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工程教育认证下能源化工综合实验的教学改革与实践

2021-06-26 86 上传者：管理员

摘要：本文围绕工程教育专业认证背景,介绍了《能源化工综合实验》课程目标具体的知识、能力、素质要求,以及能源化工实验室的建设情况。基于工程教育认证的OBE理念,制定了面向产出导向的课程评价指标体系。通过教学改革,增加了实验开题报告环节,加强了实验平时过程的考核,并对实验报告格式内容等细化了具体要求。通过能源化工综合实验,培养了学生基于能源化学工程专业知识,采用正确的研究路线和实验方法,设计可行的实验方案,安全开展实验及分析和鉴定化学品的综合能力。

关键词：
实践教学
工程教育认证
煤化工
综合实验
能源化工
能源化工综合实验
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工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。其核心就是要确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。专业认证以学生中心为宗旨，以产出导向(OBE,outcomebasedEducation)为要求，以持续改进为机制，构成了专业认证的三大核心理念[1]。

《能源化工综合实验》是能源化学工程专业学生开展毕业设计或论文的一个前期准备，同时也是检验学生三年专业学习成果的重要手段，是学生自我实现第一次解决能源化学工程复杂工程问题的实践。作为一门专业实践课，能源化工综合实验以煤化工工艺生产为背景，以解决工艺中所遇到的共性问题为目的，结合煤化工发展选择典型的工艺与工程要素，对学生进行实验方法和实验技能的综合训练。通过本课程的学习，培养学生基于能源化学工程专业知识，采用正确的研究路线和实验方法，设计可行的实验方案，安全开展实验及分析和鉴定化学品的综合能力。

围绕我校能源化学工程专业工程教育专业认证，本文介绍在以学生为中心、以成果为导向的工程教育专业认证的核心理念指导下，《能源化工综合实验》的教学改革及实践。

1、本课程目标具体知识、能力、素质要求

OBE(成果导向)强调“教育产出(学生学到了什么)”，要求按照“反向设计、正向施工”的模式，以培养目标为出发点，合理提出毕业要求，设计课程体系，安排教学内容，采用科学的教学手段和方法，配置教学资源，并通过对达成情况的评价结果进行持续的改进。

能源化工综合实验共支撑以下四个毕业要求观测点：

(1)能够基于科学原理，通过文献研究或相关方法，对能源化学工程领域复杂工程问题的解决方案进行调研和分析。

(2)能够对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论。

(3)理解个人和团队的定位和责任，能够独立或合作开展工作。

(4)具有组织和协调的能力，能够指挥团队开展工作。

我们遵循“反向设计”的模式，即毕业要求→教学要求→教学内容，依据课程特点和知识、能力、素质要求，共制定了以下四个课程目标，分别一一对应支撑上述四个毕业要求观测点：

课程目标1：能够基于能化专业理论知识，根据实验要求，选择合适的研究路线，参考现有的实验装置，设计出铜基催化剂制备的实验方案，以及合成气制甲醇工艺的实验方案；能够根据设计的实验方案，选用合适的实验装置，并采用科学的实验方法，安全开展铜基催化剂制备实验。培养学生应用所学知识设计和开展实验的能力。

课程目标2：能够利用现有煤气化实验装置，基于煤化工知识，采用正确的实验方法开展煤气化综合实验，然后利用气相色谱仪进行煤气成分分析，并通过外标法根据标准气得到各组分的具体含量。通过实验培养学生应用所学知识合成和分析测试化学品的能力。

课程目标3：通过分组开展铜基催化剂制备及煤气化和煤气成分分析等团队实验，使学生在团队实验中能够理解并胜任团队中个人角色的定位与责任，完成团队分配的实验工作，培养学生团队协作的精神。

课程目标4：在铜基催化剂制备及煤气化和煤气成分分析等团队实验中，学生能够倾听其他组员的意见，并能够在实验中针对设备调节和具体实验条件等与大家进行沟通交流，并能主动承担责任，互相合作共同完成实验。培养学生的组织管理能力。

