CDIO理念下的“化工原理”課程多維教學模式的構建

王立紅 郭永學 禮彤 張雷 劉楠

（沈陽藥科大學 制藥工程學院，遼寧 沈陽 110016）

CDIO理念是近幾年得到全世界普遍認可的國際先進工程教育模式。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它是以培養(yǎng)學生工程能力為核心，而提出的具有可操作性的系統(tǒng)性培養(yǎng)方案。該理念主張理論與實踐相結合，讓學生主動的、實踐的、課程有機銜接的方式進行學習[1]。全世界已有很多知名大學加入 CDIO組織，按其培養(yǎng)模式培養(yǎng)的學生，廣受社會和企業(yè)的好評。

我校經(jīng)過多年的專業(yè)建設，目前已經(jīng)擁有制藥工程、生物工程、藥物制劑等多個工程類專業(yè)，但工程教育水平卻沒有跟上專業(yè)建設的步伐。工程課教學模式還存在不少問題，例如課程體系不夠完善，工程類科目較少，理論課課時較少，下廠實習機會較少等，學生在校期間很少參與工程類項目的研究與實施。因此，我校的工程類課程教學模式必須改進?；ぴ硎枪こ填悓I(yè)重要的專業(yè)基礎課，通過學習化工原理，讓學生熟悉化工生產(chǎn)中的各種單元操作，尤其是制藥生產(chǎn)中的典型單元操作，以便在今后的實際工作中，能進行工藝設計、設備選型、過程強化等[2]?；ぴ淼慕虒W水平，對學生的工程能力的培養(yǎng)有著至關重要的作用。本文主要探討如何在現(xiàn)在的課程基礎上，借鑒CDIO工程教育理念，對化工原理課程進行多維化構建，以建立學生的工程思維，奠定工程的相關理論基礎，拓寬學生的工程知識，增強學生的設計能力，以縮短我校學生從學校到工廠的適應時間，提高我校學生的就業(yè)競爭力。

1 理論課程的多維化構建

CDIO培養(yǎng)大綱中首要要求就是學生要具有扎實的工程基礎知識，而學生學習工程基礎知識主要是通過課堂聽課來獲取。課堂教學效果決定了學生基礎知識的扎實程度。而課堂教學效果既與授課教師的專業(yè)背景有關，又與其工程經(jīng)驗豐富程度有關，另外還與教學大綱和教學內(nèi)容有關。因此，我校要根據(jù)教師的工程基礎，進行不同程度的培訓，再設置有專業(yè)特色的教學大綱，教學內(nèi)容要緊跟學科知識前沿，構建教師培訓—課內(nèi)外學習—網(wǎng)絡資源—互動教學有機結合的多元化教學形式。

1.1 加強教師培訓，建立特色教學大綱，改革教學內(nèi)容

教師是理論教學的主體，教師工程基礎知識的扎實性、系統(tǒng)性、廣泛性、前沿性直接決定了教學效果。我校從事化工原理教學的教師來自不同的院校，專業(yè)背景各不相同，但工程背景都很薄弱，而且大部分是畢業(yè)后直接從事教學，并沒有受到過工廠實際工程項目的訓練，工程經(jīng)驗并不豐富，這將極大地影響理論教學效果。因此，我校應重視教師培訓，利用實踐基地，讓教師合理安排教學，并在完成教學工作的基礎上，分批到企業(yè)參觀、實習，這將大大提高教師的工程素養(yǎng)，有利于他們提高化工原理教學水平。

教學大綱是教學工作的指揮棒?；贑DIO的理念，我校應從有利于提高學生實際工程能力出發(fā)，制訂各專業(yè)特色的教學大綱。比如制藥工程專業(yè)，要求學生掌握原料藥生產(chǎn)中涉及的單元操作的基本原理，工藝計算，典型設備，為今后從事制藥生產(chǎn)打下基礎，因此，在教學中要側重介紹制藥生產(chǎn)中用到的典型設備、適用范圍等。藥物制劑專業(yè)，要結合制劑生產(chǎn)過程，重點介紹流體流動、傳熱和干燥幾個制劑生產(chǎn)中常見的單元操作。生物工程專業(yè)，由于萃取單元操作應用場合較多，因此取消精餾，學習萃取章節(jié)。

