新工科背景下“化工設備機械基礎”課程教學改革初探

胡建波

摘 要 新工科背景下，借鑒CDIO工程教育理念，通過以項目帶動教學、開辟第二課堂、運用現代教學手段和改革考核方法對“化工設備機械基礎”進行改革，提高了教學效果，有助于符合新工科人才培養目標的高素質復合型創新人才的培養。

關鍵詞 新工科 CDIO工程教育理念 項目驅動 過程性評價

中圖分類號：G424?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.12.049

On the Teaching Reform of Chemical Equipment and Machinery

under the Background of New Engineering

HU Jianbo

（College of Chemistry & Materials Engineering， Wenzhou University， Wenzhou， Zhejiang 325035）

Abstract Under the background of new engineering， with reference to the concept of CDIO Engineering Education， through the project driven teaching， opening up the second classroom， using modern teaching methods and reform assessment methods to reform the chemical equipment machinery foundation， the teaching effect has been improved， which is conducive to the cultivation of high-quality compound innovative talents in line with the training objectives of new engineering talents.

Keywords new engineering; CDIO engineering education concept; project driven; process evaluation

“卓越工程師教育培養計劃”是2010年開始實施的一項高等教育重大改革項目，[1]旨在培養一批能夠適應經濟社會發展需要，具有良好創新能力和實踐能力的高素質工程人才，是我國工程教育改革的一個突破口。“卓越工程師教育培養計劃”實施以來，在人才培養、師資隊伍建設等方面取得了巨大成果。作為“卓越工程師教育培養計劃”的升級版（亦稱2.0版），[2]“新工科”是我國高等教育為適應新經濟發展需要，培養新型工科創新人才而提出的全新概念。[3]新工科概念提出后，教育部積極推進“新工科”建設，從2017年2月的“復旦共識”到2017年4月的“天大行動”，再到2017年6月的《新工科研究與實踐項目指南》（即“北京指南”），成為“新工科”建設三部曲，指明了我國高等工程教育改革的新方向。[4，5]

溫州大學化學工程與工藝專業是教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點專業。“化工設備機械基礎”是化學工程與工藝專業的一門專業核心課程，具有較強的理論性和工程應用性，是培養學生實踐能力、工程意識和創新能力的重要課程。新工科背景下，結合新工科人才培養理念和目標，對“化工設備機械基礎”課程教學進行改革，培養學生的工程思維和創新能力，培養高素質復合型創新人才，滿足新工科對人才培養的要求具有重要意義。

1 借鑒CDIO工程教育理念和模式培養新工科人才

CDIO 工程教育理念由美國麻省理工學院聯合瑞典皇家技術學院、瑞典查爾姆斯技術學院及瑞典林克平大學創立的一種工程教育方法，是近十年來國際工程教育改革的重要成果。[6]CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和操作（Operate）的縮寫，是將工程科學和工程實踐能力融為一體的教育方法，具有先進性、系統性、普適性和可操作性。CDIO工程教育理念以項目從研發到完成的全過程為載體，以產業需求為導向，強調在項目構思、設計、實現和操作的真實工程教育過程中，培養學生的工程師能力。CDIO工程教育理念強調學生的主體地位，同時注重基礎理論知識和專業知識的培養。學生通過項目驅動的方式，主動地以實踐和多課程聯系的方式進行學習，培養解決復雜工程問題能力、工程實踐能力和綜合創新能力，與新工科人才培養目標有較強的一致性。新工科背景下，借鑒CDIO工程教育理念和模式，結合新工科人才培養目標，對教學模式、教學內容和課程體系進行改革，培養能適應甚至引領未來工程發展需要的新型復合型高素質創新人才，具有重要意義。基于此，筆者將CDIO工程教育理念引入“化工設備機械基礎”課程教學改革，提高教學質量，培養具有創新能力的新工科人才。

2 項目帶動教學

在傳統的教學模式中，教師是主體，教師講課，學生被動接受知識，缺乏學習主動性和獨立思考探索精神。同時在傳統教學過程中，注重理論知識的學習，而忽視實踐環節，造成理論和實踐脫節，影響教學效果。CDIO工程教育理念以項目驅動形式培養學生，強調“做中學”和“基于項目學習”，注重學生的主體地位。借鑒CDIO工程教育理念，結合“化工設備機械基礎”課程特點，在課程教學中引入項目化教學，以項目為導向，以教師為主導，以學生為主體，教、學、做一體化，激發學生學習的積極性和主動性。根據課程內容，我們設置了三個學習情境（化工設備材料、內壓容器設計和外壓容器設計），每個學習情境設計了與之相匹配的項目。每個學習情境中，在學習基礎理論知識和基本方法基礎上，布置項目任務。學生帶著任務，在教師指導下，以團隊（3-4人）形式，利用課堂知識和收集的文獻資料，分工協作完成任務。在化工設備材料模塊中，要求學生根據介質性能、溫度和壓力等參數，選擇合適的化工設備材料。在內壓容器設計和外壓容器設計模塊，要求學生根據工藝條件設計內壓容器和外壓容器，包括設計溫度、設計壓力、容器直徑等參數的確定、材料的選擇、結構形式和焊接接頭結構的確定以及容器厚度的計算等。在項目化教學過程中，學生帶著任務深入項目中，通過主動的學習、實踐和協同合作完成任務，培養學生分析問題能力、解決問題能力、工程思維和創新能力。

