专业认证背景下化工分离工程教学改革实践探索

　工程教育专业认证是推进工程教育改革，提高工程教育质量，促进中国工程教育的国际互认，提升我国工程技术人才的国际竞争力的重要抓手[1-4]。化工分离工程作为化学工程与工艺专业必修的专业基础课程之一，通过多组分物系分离的特性分析和工程计算，为分离过程的选择奠定基础，培养了学生对实际问题分析能力和工程计算能力，提高解决实际问题的能力。在工程教育专业认证中，化工分离工程将支撑工程知识、问题分析以及设计/开发解决方案等3个毕业要求。因此，化工分离工程的教学改革与实践效果直接关系到工程教育专业专业的质量。
2016年本专业首次通过了全国工程教育专业认证，有效期为三年，2018年又提交申请进行第二轮全国工程教育专业认证。本文在工程教育专业认证背景下，以本专业的化工分离工程课程教学为例，探讨了化工分离工程课程“教什么，为何教”、“怎么教，为何这么教”和“教得怎样，为何教成这样”等问题，以期实现化工分离工程对本专业毕业要求的支撑，达到培养高质量化工技术人才的目标。
1、专业认证背景下化工分离工程课程“教什么，为何教”
在化工专业认证背景下，根据我校本科教育定位、专业定位、专业学科支撑以及专业人才的社会需求分析，确定了我校化学工程与工艺专业人才培养目标。依据本专业培养目标，确定了学生毕业时应该掌握的知识、能力、素质等12条毕业要求，换句话说，明确了“学生能做什么？学生该做什么？学生会做什么？”。根据本专业培养目标和确定的毕业要求，在反复讨论的基础上，确定了该课程支撑12条毕业要求中工程知识、问题分析以及设计/开发解决方案等3个毕业要求和对应的指标点。同时，确定了化工分离工程在支持该指标点的目标值(毕业要求2达成度的目标值见表1)。
本课程支撑的毕业要求和指标点为：
工程知识：1.4能够将专业知识用于解决复杂化学工程问题；
问题分析：2.1能够应用数学、自然科学知识，掌握化学工程课程的基本原理；
设计/开发解决方案：3.2能够通过建模进行单元过程的工艺计算与设备设计计算。

表1 毕业要求2 达成度的目标值
2、专业认证背景下化工分离工程课程“怎么教，为何这么教”
2.1课程教学目标的修订
根据本课程支撑的毕业要求和指标点，分析化工分离工程课程性质的基础上了修订了本课程的课程目标，构建了具体的课程目标对毕业要求的支撑关系，如表2所示。
课程教学目标：化工分离工程是化学工程与工艺专业的一门专业基础课。通过本课程的教学，使学生具备下列能力：
(1)掌握分离工程的基本理论和分离操作的特点。
(2)正确选择简捷和严格数学模型方法进行优化计算。
(3)运用分离基本理论知识去分析及解决复杂分离工程技术问题的能力。

表2 化工分离工程课程目标对毕业要求的支撑关系
2.2教学内容的调整
根据本课程修订的教学目标，对课程教学内容分别从每一章教学要求、学时、教学方式以及对应的教学目标进行了调整，明确每一块教学内容对本课程教学目标的支撑。
以第一章为例，之前的教学内容为：
第一章：单级平衡分离过程。包括相平衡基本理论；多组分物系的泡点和露点计算；闪蒸过程的计算。
修订后的教学内容如表3所示：

表3 修订后化工分离工程教学内容
2.3教学过程的探索
化工专业认证很重要的一个考核指标是让学生学会解决复杂工程问题的能力，而复杂工程问题必须具备特征“必须运用深入的工程原理经过分析才能得到解决”，同时具备其他特征6条的部分或全部满足。为了培养学生具备解决复杂工程问题的能力，我们从师资队伍的实践能力提升、课程教学方式的探索以及强化现代软件在计算过程的应用等方面进行了实践探索。
(1)师资队伍的实践能力提升：教师的工程经验及实践能力是学生解决复杂工程问题能力培养的保证，从事化工分离工程教学工作的4位教师全部具有化工类专业的学历，并且全部具有工程实践经历或者企业合作项目经历。除4位专职教师外，本课程在吸收塔和精馏塔设计中邀请校外具有工程背景、符合条件的专业技术人员参与教学工作。

(2)课程教学方式的探索：改变传统的“教师讲、学生听”课堂教学模式，本课程在教学过程中每一章课前会布置课程相对应的一个工程案例，让学生通过查资料，了解相应知识以及解决思路，一章结束后又通过分组讨论，最后提交一个解决方案。让学生积极参与进来，提高了学生的学习主动性，增强了学生分析解决问题的能力、工程实践能力和团结协作能力。同时，在上课过程中，将简单的概念通过分析的方法最后提炼出该概念。比如，在讲解精馏分离特点时，引入了“有一烃类混合物送入精馏装置进行分离，进料组成和相对挥发度α值如下，现有A、B两种方案可供选择，你认为哪种方案合理？为什么？(异丁烷α=1.24；正丁烷α=1.00；戊烷值α=0.34)”。引导学生进行分析，理解相对挥发度的大小对精馏分离设备和能耗的影响，掌握精馏分离的特点。
(3)强化现代软件在计算过程的应用：现代化工软件已经广泛应用到化工设计、科研和生产等各个领域，大部分化工设计计算和实验研究都需要借助先进的化工软件。在化工分离工程中会涉及很多试差法计算，比如，泡露点温度的计算、闪蒸的计算、精馏和吸收的简捷计算方法以及严格计算方法等，在给学生布置作业的时候，让学生分成两个小组，一部分同学通过手算，而另一部分同学通过AspenPlus软件计算，最后对计算结果进行比较，让学生理解计算思路和软件计算原理。这些现代化工软件的辅助学习不仅培养了学生的学习兴趣，同时，也为后续的化工设计等课程的学习打下基础，增强了工程意识。
3、专业认证背景下化工分离工程课程“教得怎样，为何教成这样”
在专业认证背景下，对该课程的考核方式也发生变化，引导学生通过分析解决复杂工程问题的能力。比方说，在考试内容中考察清晰分割这个概念，以前的考核方式一般为“清晰分割的基本思想是什么？按照清晰分割请写出下列物系在塔顶以及塔底的物系分配”。只要学生能够记着这个概念就可以回答，而现在是通过“已知第一脱甲烷塔的进料组成及操作条件下各组分的相平衡常数如下表所示，要求加料量为100kmol/h，甲烷在塔顶蒸出率为98%，乙烯在塔釜回收率为96%，试用清晰分割方法估算馏出液和釜液流量及组成”方式来进行考核，学生必须要分析问题，找到解决该方案的理论基础才能回答该问题。
同时，在制定修订的化工分离工程课程教学大纲中，确定了本课程的考核及成绩评定方式，教师按照大纲组织考核活动及成绩评定。课程结束后，教师对教学活动和考试成绩进行评价，这个评价体现在课程总结、成绩分析和毕业要求达成度评价表中。以指标点2为例说明课程《化工分离工程》对毕业要求达成度评价，具体见表4。

表4 课程化工分离工程对毕业要求达成度评价
通过对化工分离工程教学环节达成度评价的分析，及时提出相应地持续改进措施，以用于下学年课程教学过程中，提高学生培养质量。具体见表5。

表5 课程《化工分离工程》持续改进措施