2、能源化工实验室介绍及实训项目

对学生而言，工程教育认证的目的是工程学位(学历)和工程师资格得到国际认可，可以参与国际项目和跨国团队工作，其最终目的是提高学生分析、解决复杂工程问题的能力。而实训基地能使学生得到实实在在的锻炼，发生质的飞跃，是培养应用型人才的重要场所[2]。我院能源化工实验室作为能源化学工程专业的校内实训基地，经过近几年的不断建设，现有面积124平米，主要包括煤炭绿色转化及煤基化学品合成的综合实验。主要仪器设备包括用于煤炭绿色转化的煤气化综合实验装置，用于煤基化学品合成的煤气合成低碳醇实验装置，用于煤气化产品检测的气相色谱仪，用于煤气合成低碳醇等固相催化剂制备研究的电子天平、智能马弗炉、电热恒温鼓风干燥箱等仪器设备，实验设备总价值约156余万元。基于能化实训基地现有实验设备，《能源化工综合实验》共安排有以下四个实训项目：

(1)铜基催化剂制备实验：以硝酸铜、硝酸锌等为原料，二氧化硅或硅藻土为载体，选择合适的研究路线，研究制备煤气合成低碳醇的铜基固体催化剂。

(2)煤气化综合实验：利用煤气化综合实验装置，以煤粉为原料进行煤的气化实验。

(3)煤气成分分析(气相色谱法)：利用GC7900气相色谱仪，用气相色谱法分析煤气组分。

(4)合成气制甲醇工艺设计实验：以煤气合成低碳醇实验装置，设计利用铜基固体催化剂，以CO、H2等反应用气为原料合成甲醇的实验。

以上实训项目，既有研究性和设计性实验，又有综合性实验，这样做的好处是既解决了因实验条件限制(合成气制甲醇需要使用易燃易爆气体高压操作)导致某些实验无法正常开展，又能使学生深刻体会到煤化工研究项目的实际应用情况，从而为学生毕业后升学深造或者从事化工产品的研发奠定坚实基础。通过综合实验的训练，一方面使学生进一步巩固和加深所学的能源化工基本理论知识，并且提高了团队协作精神和团队组织能力;另一方面也使学生能够熟练掌握化工实验基本技能，进一步提高他们对实验现象分析、归纳和总结的能力，为今后从事相关的科技工作打下良好的基础[3]。

3、课程评价体系改革

在专业认证之前，学生实验课程的成绩评价体系较为单一，实验课程成绩评定的最主要依据便是实验报告，这既不够科学合理，也并不能满足专业认证的相关要求。基于工程教育认证的OBE理念，本专业围绕《能源化工综合实验》的课程评价体系进行了改革[4]。现在本课程的学习成果与对应知识点以及课程具体评价方式如下。

具体考核内容和方式如下：

3.1实验提问

本课程的实验提问主要是针对各实验项目，通过提问考察学生对实验原理、设备和工艺条件等的掌握情况，实验提问总分为10分。

3.2实验开题报告

本课程的实验开题报告，主要是针对铜基催化剂制备的研究性实验，能够基于专业理论知识，根据实验要求，通过检索资料，选择合适的研究路线，设计可行的实验方案，选用合适的实验方案。实验开题报告总分为10分。

3.3实验过程表现

本课程的实验过程表现包括操作能力和团队组织协作两部分，操作能力是对学生实验操作能力的考核；团队组织协作包括团队协作和团队组织：团队协作能力是指能够理解并胜任团队成员的角色定位与责任，完成团队分配的工作；团队组织能力是指倾听其他组员的意见，与他们进行有效的沟通，互相合作完成实验的能力。团队型实验(煤气化及煤气成分分析实验和催化剂制备实验)的实验报告成绩要按百分比分配给团队组织和协作的课程目标。其中：操作能力占10%，团队协作占5%，团队组织占5%，实验过程表现总分为20分。

3.4实验报告

本课程的实验报告成绩根据学生在实验过程的积极主动性、实验方案可行性、实验设备调试合理性、实验参数设置合理性和实验操作的规范性，以及实验结果和讨论，结合学生撰写的实验报告情况综合打分。实验报告成绩构成：20%(煤气化综合实验)+15%(煤气成分分析)+15%(铜基催化剂制备实验)+10%(合成气制甲醇工艺设计实验)，实验报告总分为60分。

