基于CDIO理念下的化工原理教學改革與研究

張 鈺，袁江濤

(信陽師范學院 化學化工學院，河南 信陽 464000)

1 CDIO理念

CDIO工程教育理念是當前國際工程教育領域改革和創新的成果。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運行(Operate)，目的在于培養出一批符合社會需求的實用型人才。CDIO教學模式是從產品的研究、開發到整個生命周期作為學習過程。在這個過程中，知識在理論與實踐結合的過程中得到加強，從而達到既掌握理論知識又學會工程實踐的效果。CDIO模式實際是一種融案例教學、項目教學、問題教學、主動學習、產學研發合作和團隊合作等為一體的教學模式[1]。它讓學生形成積極主動的學習習慣，并讓學生在學習過程中通過練習與實踐，將課程之間進行有機聯系而實現相關的預定培養目標[2]。

2 化工原理教學現狀分析

2.1 化工原理課程性質

化工原理是化學及相關專業的重要技術基礎課。它是綜合運用數學、物理和化學等基礎理論知識，并將理論知識與化工生產中各種單元操作問題的分析和解決相結合的一門工程類學科。它是引領學生從基礎走向實踐的專業基礎課，從理論走向工程的技術基礎課。本課程兼有理論與技術的雙重特點，工程背景強，強調工程觀點和工程能力的培養，集實驗科學、理論授課與實驗教學于一體。

2.2 當前化工原理教學現狀

目前化工原理課程采用教師課堂授課的形式，課程結束之后再進行考試。這使得教師和學校對學生的評估幾乎完全基于考試結果。授課過程中主要講授理論知識，即重理論；而學生在課程中所接觸實踐環節少，缺少對工程能力的訓練，導致“工程”概念模糊，普遍缺乏團隊協作的精神，以致與企業需求脫鉤。評價體系將考試成績視為評價學生能力的唯一標準，缺乏應用和實踐能力的考核[3]。目前的化工原理教育體系存在的這些缺陷和不足，不符合當今社會對化工專業人員的要求。這些問題迫切需要研究和解決。此外，對于工程類學生來說，最重要的是培養他們將理論知識轉化為實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新能力。因此，以CDIO人才發展概念為基礎的課程改革，以化工原理教學的現狀為導向，具有很強的指導價值。

3 CDIO理念下化工原理教學的改革

3.1 構建基于CDIO理念下化工原理課程知識體系

完善的課程體系是人才培養的基礎。對課程進行改革不但是深化教育改革的要求，而且是構建CDIO教育體系中極為重要的內容[4]。

CDIO工程教育的重點是培養學生掌握扎實的技術基礎理論和專業知識。在CDIO模型下，所建立的以化工原理課程的教學大綱為基礎的課程理論體系是為化工實踐服務而設計的。采用CDIO標準來設計和規劃培養方案、教學大綱和教學內容，將現代工程師的培養方案結合學生專業基礎知識的學習，納入到課程教學建設中，注重基礎知識原理和工程技術的教學[5]，增強學生全方面的工程設計能力，同時培養他們分析、解決問題的能力。在教學過程中，教師需讓學生理解化工原理課程應該解決的實際工程問題，從而激發他們的學習興趣。通過將理論知識教學逐步實施到項目實踐過程中去，有效解決了“教什么”、“怎么教”的問題，使理論知識與項目實踐有機結合。

3.2 運用啟發式教學，培養學生創新思維

傳統的化工實踐過程中通常是教師指導，學生按照固有模式進行操作，沒有自己的想法也無法主動探究，這樣的教學模式不利于培養學生的創新思維。當今社會發展飛速，向化工原理教學過程添加新的教學元素，培養學生創新思維是歷史必然。比如：教師在理論知識和實驗操作的講解過程中，注重啟發式教學，在介紹單元操作之后，找出一些現有創新型化工企業中的單元操作和工藝流程，課堂上與學生互相分享和討論，并鼓勵學生運用學過的單元操作設計一些簡單的工藝流程[6]。在教學過程中，教師應充分利用書本知識，注重理論聯系實際，向學生普及一些最新的科學研究成果，用最直觀的實際案例，為學生提供靈感，從而推動學生創新思維的發展。

3.3 建立多樣地評價體系，合理評價學生能力

化工原理教學過程中應當應用靈活的教學方式，多樣且靈活的教學方式可以支持展開學生各項實踐活動，鼓勵他們發展多樣化的經驗，培養學生的綜合實踐能力。然而由于當前我國的評價體系過于單一，導致很多學生失去對本學科的學習興趣，更無從談起多元化發展。在化工原理課程的教授過程中，由于人數較多，老師很難做到對每個學生的知識掌握能力、具體實驗操作能力、解決問題能力、創新能力等進行詳細綜合考察[7]。因此需要注重增加評價體系的多樣性，將學生的自我評估、小組互評與教師認證相結合，平時討論表現和答辯相結合、學習過程的始終伴隨評估。評估的內容包括學生的知識掌握情況、問題分析能力、作業能力和文本編排能力。

3.4 強化課程設計環節，加強工程理念和綜合能力的培養

CDIO教育模式要求學生在工程項目的整個生命周期中進行學習和實踐。課程設計是發展學生綜合利用所學工程知識分析問題和解決問題能力的一個重要因素。課程設計將最初相對孤立的理論知識聯系起來，培養學生的工程遠景，提高學生的工程素質和工程能力。CDIO培養大綱的最后一個要求就是學生要具有工程系統能力。化工原理課程設計是教學的最后一個環節，關于課程的設計，教師需要提供一個設計題目的思路，解釋設計的重點和目的。學生選擇自己感興趣的課題進行設計，例如污水處理過程，熱電廠蒸汽利用過程進行設計，設計內容包括工藝流程、主要設備及操作條件[8]。在設計組內部圍繞選擇的主題進行討論，并通過查詢教材和相關文獻，充分利用現代信息技術去完成設計過程。在這個過程中，能夠充分鍛煉學生分析問題和解決問題的能力。

