基于CDIO理念下的化工原理教學(xué)改革與研究

張 鈺，袁江濤

(信陽師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 信陽 464000)

1 CDIO理念

CDIO工程教育理念是當(dāng)前國際工程教育領(lǐng)域改革和創(chuàng)新的成果。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)行(Operate)，目的在于培養(yǎng)出一批符合社會(huì)需求的實(shí)用型人才。CDIO教學(xué)模式是從產(chǎn)品的研究、開發(fā)到整個(gè)生命周期作為學(xué)習(xí)過程。在這個(gè)過程中，知識(shí)在理論與實(shí)踐結(jié)合的過程中得到加強(qiáng)，從而達(dá)到既掌握理論知識(shí)又學(xué)會(huì)工程實(shí)踐的效果。CDIO模式實(shí)際是一種融案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、問題教學(xué)、主動(dòng)學(xué)習(xí)、產(chǎn)學(xué)研發(fā)合作和團(tuán)隊(duì)合作等為一體的教學(xué)模式[1]。它讓學(xué)生形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)習(xí)慣，并讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中通過練習(xí)與實(shí)踐，將課程之間進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系而實(shí)現(xiàn)相關(guān)的預(yù)定培養(yǎng)目標(biāo)[2]。

2 化工原理教學(xué)現(xiàn)狀分析

2.1 化工原理課程性質(zhì)

化工原理是化學(xué)及相關(guān)專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課。它是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等基礎(chǔ)理論知識(shí)，并將理論知識(shí)與化工生產(chǎn)中各種單元操作問題的分析和解決相結(jié)合的一門工程類學(xué)科。它是引領(lǐng)學(xué)生從基礎(chǔ)走向?qū)嵺`的專業(yè)基礎(chǔ)課，從理論走向工程的技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程兼有理論與技術(shù)的雙重特點(diǎn)，工程背景強(qiáng)，強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)和工程能力的培養(yǎng)，集實(shí)驗(yàn)科學(xué)、理論授課與實(shí)驗(yàn)教學(xué)于一體。

2.2 當(dāng)前化工原理教學(xué)現(xiàn)狀

目前化工原理課程采用教師課堂授課的形式，課程結(jié)束之后再進(jìn)行考試。這使得教師和學(xué)校對(duì)學(xué)生的評(píng)估幾乎完全基于考試結(jié)果。授課過程中主要講授理論知識(shí)，即重理論；而學(xué)生在課程中所接觸實(shí)踐環(huán)節(jié)少，缺少對(duì)工程能力的訓(xùn)練，導(dǎo)致“工程”概念模糊，普遍缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，以致與企業(yè)需求脫鉤。評(píng)價(jià)體系將考試成績視為評(píng)價(jià)學(xué)生能力的唯一標(biāo)準(zhǔn)，缺乏應(yīng)用和實(shí)踐能力的考核[3]。目前的化工原理教育體系存在的這些缺陷和不足，不符合當(dāng)今社會(huì)對(duì)化工專業(yè)人員的要求。這些問題迫切需要研究和解決。此外，對(duì)于工程類學(xué)生來說，最重要的是培養(yǎng)他們將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際解決問題能力和策劃方案的能力，從而提升他們的工程能力和創(chuàng)新能力。因此，以CDIO人才發(fā)展概念為基礎(chǔ)的課程改革，以化工原理教學(xué)的現(xiàn)狀為導(dǎo)向，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)價(jià)值。

3 CDIO理念下化工原理教學(xué)的改革

3.1 構(gòu)建基于CDIO理念下化工原理課程知識(shí)體系

完善的課程體系是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)。對(duì)課程進(jìn)行改革不但是深化教育改革的要求，而且是構(gòu)建CDIO教育體系中極為重要的內(nèi)容[4]。