3 理論與實踐結合，開辟第二課堂

“化工設備機械基礎”是兼具理論性和實踐性的課程，涉及眾多化工設備和化工工藝等，與生產實際緊密相關。多數學生在學習本課程之前沒有接觸過企業和化工生產過程，對化工設備及其要求知之甚少，對化工設備的結構和工作原理等內容難以理解，影響學生學習積極性和教學效果。因此，在教學過程中要理論聯系實際，開辟第二課堂。我校化學工程與工藝專業學生有兩門重要的實踐課程——化工認識實習和化工生產實習。其中認識實習安排在“化工設備機械基礎”課程之前進行，使學生對化工設備、化工生產過程和化工工藝等有初步的感性認識，為以后該課程的學習打下基礎。生產實習安排在“化工設備機械基礎”課程中期，在學習基礎理論知識的基礎上，由任課老師帶領學生進入化工企業實習。學生帶著目的和任務參加實習，通過任課教師和企業工程師對化工生產流程、化工設備和化工過程等內容的講解，使學生對典型化工過程和化工設備的名稱、結構、原理、用途和要求等有直觀和深入的了解。借助實習，理論聯系實際，鞏固課堂知識，激發學習積極性，培養工程素質。

“化工設備機械基礎”課程設計是理論與實踐結合的另一重要途徑，是理論知識的一次實際應用。通常情況下，課程設計是在理論學習之后進行，往往造成理論學習和實踐應用的脫節。為此，在課堂教學過程中滲透課程設計，提前布置設計任務，理論學習與課程設計同時進行。學生以團隊形式通過收集資料、課堂學習和集體討論，將理論知識在實踐中融會貫通，提高學習效果，培養學生分析問題能力、解決實際問題的能力、工程創新能力和工程思維。

4 運用現代教學手段激活課堂教學

“化工設備機械基礎”具有很強的工程性，涉及封頭、法蘭、密封結構、攪拌器、視鏡、人孔、手孔、支座等眾多零部件和反應釜、換熱器和板式塔等典型化工設備。對于缺乏工程意識、實踐經驗和化工設備感性認識的學生而言，僅靠教師的講解和板書很難在有限的學時內將上述內容完全表達清楚，學生難以完全理解，影響學生學習積極性和教學效果。為此，在課堂教學過程中，除了傳統的板書之外，充分運用現代教學手段，提高教學效果。根據課程內容，針對性地制作了大量圖片、動畫和視頻，直觀、形象地為學生展示那些抽象、陌生和晦澀難以理解的課堂內容，激發學習興趣和吸引注意力。現代教學手段配合教師的講解，同學對課程的接受程度和理解深度都大大提升，課堂氣氛更活躍，教學效果明顯提高。

5 改革考核方式和評價方式

考核是教學過程中的重要環節，是檢驗學習效果的重要手段。傳統的考核方式為終結性評價，即“一考定終身”，強調課本知識的記憶和理解，無法科學、全面、客觀地評價學生的學習效果，尤其是學生分析問題能力、解決問題能力和創新能力等綜合素質的評價。在新工科背景下，為培養具有創新能力的高素質綜合人才，需要對傳統的考核方式和評價方式進行改革，采用診斷性評價和過程性評價相結合的考核與評價方式。具體而言，考核內容包括平時表現、作業、小組項目和期末考試，總評成績為上述考核內容按照不同權重加權求和。每項內容的權重由教師和學生共同討論決定，做到既保證公平、公正、公開又體現學生學習效果。小組項目綜合考察學生基礎理論的掌握情況、資料收集能力、分析問題與解決問題能力、創新能力及團隊協作等，由學生自評、小組互評和教師評價按照一定權重加權求和得到考核結果。期末考試仍然采用試卷模式，但考試內容兼顧理論知識和工程實踐，考察學生理論知識的掌握情況和綜合運動能力。通過考核和評價方式的改革，強調過程教學，激發學生學習的積極性、主動性和自覺性，培養工程思維和創新能力。

6 結語

新工科背景下，為適應新時期對工科人才培養的要求，培養具有創新能力、工程思維的高素質綜合人才，有必要對課程進行改革。借鑒CDIO工程教育理念和模式對“化工設備機械基礎”課程進行教學改革，以項目帶動教學、開辟第二課堂、運用現代教學手段激活課堂教學和改革考核方式與評價方式，有效地激發學生學習積極性、主動性和自覺性，提高了教學質量，為后續課程的學習打下堅實的基礎，有助于提高學生分析問題能力和解決問題能力，培養學生團隊協作精神、創新能力和工程思維。

基金項目：溫州大學教學改革資助項目“基于“卓越工程師培養”的《化工設備機械基礎》課堂教學改革”（項目編號16jg44）

參考文獻

[1] 林健.卓越工程師培養——工程教育系統性改革研究[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2] 林健.新工科建設：強勢打造“卓越計劃”升級版[J].高等工程教育研究，2017.3：13-20.

[3] 顧佩華.新工科與新范式：概念、框架和實施路徑[J].高等工程教育研究，2017.6：6-18.

[4] “新工科”建設復旦共識[J].高等工程教育研究，2017：10-11.

[5] 教育部.“新工科”建設行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究，2017.2：24-25.

[6] Crawley E. F.， Malmqvist J.， Sren stlund， et al.Rethinking engineering education：The CDIO approach[M]. New York： Springer International Publishing， 2014.