化學(xué)工程CDIO教育模式

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1《化學(xué)工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)現(xiàn)狀與問題

在當(dāng)前高等工程教育中，越來越多的人們意識到，學(xué)生除了要具有扎實的專業(yè)技術(shù)知識，還必須擁有良好的團隊協(xié)作精神、系統(tǒng)分析及實際動手能力，以便適應(yīng)現(xiàn)代化工程團隊、新產(chǎn)品及新系統(tǒng)的開發(fā)需求。《化學(xué)工程基礎(chǔ)》課程理論性強，又較抽象，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中興趣不足，普遍感覺知識難以理解和掌握，缺乏系統(tǒng)的分析思路。目前，化學(xué)工程基礎(chǔ)教學(xué)主要存在以下問題[3,6]：（1）授課主要以講授理論知識為主，學(xué)生接觸實踐環(huán)節(jié)少，缺少對學(xué)生工程能力的訓(xùn)練；（2）授課方法單一，是一種完全以教師為中心的傳授接受式教學(xué)模式，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)度學(xué)習(xí)積極性；（3）教學(xué)中驗證性內(nèi)容偏多，設(shè)計性、綜合性和探索創(chuàng)新性實驗內(nèi)容偏少，影響學(xué)生探討問題的積極性和創(chuàng)新能力的提高；（4）知識點之間缺乏有效的銜接和延伸,不利于學(xué)生理解單元操作過程原理深層次的內(nèi)涵,更不利于掌握和應(yīng)用基礎(chǔ)知識；（5）“工程”概念模糊?；どa(chǎn)的過程是復(fù)雜的，需要具體問題具體分析，而問題通常很難在理論學(xué)習(xí)中找到答案，缺乏實踐經(jīng)驗的學(xué)生對此就會有理論與實際相脫節(jié)的錯覺，不容易形成“工程”概念。學(xué)生工程能力的培養(yǎng)不僅在于對工業(yè)生產(chǎn)的了解、積累經(jīng)驗,更需要掌握工程科學(xué)研究方法和工程經(jīng)驗的意義，以此提高綜合運用知識和技能解決生產(chǎn)問題的能力。現(xiàn)有的化學(xué)工程基礎(chǔ)教學(xué)體系存在著各種不足和弊端，與當(dāng)前社會對化工專業(yè)人才的要求尚存在一定的差距。將cdio理念與其教學(xué)體系相結(jié)合，彌補不足之處，是解決各種弊端的有效辦法。

2《化學(xué)工程基礎(chǔ)》課程中CDIO教學(xué)模式的實踐與體會

2.1轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念

在CDIO理念中，培養(yǎng)學(xué)生工程概念是一個關(guān)鍵的步驟。首先要給學(xué)生一個大工程概念，使學(xué)生從感性上認識到這門課程在整個化學(xué)工業(yè)中是解決什么問題的。教師應(yīng)參與更多的工程項目，在提升自身產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生的興趣和專業(yè)能力。由于化工過程影響因素多，制約因素多以及經(jīng)驗公式與經(jīng)驗數(shù)據(jù)多，在教授的時候，需要理論聯(lián)系實際，逐步深入，突出工程設(shè)計的意識和思維過程，即強化設(shè)計型問題。這既突出了各單元操作學(xué)習(xí)的目的性、真正弄清各單元操作工程理論的來龍去脈、培養(yǎng)了學(xué)生的工程設(shè)計能力，同時又鍛煉了學(xué)生分析解決工程操作型問題的能力。另外，通過化工基礎(chǔ)的單元操作過程仿真模擬軟件，以加強書本知識與工程實際之間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀點。

2.2問題式驅(qū)動教學(xué)，理論聯(lián)系實際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力

