征的过程,包括了两个方面的建构,即对新信息的内容及规范的建构和对原有知识的修正重组。因此,研究型教学本质上是一种素质教育,它通过营造一种环境,使学生身临其境地介入发现过程,教师通过与学生沟通后进行课程教学,包括教学模式、教学方法改革,
提出一些学生感兴趣的项目或题目,来提高学生参与教学过程的积极性。学生在完成这些项目的过程中可以充分发挥各自的主动性,展示他们的创造性思维和运用专业知识解决工程实际问题的能力,从而建构知识,锤炼分析和批判思维,大幅度提升分析问题和解决问题的能力。这种研究型教学具有以下突出特点。
1.研究型教学强调创造性。研究型教学强调培养学生的创新能力和创新意识,通过设计能动的、创造性的教学过程,激发教师和学生的主体能动性。教学不再是简单的复制粘贴,而是通过设计教学过程、主体的参与、多器官的愉悦感受实现知识的建构和重组。
2.研究型教学强调参与性。研究型教学的本质是培养学习者发现问题、分析问题和解决问题的能力,采用的是自主式、探究式的教学方法和模式。开展研究型教学的目的就是要提高学生学习积极性和参与度。学生只有主动积极全程参与每个教学环节,才能达到提升教学质量的目的。在教学过程中,学生处于主体地位,自主参与教学活动,而教师只是教学活动的“组织者”和“合作者”,不再是“传递者”。相应地,学习者只有参与感兴趣的课题,才能表现出强烈的兴趣和参与欲望,积极主动获取知识,在学习过程中学会用科学的方法来分析问题,采用所学的知识解决实际问题,最终达到知识和能力的辩证统一。
3.研究型教学强调师生之间的平等关系。在研究型教学中,老师是教学活动的组织者、学生是活动的主体,两者是平等的关系。因此,在课堂教学中,学生应感到放松、融洽和愉快。在宽松环境中,学生可以主动思考探究,敢于质疑,勇于想象,培养主体精神和主体意识。师生关系平等可以加快学生获取知识、处理信息的速率,提升思维水平。在探索未知世界的过程中,学生也自主开发了创造力和创新性思维。
(二)在化工原理课程中开展研究型教学模式探讨
化工原理研究型教学是一种基于项目的教学方法,强调在宽松的环境中主动探索,敢于质疑,充分调动多种器官获得参与的体验,学会合作和分享,培养主动学习的能力。因此,团队教师采用的化工原理研究型教学模式包括以问题为中心和
team work的教学方法。
1.以问题为中心的教学方法
在以问题为中心的教学模式中,我们以“研究型小课题”为教学的导入点。针对化工单元操作的特点与共性,讲授每一章节时都提出相应的问题,这些问题始终贯穿于整个教学环节。问题的导入可以激发学生的学习和探讨欲望,从而利用所学的知识来分析与解决问题。
以吸收综合传质过程为例。针对强化质量传递的问题,我们提出总传质速率影响因素的问题来开展讨论,让学生讨论不同影响因素对传质过程的影响,如为何吸收过程大多采用逆流?目的是为了提高传质过程的推动力;此外,还可通过调节操作压强和操作温度,改变平衡线的斜率;通过调节吸收剂的流量改变操作线的斜率等来提高传质推动力。通过对问题的讨论,学生理解和掌握了传质基本知识,达到了对吸收单元操作知识的掌握和综合运用的目的。
2.team work教学方法
建构主义认为,不同的学习者对某种问题可以形成不同的假设和推论,通过相互沟通和交流,相互争辩和讨论,学习者合作完成一定的任务,共同解决问题,从而能形成更丰富、更灵活的理解。team work教学方式强调教师放权给学习团队,通过团队各个成员之间的合作,相互交流与讨论,完成相应的学习任务与目标。
