化学工程CDIO教育模式

1《化学工程基础》课程教学现状与问题

在当前高等工程教育中，越来越多的人们意识到，学生除了要具有扎实的专业技术知识，还必须拥有良好的团队协作精神、系统分析及实际动手能力，以便适应现代化工程团队、新产品及新系统的开发需求。《化学工程基础》课程理论性强，又较抽象，学生在学习过程中兴趣不足，普遍感觉知识难以理解和掌握，缺乏系统的分析思路。目前，化学工程基础教学主要存在以下问题[3,6]：（1）授课主要以讲授理论知识为主，学生接触实践环节少，缺少对学生工程能力的训练；（2）授课方法单一，是一种完全以教师为中心的传授接受式教学模式，难以激发学生的学习兴趣，调度学习积极性；（3）教学中验证性内容偏多，设计性、综合性和探索创新性实验内容偏少，影响学生探讨问题的积极性和创新能力的提高；（4）知识点之间缺乏有效的衔接和延伸,不利于学生理解单元操作过程原理深层次的内涵,更不利于掌握和应用基础知识；（5）“工程”概念模糊。化工生产的过程是复杂的，需要具体问题具体分析，而问题通常很难在理论学习中找到答案，缺乏实践经验的学生对此就会有理论与实际相脱节的错觉，不容易形成“工程”概念。学生工程能力的培养不仅在于对工业生产的了解、积累经验,更需要掌握工程科学研究方法和工程经验的意义，以此提高综合运用知识和技能解决生产问题的能力。现有的化学工程基础教学体系存在着各种不足和弊端，与当前社会对化工专业人才的要求尚存在一定的差距。将CDIO理念与其教学体系相结合，弥补不足之处，是解决各种弊端的有效办法。

2《化学工程基础》课程中CDIO教学模式的实践与体会

2.1转变教学观念，培养学生的工程观念

在CDIO理念中，培养学生工程概念是一个关键的步骤。首先要给学生一个大工程概念，使学生从感性上认识到这门课程在整个化学工业中是解决什么问题的。教师应参与更多的工程项目，在提升自身产业经验的基础上培养学生的兴趣和专业能力。由于化工过程影响因素多，制约因素多以及经验公式与经验数据多，在教授的时候，需要理论联系实际，逐步深入，突出工程设计的意识和思维过程，即强化设计型问题。这既突出了各单元操作学习的目的性、真正弄清各单元操作工程理论的来龙去脉、培养了学生的工程设计能力，同时又锻炼了学生分析解决工程操作型问题的能力。另外，通过化工基础的单元操作过程仿真模拟软件，以加强书本知识与工程实际之间的联系，培养学生的工程观点。

2.2问题式驱动教学，理论联系实际，激发学生学习兴趣，培养学生自学能力

与一些理论性较强的基础课如高等数学、物理学及物理化学等不同，《化学工程基础》具有很强的实践性，在石油、冶金、轻工、制药等工业中都有广泛应用。联系生产实例描述化工原理对化工研究、设计和生产过程的指导作用，使学生充分认识到这门课程的重要性，激发起他们强烈的求知欲和学习兴趣[7]。让学生感到学以致用，学好它受益匪浅，从而明确学习目的，勇于克服学习中遇到的困难，取得良好的学习效果。在教学方法上，教师要明确所授课程在本专业知识结构中的地位和作用，以及学生学习本课程应该掌握的基本知识和能力。《化学工程基础》这门课的综合性强，涉及到多门学科，概念多，物理量多，公式多，方法多，而且计算繁杂，尤其是对课程中半理论、半经验公式和准数关联式感到头疼，学习起来不得要领，很多初学者普遍觉得比较难学[8]。在教学中针对这些可能出现的问题，要鼓励学生提前做好预习，对将要学习的内容有个大致了解，带着问题学习。笔者采用每章节讲授前布置一个与实际关联的问题，章节结束后让同学们做出自己的设计思路，这一方法大大提高了学生学习的兴趣。例如，在讲授流体的流动与输送前，要求同学们分组设计一个水利设施，利用流体力学的原理，不输入其他的外能将河水输送到3米高的岸堤上；在讲传热过程时，要求同学们章节结果后分组设计一个水泥高温回转窑保温层的方案。另外教师在授课过程中也要有所偏重，突出重点，下一次上课之前带领学生对上次课的主要内容进行回顾和讨论，使学生对每一章节的内容串联起来，掌握本章节的知识链。这样不仅提高了教学效果，还间接培养了学生概括总结和自学能力。在课后复习过程中，教师也要鼓励学生自己把公式推导一遍，在推导的过程中不知不觉加深了对知识的理解，养成思考和分析问题的习惯。