CDIO工程教育的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生掌握扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)。在CDIO模型下，所建立的以化工原理課程的教學(xué)大綱為基礎(chǔ)的課程理論體系是為化工實(shí)踐服務(wù)而設(shè)計(jì)的。采用CDIO標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)和規(guī)劃培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，將現(xiàn)代工程師的培養(yǎng)方案結(jié)合學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，納入到課程教學(xué)建設(shè)中，注重基礎(chǔ)知識(shí)原理和工程技術(shù)的教學(xué)[5]，增強(qiáng)學(xué)生全方面的工程設(shè)計(jì)能力，同時(shí)培養(yǎng)他們分析、解決問題的能力。在教學(xué)過程中，教師需讓學(xué)生理解化工原理課程應(yīng)該解決的實(shí)際工程問題，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。通過將理論知識(shí)教學(xué)逐步實(shí)施到項(xiàng)目實(shí)踐過程中去，有效解決了“教什么”、“怎么教”的問題，使理論知識(shí)與項(xiàng)目實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。

3.2 運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

傳統(tǒng)的化工實(shí)踐過程中通常是教師指導(dǎo)，學(xué)生按照固有模式進(jìn)行操作，沒有自己的想法也無法主動(dòng)探究，這樣的教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。當(dāng)今社會(huì)發(fā)展飛速，向化工原理教學(xué)過程添加新的教學(xué)元素，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維是歷史必然。比如：教師在理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作的講解過程中，注重啟發(fā)式教學(xué)，在介紹單元操作之后，找出一些現(xiàn)有創(chuàng)新型化工企業(yè)中的單元操作和工藝流程，課堂上與學(xué)生互相分享和討論，并鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過的單元操作設(shè)計(jì)一些簡單的工藝流程[6]。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)充分利用書本知識(shí)，注重理論聯(lián)系實(shí)際，向?qū)W生普及一些最新的科學(xué)研究成果，用最直觀的實(shí)際案例，為學(xué)生提供靈感，從而推動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

3.3 建立多樣地評(píng)價(jià)體系，合理評(píng)價(jià)學(xué)生能力

化工原理教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)應(yīng)用靈活的教學(xué)方式，多樣且靈活的教學(xué)方式可以支持展開學(xué)生各項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)，鼓勵(lì)他們發(fā)展多樣化的經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。然而由于當(dāng)前我國的評(píng)價(jià)體系過于單一，導(dǎo)致很多學(xué)生失去對(duì)本學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，更無從談起多元化發(fā)展。在化工原理課程的教授過程中，由于人數(shù)較多，老師很難做到對(duì)每個(gè)學(xué)生的知識(shí)掌握能力、具體實(shí)驗(yàn)操作能力、解決問題能力、創(chuàng)新能力等進(jìn)行詳細(xì)綜合考察[7]。因此需要注重增加評(píng)價(jià)體系的多樣性，將學(xué)生的自我評(píng)估、小組互評(píng)與教師認(rèn)證相結(jié)合，平時(shí)討論表現(xiàn)和答辯相結(jié)合、學(xué)習(xí)過程的始終伴隨評(píng)估。評(píng)估的內(nèi)容包括學(xué)生的知識(shí)掌握情況、問題分析能力、作業(yè)能力和文本編排能力。

3.4 強(qiáng)化課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)工程理念和綜合能力的培養(yǎng)

CDIO教育模式要求學(xué)生在工程項(xiàng)目的整個(gè)生命周期中進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐。課程設(shè)計(jì)是發(fā)展學(xué)生綜合利用所學(xué)工程知識(shí)分析問題和解決問題能力的一個(gè)重要因素。課程設(shè)計(jì)將最初相對(duì)孤立的理論知識(shí)聯(lián)系起來，培養(yǎng)學(xué)生的工程遠(yuǎn)景，提高學(xué)生的工程素質(zhì)和工程能力。CDIO培養(yǎng)大綱的最后一個(gè)要求就是學(xué)生要具有工程系統(tǒng)能力?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)是教學(xué)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，關(guān)于課程的設(shè)計(jì)，教師需要提供一個(gè)設(shè)計(jì)題目的思路，解釋設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和目的。學(xué)生選擇自己感興趣的課題進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如污水處理過程，熱電廠蒸汽利用過程進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括工藝流程、主要設(shè)備及操作條件[8]。在設(shè)計(jì)組內(nèi)部圍繞選擇的主題進(jìn)行討論，并通過查詢教材和相關(guān)文獻(xiàn)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)去完成設(shè)計(jì)過程。在這個(gè)過程中，能夠充分鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