化工原理课程中有很多的知识模块和难点,单一个体在学习过程中经常会碰到各种困难。实施team work教学模式,可以发挥团队的才智优势,使个体获得更加丰富的知识。在化工原理单元学习中,我们把课程自然班分成若干学习团队,每个团队各产生正、副小组长一名,负责组织、协调团队成员的学习活动。之后,我们把学习单元知识分解成若干不同的小课题,并且分配给各学习团队。正、副组长安排成员讨论、学习,进行组内合作,各尽所能,并形成书面成果。由组长负责将团队成果在课堂上展示讲解,解答教师、其他团队的疑问。教师和其他团队成员根据书面成果和展示讲解情况,分别对团队成员学习效果进行评价反馈,促进团队成员加以改进。通过团队合作学习,每位成员充分展现了各自的能力和特点,加深了对问题的理解,抓住了重点,培养了团结精神和有效协作的能力。
(三)team work教学法在化工原理研究型教学中的实践
以其他新型分离方法单元教学为例,此单元教学中采用了team work教学法。根据教学内容,教师设计了“纳滤膜分离技术”“反渗透分离技术”“超临界萃取技术”“电泳分离技术”“分子蒸馏技术”和“离心分离技术”等6个研究任务,每个任务的研究内容包括该分离技术的原理、优点、分离过程、分离设备及分离技术在所学专业领域的应用等。之后,教师根据所教的自然班的具体情况和学生的特点,将每个自然班分为6个团队,每个团队安排1名组长和4~5名组员。
教师提前两周采用抽签的方式将每个研究任务分配给不同团队,要求每个团队通过查阅图书期刊、杂志报纸、网络媒介、CNKI等各大电子资源库,获取相关信息,汇总完成一份不低于10000字的调研报告,并在两周后的课堂学习中,由每个团队选派1名成员通过PPT或者动画的形式在课堂上展示成果,接受教师和其他同学的评价。
教师规定每次团队成果展示的评价分数权重均为课程总分的10%。
团队组长负责将团队任务分割成小部分,分配给每位组员开展研究探索。学生对这种学习方式充满了兴趣,主动承担相应的任务,发挥主体能动性。在研究过程中,教师对学生采用的具体方法、步骤、汇总过程不进行干涉,只是在一些关键时间节点对学生研究进度做必要的检查和辅导。
在完成各自任务后,组长再将团队成员召集在一起,互相沟通协调,把单独的成果汇总成一份完整的研究报告。在此过程中,学生的动手能力、认知能力和沟通能力都得到了训练,也培养了主动探究的意识。
(四)研究型教学中理论实验教学与课程平台
随着国际化教学趋势和强调学生解决问题及动手能力的教学目标的驱动,在研究型教学中将全英文课程平台建设过程中的理论与实验教学相结合,对课程平台进行相应的改造,使之与全英文教学模式更好匹配。化工原理英文教学中尝试逐步拓展项目教学法,把拓展实例与动手实验两条线索贯穿教学过程,综合利用多媒体技术、网络资源来开设一些难度不同的综合性、设计性、创新性实验,采取理论与实训相结合的教学模式。在课程教学平台方面,全英文教学适当增加或引进国外高校开放资源中的演示实验内容作为补充,并结合学校课外SRP项目、开放实验及设计大赛等方式作为课程教学的课后延伸。
三、化工原理全英文教学的实践与探索
高等教育国际化是全球经济一体化的必然结果。大学国际化,教学与国际接轨,既包括学科专业建设的国际化,同时还包含了课程建设国际化。化工原理课程采用全英文教学是为适应对外开放和培养国际视野外向型人才在教学实践上的尝试和探索,也是目前推进我国高等教育国际化进程,增进我国高等教育与国际合作及交流的重要举措。我们从1996年开始在我校化学工程与工艺专业开展化工原理双语教学,并逐步推广到近70%的其他专业。2007年开始在我校全英文专业和化学创新班、材料创新班上开展全英文教学,通过完成国家双语教学示范课程等质量工程项目建设,教材建设、教学方法与教学手段诸方面进行了大量的探索,构建了化工原理全英文教学体系。
