基于CDIO工程教育模式下的《化工設(shè)計》課程的教學(xué)

杜長海 馬立國 孫德

摘要：本文介紹了《化工設(shè)計》課程教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，通過CDIO工程教育模式在高等院?；ゎ惐究粕虒W(xué)中的實(shí)踐，分別闡述了CDIO工程教育模式制定化工設(shè)計課程的教學(xué)大綱教學(xué)，如何細(xì)部講授和考評等。教學(xué)實(shí)踐顯示，新教學(xué)模式對學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識、培養(yǎng)專業(yè)能力、提高素質(zhì)具有較好的效果。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)計；CDIO；實(shí)踐

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）11-0188-02

《化工設(shè)計》是面向化學(xué)工程與工藝類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，教學(xué)的目的是通過本課程的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課等方面知識，培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際分析問題、解決問題的能力，同時使學(xué)生掌握設(shè)計計算的基本方法等。以往的講授方法是按照章、節(jié)平鋪直敘地進(jìn)行，但因?qū)W生工程經(jīng)驗(yàn)不足等因素，達(dá)不到真正地培養(yǎng)學(xué)生工程能力的目的。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。迄今為止，已有幾十所世界著名大學(xué)加入了CDIO組織，美國MIT的機(jī)械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教學(xué)大綱，取得了良好效果，按照CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生深受社會與企業(yè)歡迎。CDIO大綱定義了培養(yǎng)學(xué)生的具體指標(biāo)，CDIO標(biāo)準(zhǔn)實(shí)質(zhì)上是一個實(shí)施CDIO培養(yǎng)模式的指引。作為中國第一個全面應(yīng)用CDIO的學(xué)校，汕頭大學(xué)5個工科專業(yè)都按照CDIO大綱和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了教育改革，提出并實(shí)施了以設(shè)計為導(dǎo)向的EIP-CDIO工程教育模式，主要是突出兩個方面：工程創(chuàng)新能力和人文素質(zhì)及職業(yè)道德標(biāo)準(zhǔn)的新型工程技術(shù)人才。筆者在幾年教學(xué)過程中，參照CDIO工程教育模式的12條標(biāo)準(zhǔn)，在《化工設(shè)計》課程上進(jìn)行了探索和應(yīng)用。

一、按照CDIO工程教育模式制定《化工設(shè)計》課程的教學(xué)大綱

課程教學(xué)大綱是根據(jù)課程內(nèi)容及其所處課程體系和教學(xué)計劃的要求編寫的教學(xué)指導(dǎo)性文件，現(xiàn)以《化工設(shè)計》課程中的第二章“化工廠設(shè)計概述”為例對大綱的主要內(nèi)容進(jìn)行修訂如下。

1.CDIO項(xiàng)目。根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況，由學(xué)生自由選擇以下項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)施：①2000噸/年碳酸二甲酯分廠項(xiàng)目建議書編寫。②2000噸/年碳酸二甲酯分廠項(xiàng)目可行性研究報告編寫。③2000噸/年碳酸二甲酯分廠項(xiàng)目工藝流程的選擇。④2000噸/年碳酸二甲酯分廠項(xiàng)目綜述。

2.主要知識點(diǎn)?；ぴO(shè)計的工作程序和建設(shè)程序；化工設(shè)計項(xiàng)目的建議書和可行性報告的編寫內(nèi)容和原則；化工廠工藝流程的選擇方法與原則；化工廠項(xiàng)目設(shè)計的綜述。

3.教學(xué)提示。本章通過多個CDIO項(xiàng)目，本著“做中學(xué)”的原則，在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)施項(xiàng)目的過程中，通過傳授學(xué)生如何搜集與整理資料，逐步展開化工廠設(shè)計概述的學(xué)習(xí)，針對具體項(xiàng)目實(shí)施具體的相關(guān)設(shè)計。

4.重點(diǎn)講解。①項(xiàng)目建議書和可行性研究報告內(nèi)容；②工藝流程選擇原則。

5.檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)選擇的CDIO項(xiàng)目進(jìn)行書面總結(jié)與討論，達(dá)到知識點(diǎn)互惠的目的。

二、基于“項(xiàng)目式”教學(xué)方法

《化工設(shè)計》課程是綜合運(yùn)用已學(xué)過的專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課，如化工原理、物理化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工熱力學(xué)、化工過程分析與合成、機(jī)械設(shè)備、化學(xué)工藝、化工AutoCAD等專業(yè)課程的知識，在現(xiàn)有資源、法律和社會觀念的條件下，討論化工工藝過程開發(fā)設(shè)備的設(shè)計以及工廠的整體設(shè)計。化工設(shè)計是化工類專業(yè)工程教育的本質(zhì)和核心，是培養(yǎng)未來工程師的創(chuàng)新思維和實(shí)踐的手段，也是理論聯(lián)系實(shí)際最主要的通道。

教學(xué)方法采用項(xiàng)目式教學(xué)模式，即第一課時，教師給學(xué)生安排一個團(tuán)隊設(shè)計項(xiàng)目，如2000噸/年碳酸二甲酯分廠設(shè)計，該項(xiàng)目稱一級項(xiàng)目，下設(shè)化工工藝選擇、化工過程設(shè)計、設(shè)備選型與自動控制、化工廠經(jīng)濟(jì)分析與評價、化工廠風(fēng)險分析與預(yù)防、廠址選擇等二級項(xiàng)目。學(xué)生通過自由組合，由6～8人組成一個設(shè)計小組協(xié)同完成工廠設(shè)計任務(wù)，每個設(shè)計組設(shè)小組長1人，組長負(fù)責(zé)統(tǒng)籌整個設(shè)計項(xiàng)目的分工與實(shí)施，同時規(guī)劃整個項(xiàng)目與總結(jié)等。