3.5 展開互動式教學，學生養成主動學習的習慣

教與學的過程中，既要肯定教師的主導作用，也要認識到學生是學習的主體，是主動學習的人。傳統教學過程只重視傳授知識，單方面強調教師的作用，忽略了學生自主學習能力的發展，必然會妨礙提高學生的學習能力。"互動式"教學可培養學生的主觀能動性，讓學生認識到自己是學習的主人，全面參與學習過程，掌握知識并鍛煉互動能力。

3.6 采用先進的現代教學手段

采用先進的現代教學手段，如多采用例如視頻、動畫和圖片等計算機多媒體技術，可使課本中抽象的概念轉化為形象逼真的具體實物，使抽象概念簡單化、復雜結構真實化[9]。充分利用先進的現代教學手段在教學過程中可以達到事半功倍的效果，因此教師提升自身計算機技能應用技能也十分重要。

4 基于CDIO教育理念構建化工專業實踐教學體系

4.1 注重實踐，提高操作技能

化工原理在教學過程中要秉承"手腦相連，做學結合"的教學理念，教學目標是發展學生的實踐技能、分析和解決問題的能力以及工程意識。這需要教師除了理論課程外，還注重化工原理的實驗課程。實驗課程是由教師講授，學生在教師的指導下完成操作并分析結果的過程，學生按照固有的步驟模式按部就班地操作，無需主動的思考和探究[10]。而課堂教學和實驗教學相輔相成，二者的合理融合能顯著提高教學效果。實踐操作課程需要完備的實踐教學體系，主要包括化工設計、實驗、實習、科技創新、社會實踐等多種形式[11]。化工原理實驗以創新的教學理念為基礎，以實踐教學為基礎，在實驗研究和工程實踐發展的平臺中形成一個有機整體，提高教學質量。在實驗教學過程中教師靈活采用啟發式、討論式、探索式等教學方式，充分展示學生在學習中的主體地位，發展學生自主學習的習慣，讓學生由單純接受知識轉變為接受與探索相結合，從基于知識的人轉變為基于應用的人。

4.2 開設化工生產過程實訓，提高工程實踐能力

CDIO工程教育通過提供一個知識積累與探索的情境，讓學生逐漸掌握抽象知識與具象產品之間的聯系并加以運用，從而提升其工程能力[12]。我國目前的大學績效評估機制主要以衡量學業成績為基礎，而具有高水平理論教育和良好實踐工程經驗的人員嚴重短缺，因此當前開設化工生產過程實訓是必然趨勢。學校需為學生建立化學工業實際培訓基地，使學生運用所學的理論知識，真正地在實驗室進行化工產品的研發，在實訓基地進行化工生產，得到能夠"看得見、摸得著"的化工產品[13]。

在教師的指導下，在實驗室和實踐課程中制備和生產化學產品，使學生真正獲得解決實際化學問題的能力。通過實際生產訓練，學生能夠見證并學習化學產品的研發過程和生產過程，以及認識并了解各種實驗室的制備儀器、分析儀器和一些常見的生產化學產品設備的結構特點，學習化學產品的使用方法、分析方法和制備過程中存在的安全問題。

4.3 鼓勵學生參加化學實驗競賽，鍛煉學生競技能力

學校應組織多樣的實驗競賽，加大宣傳力度。教師鼓勵學生參加，提升實驗競賽的參與度。通過參加各種化學實驗競賽，既可以檢驗學生對理論知識的掌握情況，也可使學生在不斷自我檢測中發展自主學習能力，并獲得展示自我的成就感。在學生參加實驗競賽的過程中，學校應組織專業的指導團隊和經驗豐富的學生團隊同參加競賽的學生充分交流經驗。比賽結束后，學生總結經驗發現自身的不足。通過參加實驗競賽，學生們不僅獲得了更多的基礎知識，而且學習了很多解決問題的方法，同時提高了學生對工程課程的興趣。

4.4 加強校企合作，突出教師和學生的工程素質培養

學校要加強與企業間的合作關系，學校與企業間的良好合作是實現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現化工專業實踐與科學研究、工程實際與社會應用的有機結合，而且對教師工程素質的提高有很大幫助[14]。生產實習的整個過程看起來簡單，但具體操作起來卻比較繁瑣，因而，我們必須精心設計和認真落實生產實習的各環節，確保生產實習教學質量[15]。在每次學生進入企業之前，向學生說明實習過程中的各項安排，實習目的、實習內容和實習的總體要求，要求學生在實習過程中遵守實習紀律，按時完成實習過程。教師要向學生說明由于實習機會不多，需要珍惜實習機會。在實習過程中及時發現不足，總結經驗教訓。在進入公司實習前，學生需要通過各種渠道了解該公司的發展過程以及主要產品和生產過程的情況。考慮到大多數化學工廠都有高壓設備和危險爆炸材料，學校需要請工程師與教師一同對學生進行安全培訓，培養學生的安全意識。

5 結語

本文分析了當前我國化工原理教學現狀存在的不足，在CDIO理念指導下，在更新化工原理專業理論教學方式的同時，

對實踐教學環節進行了一系列改革。這對鍛煉學生分析問題能力、解決問題能力和創新能力有極大的幫助。在未來，在教授化工原理的過程中，我們將繼續改進和完善，從而提高學生的創新能力，培養適應新時代的人才。