3.5 展開互動(dòng)式教學(xué)，學(xué)生養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣

教與學(xué)的過程中，既要肯定教師的主導(dǎo)作用，也要認(rèn)識(shí)到學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，是主動(dòng)學(xué)習(xí)的人。傳統(tǒng)教學(xué)過程只重視傳授知識(shí)，單方面強(qiáng)調(diào)教師的作用，忽略了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展，必然會(huì)妨礙提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。"互動(dòng)式"教學(xué)可培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己是學(xué)習(xí)的主人，全面參與學(xué)習(xí)過程，掌握知識(shí)并鍛煉互動(dòng)能力。

3.6 采用先進(jìn)的現(xiàn)代教學(xué)手段

采用先進(jìn)的現(xiàn)代教學(xué)手段，如多采用例如視頻、動(dòng)畫和圖片等計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，可使課本中抽象的概念轉(zhuǎn)化為形象逼真的具體實(shí)物，使抽象概念簡單化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)真實(shí)化[9]。充分利用先進(jìn)的現(xiàn)代教學(xué)手段在教學(xué)過程中可以達(dá)到事半功倍的效果，因此教師提升自身計(jì)算機(jī)技能應(yīng)用技能也十分重要。

4 基于CDIO教育理念構(gòu)建化工專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系

4.1 注重實(shí)踐，提高操作技能

化工原理在教學(xué)過程中要秉承"手腦相連，做學(xué)結(jié)合"的教學(xué)理念，教學(xué)目標(biāo)是發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐技能、分析和解決問題的能力以及工程意識(shí)。這需要教師除了理論課程外，還注重化工原理的實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)課程是由教師講授，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成操作并分析結(jié)果的過程，學(xué)生按照固有的步驟模式按部就班地操作，無需主動(dòng)的思考和探究[10]。而課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相輔相成，二者的合理融合能顯著提高教學(xué)效果。實(shí)踐操作課程需要完備的實(shí)踐教學(xué)體系，主要包括化工設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、科技創(chuàng)新、社會(huì)實(shí)踐等多種形式[11]?；ぴ韺?shí)驗(yàn)以創(chuàng)新的教學(xué)理念為基礎(chǔ)，以實(shí)踐教學(xué)為基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐發(fā)展的平臺(tái)中形成一個(gè)有機(jī)整體，提高教學(xué)質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中教師靈活采用啟發(fā)式、討論式、探索式等教學(xué)方式，充分展示學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，發(fā)展學(xué)生自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，讓學(xué)生由單純接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮芘c探索相結(jié)合，從基于知識(shí)的人轉(zhuǎn)變?yōu)榛趹?yīng)用的人。

4.2 開設(shè)化工生產(chǎn)過程實(shí)訓(xùn)，提高工程實(shí)踐能力

CDIO工程教育通過提供一個(gè)知識(shí)積累與探索的情境，讓學(xué)生逐漸掌握抽象知識(shí)與具象產(chǎn)品之間的聯(lián)系并加以運(yùn)用，從而提升其工程能力[12]。我國目前的大學(xué)績效評(píng)估機(jī)制主要以衡量學(xué)業(yè)成績?yōu)榛A(chǔ)，而具有高水平理論教育和良好實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)的人員嚴(yán)重短缺，因此當(dāng)前開設(shè)化工生產(chǎn)過程實(shí)訓(xùn)是必然趨勢(shì)。學(xué)校需為學(xué)生建立化學(xué)工業(yè)實(shí)際培訓(xùn)基地，使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，真正地在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行化工產(chǎn)品的研發(fā)，在實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行化工生產(chǎn)，得到能夠"看得見、摸得著"的化工產(chǎn)品[13]。