在教學(xué)過程中，講授、設(shè)計和討論并重，其中講授約占總學(xué)時的■左右。教師在講授了基本的課程內(nèi)容及要點(diǎn)后，各小組學(xué)生根據(jù)二級項(xiàng)目內(nèi)容查找資料、討論設(shè)計內(nèi)容、初步設(shè)計并形成項(xiàng)目報告。每個二級項(xiàng)目結(jié)束后，在討論課上，各小組匯報自己的項(xiàng)目內(nèi)容，其他學(xué)生可提問、點(diǎn)評，最后由教師進(jìn)行總結(jié)。教師在項(xiàng)目設(shè)計過程中要隨時解決學(xué)生提出的各種問題。在討論課中，一方面要把握住方向，另一方面也從中受到啟發(fā)，達(dá)到教學(xué)相長的目的。通過這種教學(xué)形式，學(xué)生真正開動腦筋，互相學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，同時亦培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊合作能力、組織能力和競爭意識。

三、化工過程模擬軟件在化工設(shè)計中的應(yīng)用

化工過程模擬與實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)合是最有效和最廉價的化工過程研究方法?？梢源蟠蠊?jié)約實(shí)驗(yàn)成本，加快新產(chǎn)品和新工藝的開發(fā)過程。在化工廠設(shè)計中，化工過程軟件的模擬也是必不可少的工具，因此在化工設(shè)計課程中應(yīng)該做為重點(diǎn)講授內(nèi)容，適當(dāng)安排相關(guān)計算機(jī)上機(jī)實(shí)際操作，對具體的CDIO項(xiàng)目進(jìn)行物料衡算和熱量衡算模擬等。除此之外，還可以使用相關(guān)軟件進(jìn)行優(yōu)化，比如利用Aspen Pinch進(jìn)行熱集成，實(shí)施熱量集成與優(yōu)化，將化工過程中冷熱物流進(jìn)行匹配優(yōu)化，將系統(tǒng)中冷熱量消化在體系內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約目的。

四、對參加按照CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生建檔管理，跟蹤反饋

將所有參加《化工設(shè)計》課程按照CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生全部建檔管理，每個人都建成電子信息表，包括個人的所有基本信息、工作單位和其他相關(guān)信息等，然后根據(jù)具體信息對其進(jìn)行定期的跟蹤反饋，及時了解相關(guān)企業(yè)對學(xué)生的知識體系、個人能力和工程能力的評價等，并通過交流，總結(jié)寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

五、改進(jìn)傳統(tǒng)的考試方法

考試是評價和改進(jìn)教學(xué)，使之有利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基本途徑；考試是引導(dǎo)學(xué)生主動、創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)的重要手段；考試是檢測和提高學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。因此，科學(xué)合理的、鼓勵創(chuàng)新的、富有活力的考試制度有利于培養(yǎng)高校學(xué)生的創(chuàng)造力，有利于造就建設(shè)創(chuàng)新型國家所需要的創(chuàng)新型人才。我們認(rèn)為，教學(xué)是一個動態(tài)的持續(xù)過程，考試作為教學(xué)質(zhì)量的評價手段，要達(dá)到客觀評價的目的，其評價活動應(yīng)貫穿整個教學(xué)過程，不應(yīng)以一次考試決定成績。為此，團(tuán)隊提出了“做中學(xué)，學(xué)中考”的考核方式，具體做法如下：基于化工設(shè)計課項(xiàng)目式教學(xué)模式的教學(xué)方法，我們對考核內(nèi)容做了合理化分配（見表1），從三個方面進(jìn)行考核，平時成績、設(shè)計報告、期末考試。平時成績占總成績的20%，主要考核學(xué)生出勤、回答問題等課堂表現(xiàn)情況；每一個二級項(xiàng)目完成后，在規(guī)定時間內(nèi)提交完整的項(xiàng)目設(shè)計報告，設(shè)計報告占總成績的50%，是考核的主要部分；期末考試采用閉卷方式，主要考核化工設(shè)計過程中涉及的基本原理、方法、步驟等問題。這種分配方式突出強(qiáng)調(diào)了設(shè)計報告的重要性，弱化了期末考試的分值，這與化工設(shè)計課自身實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)是相適應(yīng)的，學(xué)生通過考核就必須認(rèn)真作好二級項(xiàng)目，不但鞏固了化工設(shè)計的基本理論，又熟悉了相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，這樣就避免了學(xué)生考試突擊現(xiàn)象。幾年來，沒有學(xué)生要求劃范圍、劃重點(diǎn)，考試時也沒有作弊現(xiàn)象。

六、結(jié)束語：

筆者基于CDIO理念下的工程項(xiàng)目制定教學(xué)大綱，就是培養(yǎng)學(xué)生的工程概念、工程意識、分析工程問題、解決工程問題的能力，培養(yǎng)工程業(yè)務(wù)素質(zhì)。該項(xiàng)目的實(shí)踐效果體現(xiàn)在通過基礎(chǔ)科學(xué)理論如何運(yùn)用工程理論的教學(xué)過程中，又體現(xiàn)在如何應(yīng)用工程觀點(diǎn)、工程理論和方法，解決各類工程問題的教學(xué)和訓(xùn)練過程中。并對參加COIO教育模式下的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)跟蹤，與相關(guān)企業(yè)對接，了解企業(yè)需要的工程人才等，然后再在新一輪教學(xué)中不斷進(jìn)行相關(guān)補(bǔ)充與完善，為培養(yǎng)21世紀(jì)具有創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的高素質(zhì)化工人才的目標(biāo)服務(wù)。

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