4、教学改革及实施后的教学效果

基于工程教育认证以学生为中心的理念，对于研究性实验(铜基催化剂制备实验)，不给学生提供具体的实验指导材料。要求学生在实验前根据实验要求，选择合适的研究路线，参考现有的实验装置，设计出铜基催化剂制备的具体实验方案，并撰写完成开题报告，再参照自己设计的实验方案，并采用科学的实验方法，安全开展铜基催化剂制备实验。对于合成气制甲醇工艺设计实验，也要求学生通过查阅文献并参照现有实验设备以参照小论文的形式撰写报告，我们参照标准论文格式对实验报告的格式内容等细化了具体要求。

为了更好地锻炼学生的团队组织协作能力，我们动员学生自由分组(每组4人左右)，在整个实验过程中都以小组为单位开展。我们还对实验提问、操作能力，以及团队组织协作都提高了分值，增加实验开题报告作为平时成绩的一部分，平时成绩分值占比达到40%。

对本课程进行教学改革后，我们在能化2017级开始推行，取得了良好的教学效果：

(1)在实验前同学们以小组为单位，根据实验要求，通过查阅文献，选择了合适的研究路线，并设计出了铜基催化剂制备的具体实验方案，完成开题报告，在实验室也以小组为单位，参照设计的实验方案，安全开展了铜基催化剂制备实验。后续的煤气化综合实验、煤气成分分析(气相色谱法)等也按照上述方式分组开展实验。培养了他们应用所学知识设计和开展实验，合成和分析测试化学品的综合能力。

(2)通过加大实验提问、操作能力，以及团队组织协作等的分值，我们可以更客观地评价学生对实验基础知识的掌握程度，以及他们在实验过程中表现的综合能力。由于对开题报告、实验报告的格式和内容有更详细的要求，并加强了中间的检查环节，同学实验报告完成质量要明显好于上一届。能化2017级课程目标1达成度从上一届的79%提高到83%，课程目标2达成度也达到了81%。

(3)学生分小组(每组选出小组长)开展实验，同学在实验准备、调试设备以及开展实验过程中能够互相帮助，答疑解惑。几名同学共同完成实验课题，不仅能锻炼学生的合作协调能力，更能让他们在实验中培养文献查阅、实验设计实施、现象观察及数据处理、特性表征等一系列综合能力。让学生回归实验的主角地位，增强实验的积极性和创新性[5]。本届同学团队协作和组织的达成度分别达到了83%和82%。

5、结语

我们围绕工程教育专业认证背景，根据《能源化工综合实验》课程所支撑的毕业要求观测点，通过反向设计，制定了课程目标具体的知识、能力、素质要求。根据能源化工实验室的现有情况，基于工程教育认证的OBE理念，制定了面向产出导向的课程评价指标体系。通过教学改革，增加了实验开题报告环节，加强了实验平时过程的考核，并对实验报告格式内容等细化了具体要求。通过在能化2017级推行新教改课程，取得了良好的教学效果，为培养能源化工专业领域人才奠定了实践基础。

参考文献：

[1]周晨亮，赫文秀，吴刚强．工程教育认证对《化工专业综合实验》教学改进的研究[J].广东化工，2021,48(2):197-198.

[2]李月红，原怀保．工程教育认证下化工综合实验平台的建设与实践[J]．广州化工，2020,48(23):181-182.

[3]李娟，于欣，汤雁婷，等．新工科背景下化工专业综合实验教育改革探索[J].河南化工，2020,37(12):59-60.

[4]邓人攀，李燕，王绪根，等，工程认证背景下化工专业综合实验的教学改革与实践[J]．教育现代化，2019,6(72):85-88.

[5]李雁，林春绵，沈元．OBE理念下的环境工程专业综合实验"项目式"教学改革探索[J]．教育现代化，2020,7(36):72-74.

文章来源：李强.工程教育认证下能源化工综合实验的教学改革与实践[J].广东化工,2021,48(12):230-231+264.