化工原理重點介紹制藥生產(chǎn)過程中單元操作基本原理及典型設備，與實際生產(chǎn)密切相關。因此，教學內(nèi)容應緊跟藥廠實際生產(chǎn)狀況，改革教學內(nèi)容，刪掉陳舊落后的理念、技術和設備，多講解國內(nèi)外先進的管理規(guī)范、技術和設備。

為了豐富教學內(nèi)容，還可以安排學生與企業(yè)人員互動環(huán)節(jié)。例如每學期我校都會借助ISPE平臺邀請業(yè)內(nèi)專家和企業(yè)技術骨干舉辦講座，介紹制藥工程領域先進的管理規(guī)范和生產(chǎn)技術。利用這些機會，我們可以在課堂上事先提出問題，引導學生主動和專家交流和溝通，這能讓學生對實際生產(chǎn)過程建立感性認識，明確學習目標，激發(fā)學習興趣。其次還可以利用動畫演示。化工原理課程中有許多設備結構，難以形象的描述清楚，如離心泵的工作原理、各種換熱器的構造、各種類型塔板的結構等。借助動畫，可以將流體輸送機械、換熱器、塔設備等典型設備的原理、結構、故障等內(nèi)容形象地展現(xiàn)給學生[3]。

1.2 利用精品課程網(wǎng)站，開拓學習空間

最近幾年，國家級及省級化工原理精品課程建設水平不斷提高。精品課的網(wǎng)站內(nèi)容建設是評選精品課的重要指標。因此許多精品課程網(wǎng)站建設的水平都非常高。精品課程網(wǎng)站建設，使教師和學生獲得了很好的學習資源?；ぴ碓?005年評為我校校級精品課之后，也進行了精品課程網(wǎng)站建設，但內(nèi)容不夠充實完善。為了保證精品課的作用和效果，我們要借鑒建設較好的精品課程，繼續(xù)參與遼寧省視頻精品資源共享課申報工作，不斷豐富完善教案、習題、錄像、動畫等，讓學生通過精品課程網(wǎng)站，開拓課外學習空間。

1.3 注重現(xiàn)代信息技術，引入先進教學方法

科技不斷進步，化工技術也在不斷創(chuàng)新，這都要求教師要緊跟科技前沿，更新教學內(nèi)容，同時還要引導學生去關注各種化工相關的知識，如新的規(guī)范、新型技術和設備。學完一個章節(jié)后，結合本章內(nèi)容，留下相應的題目，讓學生通過查閱書籍文獻，完成題目設計或綜述，在課堂上以PPT的形式進行講解，教師進行點評，這種互動式教學過程，可以提高學生對新技術、新成果的認識，表達能力、寫作能力以及對課堂教學內(nèi)容的理解，都得以強化和提高[4]。

2. 實驗課程的多維化構建

CDIO培養(yǎng)大綱還學生要具備個人能力和團隊協(xié)作能力，這兩個能力可通過實驗課程教學的多維化來實現(xiàn)。以驗證型—設計型—綜合型等多層次的實驗內(nèi)容，培養(yǎng)學生的個人工程思維，提高運用理論知識進行實驗設計的能力；以演示—操作—設計—繪圖等多元化的實驗教學形式，提高學生的個人動手能力及團隊協(xié)作能力[5]。

