PBL融合复杂工程问题的实践探讨

徐冬梅，刘  烨

（上海工程技术大学，上海  201620）

摘  要：工程教育认证的倡导理念和认证工作已经在国内各高校中广为人知，其根本目标是培养学生解决复杂工程问题的能力。然而工程教育认证工作在推进的过程中，仍然存在着不少问题，本文分别从培养方案设置、教师工作经历、学生知识储备等方面就教学过程中影响培养目标的因素进行了分析。并以酯化反应温度控制为例，详细分析了PBL教学思想引领下，化知识点入工程项目，引导学生主动学习和跨学科运用相关知识，构建系统的知识体系，面对复杂工程问题时，能够从容应对。

关键词：PBL教学方法，复杂工程问题，工程教育认证，酯化反应

作者简介：徐冬梅(1984—)，女，江苏东台人，讲师，研究方向为智能预测控制。刘烨(1984-），女，河南驻马店人，副教授，研究方向为非线性系统控制。

支持项目：教育部产学合作协同育人项目(220906058145626) 新工科智能控制师资培训；校级产教融合协同育人建设项目(r202302001) 构建基于德育导向的自动化类专业应用型人才培养新模式

引言

为进一步提高我国工程教育质量及适应国际工程教育发展变化趋势，近几年来国内高校很多专业都在积极申请工程教育认证。工程教育认证倡导三大基本理念：学生中心、产出导向和持续改进。这三大基本理念强调围绕培养目标和毕业要求的达成来设置各个教学环节及进行资源配置，专业教学设计和教学实施要以学生的学习成果为导向，建立有效的质量监控和持续改进机制，推动专业人才培养质量不断提升。检验工程教育认证成效的基本要求还得是落实在培养学生解决复杂工程问题的能力之上。

1 教学现状分析

1.1 过于重视知识的全面性和类别化，忽视学科交叉的实用性

现行各专业的培养方案中，大一多为各学科的基础课程，大二即进入各专业方向的课程学习中，大三、大四所安排的课程都与专业核心课程相关度极高，且力求知识点尽可能全面细化。这会导致学生对自己专业的知识了解较多，而对其他学科与本专业之间的相关性却知之甚少。这不仅忽视了各学科交叉融合的实际现状，也不利于学生在面临多学科交叉问题时积极主动地进行知识衔接。

1.2 高校教师多重理论研究，欠缺工程实践经验

目前高校教师大多来源于高校博士毕业生。他们师承名师指点，在理论研究方面各有专长。因此，他们在培养学生理论分析和逻辑推导方面尤其突出。他们对于工程技术能力掌握较好，但实际工程中工程技术可能并不复杂，对于工程技术之外的实践部分却欠缺经验。从全面培养学生解决复杂工程问题的视角来看，教师自身的跨学科知识和工程实践经验尚有不足。

1.3 学生学科交叉基础薄弱，融合应用能力有待提升

实践应用是知识点掌握及提升的重要环节，虽然我们的培养方案中不断提高实践环节的学时占比，但由于各课程之间知识点的划分过于明确，实践环节均经过精心设计，以突出本课程的实践需求，对于其他课程知识点的储备需求并不明确。以至于，学生在完成了各课程的学习后，依然不能建立与其他课程的关联性。这也导致学生在参与跨学科竞赛时，表现出相关能力的不足，打击了学生参加学科竞赛的热情，影响了他们的创新性和探索性。

2 教学改革举措

“工业过程控制”是自动化、电气工程及其自动化、过程装备及其自动化等专业中的传统且核心方向，该方向的一个主要特点是与工业生产过程联系紧密，其应用领域直接对接船舶、电力、核工业、冶金、石化、医药等生产过程。《过程控制系统》是“工业过程控制”方向的一门综合性的专业特色课程。为避免因循守旧，我们希望是以项目驱动式的形式来开展教学，在项目工程的目标引领下，带动学生主动去学习完成项目所需要的理论基础和技术能力。下面将以该课程中的一个酯化反应温度控制案例为例，讲解我们的改革思路。

2.1 项目背景介绍

酯是一种具有香气的挥发性液体，可作为工业溶剂、提取剂和香料原料等。酯可通过酸和醇的酯化反应来产生。一般来说，酯化反应需在一定的温度范围内进行，如60°C~70°C。在这个温度范围内，反应速率较快，产物的选择性较好，产率也较高。

在这个酯化反应中，采用燃气锅炉提供蒸汽为反应釜加热，通过控制反应釜内的温度来控制酯化反应所需的环境温度。为了保证反应物的纯度，锅炉蒸汽与反应混合物采用间接传热的形式，这里反应釜可看作工业生产中的常用设备：换热器，主要实现不同介质之间的热量交换和传递，使流体的温度能够满足工艺流程指标，保证生产过程的顺利进行。换热器的正确安装和使用、各参数的过程控制以及性能改善都对能源的有效利用及开发有着十分重要的意义。这里通过反应釜与换热器之间的角色映射，让学生明了反应釜的特性可以追溯到常见的换热器。

（徐冬梅）PBL融合复杂工程问题的实践探讨.pdf