CDIO理念在化工熱力教學改革中的應(yīng)用

徐 新 羅國華 靳海波

（北京石油化工學院 北京102600）

CDIO理念在化工熱力教學改革中的應(yīng)用

徐 新 羅國華 靳海波

（北京石油化工學院 北京102600）

為了迎合“大工程教育”的背景，我校開展了CDIO工程教育模式在化工熱力學教學中的應(yīng)用實踐。本文闡述了我?，F(xiàn)有的教學狀況及基于CDIO理念下熱力學教學改革的具體實施方案、考核方式等方面的一些探索及體會。

化工熱力學；CDIO；大工程教育；教學改革；方案

化工熱力學作為化學工程的基礎(chǔ)性學科，在研究化學工程以及解決化工生產(chǎn)實際問題中都起著非常重要的作用。同時，它也是化學工程與工藝專業(yè)本科生及研究生必修的重點專業(yè)課程之一。然而，由于課程中的概念抽象難懂，公式數(shù)量多且推導復雜，歷屆本科學生都感到難以理解和掌握。雖然嘗試過各種改革，探索過新的教學方法，但收效甚微，學生掌握到的理論常常疲于應(yīng)付考試，沒有真正解決實際問題的能力，更不用說會作“工程”了。為了迎合“大工程教育”的背景，在2009年，我校開始嘗試將CDIO的教育理念應(yīng)用于化工熱力學課程教學中，取得了一定的成效。

CDIO教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，這種全新的教育模式將構(gòu)思（Conceiving）、設(shè)計（Designing）、實現(xiàn)（Implementing）與運作（Operating）結(jié)合在一起，形成一個連貫而完整的流程。學生從參加產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期當中，可以親身體驗到“以產(chǎn)品為導向”CDIO教學模式所帶來的不同于傳統(tǒng)教學模式的參與感。這種以學生為主體，實現(xiàn)了“做中學”的全新教育理念，對于提高學生能力，激發(fā)學習興趣，促進化工熱力學課程建設(shè)等各個方面都具有非常重要的意義。

化工熱力學教學現(xiàn)狀分析

教學內(nèi)容與實際脫節(jié) 隨著近年來工業(yè)體系的不斷進步和化工行業(yè)的快速發(fā)展，化工熱力學作為一門體系較為完善的課程，其教學內(nèi)容與實際的化工技術(shù)相比已顯得比較滯后。這種滯后不但使教學與工程脫節(jié)，并且由于課程模式長期固定，在某種意義上限制了教師的思維方式，進而對學生的創(chuàng)新及發(fā)散思維也造成影響。同時，也造成了大學與社會之間的脫離。這也是為什么學生掌握了知識，卻不能在畢業(yè)以后派上用場的原因。

忽略了學生作為主體的角色 在從事化工熱力學教學的十余年中，如何解決教與學之間存在的矛盾，也是一直困擾著筆者的一個問題。為何在經(jīng)歷了數(shù)次改革之后，我們的教學卻并沒有發(fā)生實質(zhì)的改變？其原因在于忽略了“在教育過程中，學生才是主體”的這一事實。一直以來，無論運用何種創(chuàng)新式的教學方法，總是離不開以教師作為主體的講授，總是去研究如何將知識更快速準確的灌輸給作為客體的學生，如何將枯燥的理論講授變得生動有趣，讓學生在愉快的氛圍中掌握知識，在一次一次的教學改革中，教師歷練成了“優(yōu)秀的演員”，而學生充其量也就是一個“文明的觀眾”并沒有成為一名“優(yōu)秀的演員”。在這種教育方式下，培養(yǎng)出來的學生，實際上是被剝奪了自主學習的機會，其思維模式也會變得僵化，重理論，輕實踐。在具體問題的處理上往往拘泥于唯一的“正確方案”，按照教師或書本上所講述的步驟給出解答，這就達到了我們所說的“掌握”的基本要求。學生并不會從一個實際的工程問題中，發(fā)現(xiàn)相關(guān)的熱力學問題和定義熱力學問題。比如，在講授流體的 “PVT”關(guān)系時，我們會定義好兩個變量（溫度T，壓力P）讓學生去求體積（V），學生都可以很好的根據(jù)熱力學方程解出體積，但如果讓學生去求解某工藝流程中輸送流體的管徑時（生產(chǎn)能力即流體的質(zhì)量流量已知），學生就常常束手無措。他們不會根據(jù)輸送流體的工藝條件（即溫度、壓力）用學過的熱力學知識來求出流體的摩爾體積，將其換算成流體的密度后，再根據(jù)流體的質(zhì)量流量解出體積流量結(jié)合管路中的允許的流體流速去求管徑?？墒侨绻麑⑦@種求管徑的問題放在化工原理的課程中，學生又可以很好的解決。因為，在化工原理的課程中，流體的密度常常都是作為已知量出現(xiàn)在例題中的，而在實際的工程設(shè)計和計算中，這些問題都是需要靠學生自己去發(fā)現(xiàn)、定義并解決的。學生這種今后最需要能力，在我們多年的教學中卻被忽略了。

總之，無論是在教學內(nèi)容上，還是在教學模式上，現(xiàn)有的化工熱力學教學當中都存在著很多問題，已經(jīng)逐漸無法滿足社會對高等人才培養(yǎng)的需要。而CDIO的教學理念則為我們解決這一問題提供了一項新的可能性。通過將熱力學課程與CDIO教學理念相結(jié)合，讓學生在“做中學”的過程中更好地掌握知識，提高能力，通過一個個真實的工程案例，去研究問題、發(fā)現(xiàn)問題。這樣，學生才能具有獲取相關(guān)知識去解決問題的動力。在此過程中，重要的不是解決了一個具體的問題并由此掌握了相關(guān)的知識，而是在于學會如何發(fā)現(xiàn)問題、定義問題、分析問題并獲取相應(yīng)的知識解決問題，總結(jié)新知識，同時，加強與人溝通的能力以及團隊合作的能力。那么，究竟如何進行化工熱力學課程的改革呢？