2.3以项目为中心的实践教学，培养学生创新能力

为了提高学生综合运用所学专业知识分析、解决实际问题的能力，我们在教学中采用以项目为导向的教学。项目教学是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动，它将学习者融入有意义的任务完成过程中，让学生有目标地自主学习；同时要求学生通过自己的实践进行知识建构和技能训练。教师根据学生的状况、教学目的和内容，结合知识点，制定具有实用性的项目。按照化工开发的过程，首先提出项目任务设想，与学生一起讨论项目的目标和任务。然后确定项目完成的功能，使学生带着明确的目的汲取知识，减少学习的盲目性。随着教学内容的展开，教师依据综合项目安排大部分子项目内容的讲授。最后指导学生以小组的形式进行项目扩展和链接，生成一个综合项目。例如，在讲传热过程和传热设备时，我们与同学们一起确立了一个开发项目：高温回转窑由于窑内温度往往较高（1400℃以上），且处于运动过程中，如何测量窑内气氛温度并不是一件容易的事。要求通过本章节的学习设计一个测温装置，通过测量高温回转窑的表面温度，从而探测回转窑内表面气氛温度。经过同学们的努力，学生们运用本章节知识，成功设计了一个测温装置，并给出了该测量仪的测量原理和炉内气氛温度的计算公式。学生们正在将该成果申报学校的课外科技创新活动成果奖，并且已形成实用新型专利申报书准备申报专利。通过项目为中心的实践教学方法，不仅使学生认识到了知识是创新的基础，也加深了对讲授内容的理解和掌握，大大提升了同学们的学习兴趣和成就感。

2.4以实用为导向的教学，加强工程实践性，培养解决实际问题的能力

教学要从实用性激发学生的兴趣，培养解决实际问题的能力。《化学工程基础》是高校化学化工及相关专业类学生必修的一门专业基础课，它是基础理论课向工程专业课过度的桥梁。由于课程理论性强，又较抽象，加之同学们没有工程设计和工艺管理经验认识，往往感觉知识难以理解和掌握，缺乏系统的分析思路。在教学过程中，实例可大大激发学生的兴趣，调动学生的学习积极性。例如，在讲授流体的流动与输送时，组织同学们分组讨论桂林遇龙河水利设施，结合本章节内容分析该水利设施是如何利用流体输送原理达到不输入外能的条件下、利用河水的机械能将水输送到2米高的岸堤上的原理。这一上世纪50年代建成的永久性水利设施大大调动学生的学习积极性。同时我们增设开发项目，组织课堂外的竞赛，按小组方式，假想自己是水利工程师，仿照桂林遇龙河水利设施提出设计方案，如何改进才能利用河水的机械能将水输送到4米高的岸堤上。另外，通过讲授江苏昆山某公司加热反应器的工艺选型和操作条件选择的实际案例，使同学们懂得了实际工作中本课程知识的实用性。通过实用为导向的教学，大大激发学生的兴趣，也提高了解决实际问题的能力和增加了对课程知识的认识。

2.5开放创新型实验的教学，培养动手能力和实践能力

化工实验是《化学工程基础》课程的重要组成部分，它是理论与产业相结合的重要过程，学生对这门课的掌握直接关系到实践能力。实验教学突出对学生综合实验能力的培养，不仅仅局限于基本的实验课程安排,更需要注入科研以及工程应用的意识；不仅仅是动手能力，更需要全面培养手脑协调、手脑并用、手脑并重的实验能力和科学素质。在CDIO执行标准中，只有主动学习和经验学习方法才能有效促进专业目标的达成，才能使学生思考和解决问题的能力在教学中得到体现。目前，我校化学化工教研室已建起了初具规模、设备较为先进的化工实验室,对于学生了解离心泵、板式精馏塔、填料吸收塔、换热器和板框过滤器等化工设备的基本结构及操作特点十分有益。通过对设备的操作和仪表的使用，不仅能加深学生对化工基础课堂教学内容的理解，还有利于提高学生的动手能力和实践能力，而且进一步强化了学生的工程观念。传统的实验教学是由教师先讲解实验原理、实验步骤及注意事项，然后由学生分组进行实验，按照固有的操作，得到预计的实验结论，学生完全处于被动角色，实验教学并不能达到预计的效果。在教学中，我们改变单一的教学模式，采用多层次、开放式教学，统筹安排实验教学和理论教学，合理分配课时，留给学生思考的时间。通过推行选题模式，使学生组成合作团队参与到实验教学的设计中，让学生自己思考、设计实验过程，以提高学生的开发创造能力。开放实验室给学生提供了独立活动的空间，学生可以针对自己薄弱的项目进行强化练习，也可以根据自己设计的实验方案进行实验。教师对整个实验不进行任何干预，只有在学生遇到问题向教师提问时，才给予必要的启发和指导，实验完成后对实验结果和实验报告进行审查和评估。

3结束语

面对当今我国经济和科技的迅猛发展，高校应以培养适应社会发展的实用性人才为目的，培养学生的工程能力和实践能力。我校化工原理课程已通过实践教学的改革和创新，得了一定的成效，《化学工程基础》是该教学改革和创新成果的延续和拓展。CDIO理念在强调学生理论基础知识的同时，注重培养学生理论应用能力、团队合作能力及工程系统掌控能力。本文结合CDIO教学理念，针对当前《化学工程基础》课程教学过程中存在的问题，探讨了以项目为中心的实践教学、问题式驱动教学、以实用为导向的教学以及开放创新型实验的教学，以激发学生的学习兴趣，培养学生的CDIO能力，取得了很好的教学效果。