與一些理論性較強的基礎(chǔ)課如高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)及物理化學(xué)等不同，《化學(xué)工程基礎(chǔ)》具有很強的實踐性，在石油、冶金、輕工、制藥等工業(yè)中都有廣泛應(yīng)用。聯(lián)系生產(chǎn)實例描述化工原理對化工研究、設(shè)計和生產(chǎn)過程的指導(dǎo)作用，使學(xué)生充分認識到這門課程的重要性，激發(fā)起他們強烈的求知欲和學(xué)習(xí)興趣[7]。讓學(xué)生感到學(xué)以致用，學(xué)好它受益匪淺，從而明確學(xué)習(xí)目的，勇于克服學(xué)習(xí)中遇到的困難，取得良好的學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)方法上，教師要明確所授課程在本專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中的地位和作用，以及學(xué)生學(xué)習(xí)本課程應(yīng)該掌握的基本知識和能力。《化學(xué)工程基礎(chǔ)》這門課的綜合性強，涉及到多門學(xué)科，概念多，物理量多，公式多，方法多，而且計算繁雜，尤其是對課程中半理論、半經(jīng)驗公式和準數(shù)關(guān)聯(lián)式感到頭疼，學(xué)習(xí)起來不得要領(lǐng)，很多初學(xué)者普遍覺得比較難學(xué)[8]。在教學(xué)中針對這些可能出現(xiàn)的問題，要鼓勵學(xué)生提前做好預(yù)習(xí)，對將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容有個大致了解，帶著問題學(xué)習(xí)。筆者采用每章節(jié)講授前布置一個與實際關(guān)聯(lián)的問題，章節(jié)結(jié)束后讓同學(xué)們做出自己的設(shè)計思路，這一方法大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。例如，在講授流體的流動與輸送前，要求同學(xué)們分組設(shè)計一個水利設(shè)施，利用流體力學(xué)的原理，不輸入其他的外能將河水輸送到3米高的岸堤上；在講傳熱過程時，要求同學(xué)們章節(jié)結(jié)果后分組設(shè)計一個水泥高溫回轉(zhuǎn)窯保溫層的方案。另外教師在授課過程中也要有所偏重，突出重點，下一次上課之前帶領(lǐng)學(xué)生對上次課的主要內(nèi)容進行回顧和討論，使學(xué)生對每一章節(jié)的內(nèi)容串聯(lián)起來，掌握本章節(jié)的知識鏈。這樣不僅提高了教學(xué)效果，還間接培養(yǎng)了學(xué)生概括總結(jié)和自學(xué)能力。在課后復(fù)習(xí)過程中，教師也要鼓勵學(xué)生自己把公式推導(dǎo)一遍，在推導(dǎo)的過程中不知不覺加深了對知識的理解，養(yǎng)成思考和分析問題的習(xí)慣。

2.3以項目為中心的實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

為了提高學(xué)生綜合運用所學(xué)專業(yè)知識分析、解決實際問題的能力，我們在教學(xué)中采用以項目為導(dǎo)向的教學(xué)。項目教學(xué)是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學(xué)活動，它將學(xué)習(xí)者融入有意義的任務(wù)完成過程中，讓學(xué)生有目標地自主學(xué)習(xí)；同時要求學(xué)生通過自己的實踐進行知識建構(gòu)和技能訓(xùn)練。教師根據(jù)學(xué)生的狀況、教學(xué)目的和內(nèi)容，結(jié)合知識點，制定具有實用性的項目。按照化工開發(fā)的過程，首先提出項目任務(wù)設(shè)想，與學(xué)生一起討論項目的目標和任務(wù)。然后確定項目完成的功能，使學(xué)生帶著明確的目的汲取知識，減少學(xué)習(xí)的盲目性。隨著教學(xué)內(nèi)容的展開，教師依據(jù)綜合項目安排大部分子項目內(nèi)容的講授。最后指導(dǎo)學(xué)生以小組的形式進行項目擴展和鏈接，生成一個綜合項目。例如，在講傳熱過程和傳熱設(shè)備時，我們與同學(xué)們一起確立了一個開發(fā)項目：高溫回轉(zhuǎn)窯由于窯內(nèi)溫度往往較高（1400℃以上），且處于運動過程中，如何測量窯內(nèi)氣氛溫度并不是一件容易的事。要求通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)設(shè)計一個測溫裝置，通過測量高溫回轉(zhuǎn)窯的表面溫度，從而探測回轉(zhuǎn)窯內(nèi)表面氣氛溫度。經(jīng)過同學(xué)們的努力，學(xué)生們運用本章節(jié)知識，成功設(shè)計了一個測溫裝置，并給出了該測量儀的測量原理和爐內(nèi)氣氛溫度的計算公式。學(xué)生們正在將該成果申報學(xué)校的課外科技創(chuàng)新活動成果獎，并且已形成實用新型專利申報書準備申報專利。通過項目為中心的實踐教學(xué)方法，不僅使學(xué)生認識到了知識是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，也加深了對講授內(nèi)容的理解和掌握，大大提升了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和成就感。