基于CDIO理念下熱力學教學改革方案

針對化工熱力學教學上的種種問題，我們確定了以“產(chǎn)品為導向”的教學模式改革。就是讓學生通過“產(chǎn)品工藝的工程設(shè)計”真正學到工程設(shè)計中的熱力學知識。熱力學是從工程中來，最終還要回到工程中去，為工程服務(wù)。因此，確定了以產(chǎn)品制造為目標，將學生感興趣的產(chǎn)品“工業(yè)化”，學生扮演一個“工程師”主持一個“產(chǎn)品與過程”的工程設(shè)計工作。在工程項目的設(shè)計中，學生必然會碰到相關(guān)的熱力學問題。如工藝條件下流體密度（流體的PVT關(guān)系）、換熱器和功設(shè)備的負荷計算 （流體的熱力學性質(zhì):焓、熵與PVT的關(guān)系）、分離塔的計算（流體的相平衡）等等，在設(shè)計過程中，學生遇到問題時，教師加以適當?shù)闹笇Р⒔Y(jié)合課堂所講授的熱力學內(nèi)容解決實際工程中的問題，最終完成一個工程設(shè)計報告。學生只憑上課聽講是不可能將項目設(shè)計好的。必須通過自己看書、查閱大量的文獻與資料，與同組同學研究討論，才可能將項目完成。在這個過程中，強化了化工熱力學在工程中的應(yīng)用，讓學生真正體會到熱力學不是虛無飄渺的理論，而是實實在在的技能。為此，我們制定的具體改革方案如下:

將學生按班級分組。原則上每班兩大組，也可根據(jù)個人興趣自成一組。選擇一個學生感興趣的化工產(chǎn)品，圍繞如何實現(xiàn)該產(chǎn)品的工業(yè)化完成以下內(nèi)容:（1）市場調(diào)研報告。包括:產(chǎn)品的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、市場前景、簡單的經(jīng)濟分析及相關(guān)的工藝流程的了解（開課后第1～4周完成）。（2）對產(chǎn)品多套工藝流程方案進行可行性及經(jīng)濟分析，確定小組詳細的工藝流程路線及詳細的工藝條件，完成簡單的工藝流程圖（開課后第5～8周完成）。（3）根據(jù)學生選定的工藝過程，完成簡單的工藝流程圖，教師指定與工藝流程相關(guān)的熱力學計算，通過計算體會熱力學在工程中的應(yīng)用（開課后第9～12周完成）。（4）將以上三部分合成一個完整的報告期末上交，報告成績占期末總成績的30%。每一小步的工作要求完成的功課都要按時上交，并按教師的批改意見修改完善自己的報告內(nèi)容（開課后第13～16周完成）。（5）最后，選擇優(yōu)秀的項目報告作講演（第17周完成）。

由于選題是學生根據(jù)自己的興趣確定的工業(yè)產(chǎn)品，因此，項目類型與涉及的學科面應(yīng)該是很復雜的。教師不可能事先知道結(jié)果，這就要求教師需要具有相對扎實的工程實際和理論的背景知識，指導學生在課題初期盡快進入課題角色，隨著課題的進展，學生要自己獲取更多的相關(guān)知識，并進行深入的研究，應(yīng)用知識去解決問題。在此過程中，教師要做好“導演”，側(cè)重對學生的方法和能力方面進行指導。學生在整個過程中一定會投入大量的時間和精力，因為是以小組為單位，所以，最后的項目一定是集中了整個團隊的才智，一定會有所收獲。

通過兩年的實踐，使用以上方法取得了較好的教學效果，在加強學生學習熱力學課程積極性的同時，使學生在學習期間就能受到未來職場環(huán)境的熏陶，只有叫他們了解自己將來的用武之地，造就他們成為合格的化工專業(yè)人才，滿足產(chǎn)業(yè)和社會的需要。

然而，在改革中還存在一些問題，如學生的合作還存在欠缺，各組同學中都有“坐車”的現(xiàn)象，如何對這部分不積極參與的學生進行評價，使所有學生都能積極動起來，將是我們未來改革中亟待解決的問題。

表1 化2007、化2008屆的學生自選題目表

結(jié)語

化工熱力學課程從2009年開始進行了CDIO工程教育培養(yǎng)模式的理論與實踐探索，并取得初步成效，我們將不斷努力探索，使這一教育模式趨于科學、有效。積極推進CDIO人才培養(yǎng)的培養(yǎng)方案改革和教學方法創(chuàng)新，開展適應(yīng)于學生研究性學習的教學方法創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的案例式、啟發(fā)式、交流式教學方法改革中推進體驗式、研究式、討論式教學方法，利用具體工程項目的實施，引導學生“做中學”，通過營造工程環(huán)境，實現(xiàn)師生間、學生間對話式學習和合作式學習，形成教學相長的生動學習局面。在教學過程中融入最新的化工工程技術(shù)成果和工藝方案，啟迪學生的工程意識和利用科技成果的創(chuàng)業(yè)意識，開拓學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)精神，構(gòu)筑“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”應(yīng)用型人才培養(yǎng)的知識新體系和課程新體系。

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（本文責任編輯：尚傳梅）

G712

A

1672-5727（2012）06-0159-02

徐新（1967—），碩士，北京石油化工學院副教授，研究方向為化工。

羅國華（1966—），北京石油化工學院副教授，研究方向為工業(yè)催化。

靳海波（1968—），北京石油化工學院教授，研究方向為分離工程。