化學工程CDIO教育模式

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1《化學工程基礎(chǔ)》課程教學現(xiàn)狀與問題

在當前高等工程教育中，越來越多的人們意識到，學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?！痘瘜W工程基礎(chǔ)》課程理論性強，又較抽象，學生在學習過程中興趣不足，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，化學工程基礎(chǔ)教學主要存在以下問題[3,6]：（1）授課主要以講授理論知識為主，學生接觸實踐環(huán)節(jié)少，缺少對學生工程能力的訓練；（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模式，難以激發(fā)學生的學習興趣，調(diào)度學習積極性；（3）教學中驗證性內(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。化工生產(chǎn)的過程是復雜的，需要具體問題具體分析，而問題通常很難在理論學習中找到答案，缺乏實踐經(jīng)驗的學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)有的化學工程基礎(chǔ)教學體系存在著各種不足和弊端，與當前社會對化工專業(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《化學工程基礎(chǔ)》課程中CDIO教學模式的實踐與體會

2.1轉(zhuǎn)變教學觀念，培養(yǎng)學生的工程觀念

在CDIO理念中，培養(yǎng)學生工程概念是一個關(guān)鍵的步驟。首先要給學生一個大工程概念，使學生從感性上認識到這門課程在整個化學工業(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習的目的性、真正弄清各單元操作工程理論的來龍去脈、培養(yǎng)了學生的工程設(shè)計能力，同時又鍛煉了學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)學生的工程觀點。

2.2問題式驅(qū)動教學，理論聯(lián)系實際，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生自學能力

與一些理論性較強的基礎(chǔ)課如高等數(shù)學、物理學及物理化學等不同，《化學工程基礎(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)過程的指導作用，使學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習興趣[7]。讓學生感到學以致用，學好它受益匪淺，從而明確學習目的，勇于克服學習中遇到的困難，取得良好的學習效果。在教學方法上，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，以及學生學習本課程應(yīng)該掌握的基本知識和能力?！痘瘜W工程基礎(chǔ)》這門課的綜合性強，涉及到多門學科，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，學習起來不得要領(lǐng)，很多初學者普遍覺得比較難學[8]。在教學中針對這些可能出現(xiàn)的問題，要鼓勵學生提前做好預習，對將要學習的內(nèi)容有個大致了解，帶著問題學習。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)束后讓同學們做出自己的設(shè)計思路，這一方法大大提高了學生學習的興趣。例如，在講授流體的流動與輸送前，要求同學們分組設(shè)計一個水利設(shè)施，利用流體力學的原理，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)學生對上次課的主要內(nèi)容進行回顧和討論，使學生對每一章節(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效果，還間接培養(yǎng)了學生概括總結(jié)和自學能力。在課后復習過程中，教師也要鼓勵學生自己把公式推導一遍，在推導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慣。

2.3以項目為中心的實踐教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力

為了提高學生綜合運用所學專業(yè)知識分析、解決實際問題的能力，我們在教學中采用以項目為導向的教學。項目教學是師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學活動，它將學習者融入有意義的任務(wù)完成過程中，讓學生有目標地自主學習；同時要求學生通過自己的實踐進行知識建構(gòu)和技能訓練。教師根據(jù)學生的狀況、教學目的和內(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，使學生帶著明確的目的汲取知識，減少學習的盲目性。隨著教學內(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。最后指導學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)的學習設(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)過同學們的努力，學生們運用本章節(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。學生們正在將該成果申報學校的課外科技創(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方法，不僅使學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，大大提升了同學們的學習興趣和成就感。

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

教學要從實用性激發(fā)學生的興趣，培養(yǎng)解決實際問題的能力。《化學工程基礎(chǔ)》是高?；瘜W化工及相關(guān)專業(yè)類學生必修的一門專業(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。在教學過程中，實例可大大激發(fā)學生的興趣，調(diào)動學生的學習積極性。例如，在講授流體的流動與輸送時，組織同學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)動學生的學習積極性。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，使同學們懂得了實際工作中本課程知識的實用性。通過實用為導向的教學，大大激發(fā)學生的興趣，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，培養(yǎng)動手能力和實踐能力

化工實驗是《化學工程基礎(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，學生對這門課的掌握直接關(guān)系到實踐能力。實驗教學突出對學生綜合實驗能力的培養(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、手腦并重的實驗能力和科學素質(zhì)。在CDIO執(zhí)行標準中，只有主動學習和經(jīng)驗學習方法才能有效促進專業(yè)目標的達成，才能使學生思考和解決問題的能力在教學中得到體現(xiàn)。目前，我?；瘜W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，不僅能加深學生對化工基礎(chǔ)課堂教學內(nèi)容的理解，還有利于提高學生的動手能力和實踐能力，而且進一步強化了學生的工程觀念。傳統(tǒng)的實驗教學是由教師先講解實驗原理、實驗步驟及注意事項，然后由學生分組進行實驗，按照固有的操作，得到預計的實驗結(jié)論，學生完全處于被動角色，實驗教學并不能達到預計的效果。在教學中，我們改變單一的教學模式，采用多層次、開放式教學，統(tǒng)籌安排實驗教學和理論教學，合理分配課時，留給學生思考的時間。通過推行選題模式，使學生組成合作團隊參與到實驗教學的設(shè)計中，讓學生自己思考、設(shè)計實驗過程，以提高學生的開發(fā)創(chuàng)造能力。開放實驗室給學生提供了獨立活動的空間，學生可以針對自己薄弱的項目進行強化練習，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，只有在學生遇到問題向教師提問時，才給予必要的啟發(fā)和指導，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)學生的工程能力和實踐能力。我?；ぴ碚n程已通過實踐教學的改革和創(chuàng)新，得了一定的成效，《化學工程基礎(chǔ)》是該教學改革和創(chuàng)新成果的延續(xù)和拓展。CDIO理念在強調(diào)學生理論基礎(chǔ)知識的同時，注重培養(yǎng)學生理論應(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教學理念，針對當前《化學工程基礎(chǔ)》課程教學過程中存在的問題，探討了以項目為中心的實踐教學、問題式驅(qū)動教學、以實用為導向的教學以及開放創(chuàng)新型實驗的教學，以激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的CDIO能力，取得了很好的教學效果。