2.1 增加設計型實驗項目，開拓設計創(chuàng)新能力的培養(yǎng)空間

現(xiàn)有的化工原理實驗類型大多為驗證型和綜合型實驗。為了提高學生個人設計創(chuàng)新能力，強化理論知識，增強學生實驗興趣，開發(fā)設計創(chuàng)新型實驗是十分必要的。我校自2008年以來成立了制藥工程與環(huán)境科學實驗中心，在國家政策和資金支持下，實驗設備有了很大的改善，無論是設備設計水平、質量水平還是自動化程度都達到了一定高度。因此，實驗中心在購買引進設備時，考慮了選擇多種新型實驗設備，為學生進行創(chuàng)新設計實驗提供了充足的選擇，如傳熱實驗，在學生學習了傳熱基礎理論和相關知識后，要求進行換熱器傳熱系數(shù)的測定。在進行實驗前，首先要求學生根據(jù)傳熱速率公式建立測定方法，確定需要測定的參數(shù)，例如溫度、流量、面積等，以及測定這些參數(shù)在實際工業(yè)生產(chǎn)中常用的方法。然后在給定的換熱器類型和測試介質的情況下進行實測，并根據(jù)測定結果對不同結構和類型的換熱器性能有更加深入的認識。經(jīng)過設計和操作兩個步驟，不僅讓學生加深了對理論知識的理解，還激發(fā)了實驗興趣。

2.2 增加仿真、虛擬實驗，提高工程認知能力

在實驗教學中，以往主要是以實體設備為主，而實體設備很難讓每個學生去拆解、觀察，而仿真和虛擬實驗則可起到很好的補充作用，例如離心泵的氣蝕實驗，使用實體設備可能會對泵造成損壞，采用仿真實驗，就可以清楚的觀察到氣蝕現(xiàn)象。不僅如此，由于現(xiàn)代制藥工業(yè)，設備自動化程度都很高，通過開展仿真、虛擬實驗，可以讓學生提前熟悉實際生產(chǎn)狀況，提高將來的工作的工程能力。

2.3 參加各類競賽，提高個人和團隊能力

參加各類設計競賽，其目的是檢驗學生的學習效果和學習能力，培養(yǎng)學生的自學能力以及分工合作的團隊精神，同時也為學生提供了展示空間，這對達到CDIO要求中的個人能力和團隊協(xié)作能力具有重要的作用。近幾年，我校每年都組織學生參加國內(nèi)壁報大賽、“國藥工程杯”制藥工程設計大賽，并取得了一定的成績。通過參加競賽，學生受益匪淺，學到了很多課堂上沒有接觸到過的知識，參加比賽的學生的整體設計能力、繪圖能力、自主學習能力、團隊協(xié)作能力等都得到了極大水平地提高[6]。

3. 課程設計的多維化構建

CDIO培養(yǎng)大綱的最后一個要求就是學生要具有工程系統(tǒng)能力。化工原理課程設計是教學的最后一個環(huán)節(jié)，課程設計可以針對一個實際生產(chǎn)中的單元操作，進行主體設備、附屬設備的工藝參數(shù)計算，再進行設備選型，工藝流程圖、車間布置圖等圖紙的繪制。在課程設計中，需要教師提供設計題目，講解設計要點和思路，學生通過查閱資料、學習繪圖軟件、充分利用現(xiàn)代信息技術等完成設計任務[7]。由此可見，課程設計對提高學生的工程系統(tǒng)能力具有非常重要的作用。我校由于課時有限，現(xiàn)有教學模式中沒有課程設計這一環(huán)節(jié)，在這種環(huán)境下，學生就缺少了整體、系統(tǒng)性的訓練。因此，利用教師和企業(yè)資源，搜集各種實際工程案例，抽出一定學時進行課程設計訓練，對化工原理課程多維化教學模式的建立和完善有著非常重要的作用[8]。

綜上所述，按CDIO國際工程教育的要求，構建化工原理課程的理論、實驗及課程設計多維化教學模式，是注重教師工程知識背景和教學水平，注重學生工程基礎教育與個人能力培養(yǎng)，注重學生創(chuàng)新能力與團隊協(xié)作能力，形成一個理論與實踐相結合，傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結合，個人與團隊相結合的多維教學模式，為培養(yǎng)合格工程技術應用人才提供有力的保障[9]。同時為促進化工原理課程教學改革、提高化工原理課程的教學質量與教學效果、形成化工原理課程教學的多維化教學模式提供重要的理論依據(jù)?；ぴ碚n程多維教學模式的有效構建，也將為其他工程類課程的建設提供借鑒意義 。