2.4以實用為導(dǎo)向的教學(xué)，加強工程實踐性，培養(yǎng)解決實際問題的能力

教學(xué)要從實用性激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)解決實際問題的能力。《化學(xué)工程基礎(chǔ)》是高?；瘜W(xué)化工及相關(guān)專業(yè)類學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它是基礎(chǔ)理論課向工程專業(yè)課過度的橋梁。由于課程理論性強，又較抽象，加之同學(xué)們沒有工程設(shè)計和工藝管理經(jīng)驗認識，往往感覺知識難以理解和掌握，缺乏系統(tǒng)的分析思路。在教學(xué)過程中，實例可大大激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。例如，在講授流體的流動與輸送時，組織同學(xué)們分組討論桂林遇龍河水利設(shè)施，結(jié)合本章節(jié)內(nèi)容分析該水利設(shè)施是如何利用流體輸送原理達到不輸入外能的條件下、利用河水的機械能將水輸送到2米高的岸堤上的原理。這一上世紀50年代建成的永久性水利設(shè)施大大調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時我們增設(shè)開發(fā)項目，組織課堂外的競賽，按小組方式，假想自己是水利工程師，仿照桂林遇龍河水利設(shè)施提出設(shè)計方案，如何改進才能利用河水的機械能將水輸送到4米高的岸堤上。另外，通過講授江蘇昆山某公司加熱反應(yīng)器的工藝選型和操作條件選擇的實際案例，使同學(xué)們懂得了實際工作中本課程知識的實用性。通過實用為導(dǎo)向的教學(xué)，大大激發(fā)學(xué)生的興趣，也提高了解決實際問題的能力和增加了對課程知識的認識。

2.5開放創(chuàng)新型實驗的教學(xué)，培養(yǎng)動手能力和實踐能力

化工實驗是《化學(xué)工程基礎(chǔ)》課程的重要組成部分，它是理論與產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的重要過程，學(xué)生對這門課的掌握直接關(guān)系到實踐能力。實驗教學(xué)突出對學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，不僅僅局限于基本的實驗課程安排,更需要注入科研以及工程應(yīng)用的意識；不僅僅是動手能力，更需要全面培養(yǎng)手腦協(xié)調(diào)、手腦并用、手腦并重的實驗?zāi)芰涂茖W(xué)素質(zhì)。在CDIO執(zhí)行標準中，只有主動學(xué)習(xí)和經(jīng)驗學(xué)習(xí)方法才能有效促進專業(yè)目標的達成，才能使學(xué)生思考和解決問題的能力在教學(xué)中得到體現(xiàn)。目前，我校化學(xué)化工教研室已建起了初具規(guī)模、設(shè)備較為先進的化工實驗室,對于學(xué)生了解離心泵、板式精餾塔、填料吸收塔、換熱器和板框過濾器等化工設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及操作特點十分有益。通過對設(shè)備的操作和儀表的使用，不僅能加深學(xué)生對化工基礎(chǔ)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，還有利于提高學(xué)生的動手能力和實踐能力，而且進一步強化了學(xué)生的工程觀念。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)是由教師先講解實驗原理、實驗步驟及注意事項，然后由學(xué)生分組進行實驗，按照固有的操作，得到預(yù)計的實驗結(jié)論，學(xué)生完全處于被動角色，實驗教學(xué)并不能達到預(yù)計的效果。在教學(xué)中，我們改變單一的教學(xué)模式，采用多層次、開放式教學(xué)，統(tǒng)籌安排實驗教學(xué)和理論教學(xué)，合理分配課時，留給學(xué)生思考的時間。通過推行選題模式，使學(xué)生組成合作團隊參與到實驗教學(xué)的設(shè)計中，讓學(xué)生自己思考、設(shè)計實驗過程，以提高學(xué)生的開發(fā)創(chuàng)造能力。開放實驗室給學(xué)生提供了獨立活動的空間，學(xué)生可以針對自己薄弱的項目進行強化練習(xí)，也可以根據(jù)自己設(shè)計的實驗方案進行實驗。教師對整個實驗不進行任何干預(yù)，只有在學(xué)生遇到問題向教師提問時，才給予必要的啟發(fā)和指導(dǎo)，實驗完成后對實驗結(jié)果和實驗報告進行審查和評估。

3結(jié)束語

面對當(dāng)今我國經(jīng)濟和科技的迅猛發(fā)展，高校應(yīng)以培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的實用性人才為目的，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和實踐能力。我?；ぴ碚n程已通過實踐教學(xué)的改革和創(chuàng)新，得了一定的成效，《化學(xué)工程基礎(chǔ)》是該教學(xué)改革和創(chuàng)新成果的延續(xù)和拓展。CDIO理念在強調(diào)學(xué)生理論基礎(chǔ)知識的同時，注重培養(yǎng)學(xué)生理論應(yīng)用能力、團隊合作能力及工程系統(tǒng)掌控能力。本文結(jié)合CDIO教學(xué)理念，針對當(dāng)前《化學(xué)工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)過程中存在的問題，探討了以項目為中心的實踐教學(xué)、問題式驅(qū)動教學(xué)、以實用為導(dǎo)向的教學(xué)以及開放創(chuàng)新型實驗的教學(xué)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的CDIO能力，取得了很好的教學(xué)效果。