教师的外语水平往往决定了全英文教学效果好坏,我们要求从事全英文教学的教师除了具有留学国外一年以上的经历及参与国外教学实践外,还应具有多年从事化工原理教学经验,通过学校全英文教学考核。教师扎实的专业英语基础和丰富的工程经验同等重要,两者缺一不可。为了全面提升教师的全英文授课能力和工程实践能力,学校定期组织全英文教学示范课,举办全英文教学研讨会,探索和分享全英文教学方法,要求教师参与学生实习指导,到企业强化工程实践能力。我们还聘请海外名师和境内外企业一线技术专家对授课教师进行有针对性的实践教学能力培训,学院每年都聘请来自美国、英国等大学的教授为从事英语教学的教师传授国外本科生和硕士生实践教学环节的实施方法,分享国外大学如何在实践教学中与工程界紧密联系的经验,对开展全英文教师的实践教学改革启发良多。
课堂教学采取师生互动,包括用英语提问和答疑,做英文作业,采用全英文试题等,提高了学生的英语听说表达能力。我们在全英文教学中引入创新措施,例如在理论课程第一次授课时,告之学生全英文教学考核评价标准:除了完成作业,授课过程进行随堂quiz,课后作业,课程结束后,学生参加final,独立完成course report,并制作
PPT,做presentation,以此综合考评学习的成绩。
其目的在于让学生真正理解和掌握英文教学中的化工原理基本知识和原理,学会运用英语解决实际相关问题。实践性课程如实验和设计课程,重点训练学生查阅外文文献资料解决问题,以及考查学生利用英语撰写实验报告和课程设计的能力。在完成上述教学过程中,学生的英文表达能力和创新思维、创新意识均得到了有效提高。
四、化工原理英文教材及教学资料的建设与完善
教材建设始终是高等学校的主旋律,在教与学的过程,教材起着举足轻重的作用。通过对国外教材的引进、消化、吸收与创新,并结合我国高等教育的具体情况和对国际化卓越工程人才的需求,在采用美国原版教材Unit Operations ofChemical Engineering进行十多年教学实践后,我们与天津大学、华东理工大学合作,2008年编写出版了国内第一部《化工原理》全英文理论课程教材。在编写过程,我们注重更新过时的概念,尽可能减少教材内容的重复,精选教材内容,既保留了原版教材的精华,又加入了工程实际的案例,还增加了计算机在化工中的应用实例,以及能反映当代世界先进思想的化工科技新知识。2016年,笔者又编写出版了国内第一部《化工原理实验》英文教材,填补了国内化工原理英文理论与实验教材的空白。教材本身的质量,主要取决于编者的水平,编者必须是学术造诣深,教学经验丰富,同时具有国际视野和工程实践能力强的教师组成。同时还必须对教材质量进行跟踪,设立教材评价档案。我们在上述教材投入使用后,每学年结束由教务处组织学生和相关的教师对教材做出客观评价,填写教材质量评价表。同时发挥教学指导委员会的作用,评选优秀教材,促进教材建设。作为《化工原理》全英文教材的必要补充,我们还编写了配套的中文教材。构建了具有自己特色、符合中国高等教育具体情况的完整的化工原理中英文互补教材体系,使化工原理教材既能满足培养国际化视野人才需要,又能兼顾一些英文基础较差同学的需求,做到因材施教。目前,我们还完成了国家级化工原理精品资源共享课程建设项目,制作了理论和实践性课程的电子教材,完成了化工原理英文网站、全英文授课录像及英文试题库等的建设,为国内其他高校的化工原理教学提供了参考。
五、结束语
国家“一带一路”的倡议为我国基础设施建设走出国门、迈向世界提供了重大的机遇和挑战。华南理工大学化工原理课程紧跟国家建设战略,把握机遇,在国内化工原理课程中实施全英文教学,通过开展教学改革与探索,在化工工程国际化人才培养方面迈出了坚实的一步。开展化工原理全英文教学和全英文课程体系的构建不仅仅是一项教育教学改革,它在高等教育中还具有一定的辐射和带动作用。以这项工作为抓手,可以逐步培育国际化的土壤和氛围,为其他课程的国际化开展提供参考。


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