在教師的指導(dǎo)下，在實(shí)驗(yàn)室和實(shí)踐課程中制備和生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品，使學(xué)生真正獲得解決實(shí)際化學(xué)問題的能力。通過實(shí)際生產(chǎn)訓(xùn)練，學(xué)生能夠見證并學(xué)習(xí)化學(xué)產(chǎn)品的研發(fā)過程和生產(chǎn)過程，以及認(rèn)識(shí)并了解各種實(shí)驗(yàn)室的制備儀器、分析儀器和一些常見的生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)習(xí)化學(xué)產(chǎn)品的使用方法、分析方法和制備過程中存在的安全問題。

4.3 鼓勵(lì)學(xué)生參加化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽，鍛煉學(xué)生競技能力

學(xué)校應(yīng)組織多樣的實(shí)驗(yàn)競賽，加大宣傳力度。教師鼓勵(lì)學(xué)生參加，提升實(shí)驗(yàn)競賽的參與度。通過參加各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽，既可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握情況，也可使學(xué)生在不斷自我檢測(cè)中發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，并獲得展示自我的成就感。在學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)競賽的過程中，學(xué)校應(yīng)組織專業(yè)的指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)和經(jīng)驗(yàn)豐富的學(xué)生團(tuán)隊(duì)同參加競賽的學(xué)生充分交流經(jīng)驗(yàn)。比賽結(jié)束后，學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)自身的不足。通過參加實(shí)驗(yàn)競賽，學(xué)生們不僅獲得了更多的基礎(chǔ)知識(shí)，而且學(xué)習(xí)了很多解決問題的方法，同時(shí)提高了學(xué)生對(duì)工程課程的興趣。

4.4 加強(qiáng)校企合作，突出教師和學(xué)生的工程素質(zhì)培養(yǎng)

學(xué)校要加強(qiáng)與企業(yè)間的合作關(guān)系，學(xué)校與企業(yè)間的良好合作是實(shí)現(xiàn)CDIO工程教育模式的重要途徑。全方位的校企合作不僅可以實(shí)現(xiàn)化工專業(yè)實(shí)踐與科學(xué)研究、工程實(shí)際與社會(huì)應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，而且對(duì)教師工程素質(zhì)的提高有很大幫助[14]。生產(chǎn)實(shí)習(xí)的整個(gè)過程看起來簡單，但具體操作起來卻比較繁瑣，因而，我們必須精心設(shè)計(jì)和認(rèn)真落實(shí)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的各環(huán)節(jié)，確保生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)質(zhì)量[15]。在每次學(xué)生進(jìn)入企業(yè)之前，向?qū)W生說明實(shí)習(xí)過程中的各項(xiàng)安排，實(shí)習(xí)目的、實(shí)習(xí)內(nèi)容和實(shí)習(xí)的總體要求，要求學(xué)生在實(shí)習(xí)過程中遵守實(shí)習(xí)紀(jì)律，按時(shí)完成實(shí)習(xí)過程。教師要向?qū)W生說明由于實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)不多，需要珍惜實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)。在實(shí)習(xí)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。在進(jìn)入公司實(shí)習(xí)前，學(xué)生需要通過各種渠道了解該公司的發(fā)展過程以及主要產(chǎn)品和生產(chǎn)過程的情況?？紤]到大多數(shù)化學(xué)工廠都有高壓設(shè)備和危險(xiǎn)爆炸材料，學(xué)校需要請(qǐng)工程師與教師一同對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全培訓(xùn)，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)。

5 結(jié)語

本文分析了當(dāng)前我國化工原理教學(xué)現(xiàn)狀存在的不足，在CDIO理念指導(dǎo)下，在更新化工原理專業(yè)理論教學(xué)方式的同時(shí)，

對(duì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了一系列改革。這對(duì)鍛煉學(xué)生分析問題能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力有極大的幫助。在未來，在教授化工原理的過程中，我們將繼續(xù)改進(jìn)和完善，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代的人才。