基于CDIO理念下的“化工原理”課程多元化教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施*

王立紅　　郭永學(xué)　　禮彤　　張雷　　劉楠

（沈陽(yáng)藥科大學(xué) 制藥工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110016）

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基于CDIO理念下的“化工原理”課程多元化教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施*

王立紅郭永學(xué)禮彤張雷劉楠

（沈陽(yáng)藥科大學(xué) 制藥工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110016）

摘要：文章旨在探索基于國(guó)際工程教育CDIO理念下的化工原理課程多元化教學(xué)模式的構(gòu)建方法。通過建立各專業(yè)特色教學(xué)大綱，更新教學(xué)內(nèi)容等方法，實(shí)現(xiàn)理論課多元化；通過引進(jìn)新型設(shè)備、開展多樣化實(shí)驗(yàn)、參加設(shè)計(jì)大賽，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程多元化；通過開展課程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)多元化。多元化教學(xué)模式的建立，將有助于提高教學(xué)效果，完善工程類人才培養(yǎng)模式，并為其他工程類課程的教學(xué)模式的探索提供借鑒意義。

關(guān)鍵詞：CDIO；化工原理；多元化；教學(xué)模式

CDIO工程教育模式是MIT歷經(jīng)多年的調(diào)查與實(shí)踐，得到的較為前沿的工程教育改革成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），其核心理念是讓學(xué)生將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)相結(jié)合，做到“做中學(xué)”。［1］更重要的是它提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)方案、全面實(shí)施措施和檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的12條標(biāo)準(zhǔn)。CDIO工程教育理念具有系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性，采用這種教育模式培養(yǎng)出的學(xué)生，廣受社會(huì)和企業(yè)的好評(píng)。

我國(guó)很多醫(yī)藥類院校都擁有制藥工程、生物工程、藥物制劑及中藥制藥等多個(gè)工程類專業(yè)但，其工程教育模式還存在不少問題，例如工程類課程體系不夠完善，理論課課時(shí)偏少，教學(xué)模式單一，實(shí)踐機(jī)會(huì)較少等，學(xué)生幾乎沒有受到過project和團(tuán)隊(duì)工作的實(shí)際訓(xùn)練。因此，工程類課程教學(xué)改革勢(shì)在必行?；ぴ硎枪こ填悓I(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生能夠分析和解決制藥生產(chǎn)過程中各種問題，即在科學(xué)研究和實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)典型設(shè)備具有管理、設(shè)計(jì)與強(qiáng)化的本領(lǐng)［2］。因此化工原理教學(xué)水平的高低，對(duì)學(xué)生的業(yè)務(wù)素質(zhì)和工程能力的培養(yǎng)有著至關(guān)重要的作用。文章主要探討如何利用現(xiàn)有條件，借鑒CDIO工程教育模式，對(duì)化工原理課程進(jìn)行多元化構(gòu)建，讓學(xué)生能夠真正做到主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)關(guān)聯(lián)的方式學(xué)習(xí)化工原理課程。

一、理論課程的多元化

CDIO培養(yǎng)大綱中第一個(gè)要求就是工程學(xué)生要具有扎實(shí)的工程基礎(chǔ)知識(shí)，而學(xué)生獲取基礎(chǔ)知識(shí)的主要途徑是通過課堂學(xué)習(xí)。因此課堂教學(xué)是化工原理課程教學(xué)的重中之重，課堂教學(xué)效果的好壞直接決定了化工原理課程教學(xué)的質(zhì)量。而課堂教學(xué)效果不僅取決于授課教師的綜合素質(zhì)，還取決于教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容。因此，化工原理要根據(jù)不同的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，分別建立有專業(yè)特色的教學(xué)大綱，及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建課堂教學(xué)——第二課堂——課后實(shí)踐——網(wǎng)絡(luò)資源有機(jī)結(jié)合的多元化教學(xué)形式。

（一）建立有特色的教學(xué)大綱，改革教學(xué)內(nèi)容，拓展教學(xué)空間

教學(xué)大綱是進(jìn)行教學(xué)工作的基礎(chǔ)?；贑DIO的理念，教學(xué)大綱應(yīng)從有利于提高學(xué)生解決問題能力和操作技能出發(fā)，制訂適合各專業(yè)特色的教學(xué)大綱。比如制藥工程專業(yè)，要求學(xué)生掌握相關(guān)單元操作的基本原理，工藝計(jì)算，典型設(shè)備，為今后從事制藥生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此，在教學(xué)中要側(cè)重設(shè)備設(shè)計(jì)、適用范圍和設(shè)備選型內(nèi)容 。藥學(xué)類專業(yè)，要結(jié)合制劑生產(chǎn)過程，重點(diǎn)介紹流體流動(dòng)、傳熱、精餾和干燥幾個(gè)藥物生產(chǎn)中常見的單元操作。生物工程專業(yè)，由于后面會(huì)進(jìn)一步學(xué)習(xí)精餾單元操作，所以取消了精餾這一章，而增加了萃取單元操作。

化工原理是介紹化工生產(chǎn)過程中單元操作基本原理及設(shè)備的課程，與實(shí)際生產(chǎn)關(guān)系密切。因此，在教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)狀況改革教學(xué)內(nèi)容，刪掉目前應(yīng)用較少的章節(jié)，比如吸收，而適當(dāng)增加運(yùn)用較多、較為前沿的新技術(shù)、新設(shè)備內(nèi)容，比如特殊精餾、超臨界萃取、噴霧干燥等內(nèi)容和章節(jié)［3］。

為了拓展學(xué)習(xí)空間，首先可以在有限的學(xué)時(shí)中合理地安排一些學(xué)生與企業(yè)人員互動(dòng)元素。例如我校每學(xué)期都會(huì)借助ISPE平臺(tái)邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家舉辦講座，介紹制藥工程先進(jìn)的管理和生產(chǎn)理念，我們可以把這些專家請(qǐng)進(jìn)課堂，與學(xué)生就實(shí)際生產(chǎn)中涉及到的單元操作或典型設(shè)備，進(jìn)行交流和溝通，這能讓學(xué)生建立感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。其次還可以利用動(dòng)畫演示，化工原理課程中有許多設(shè)備結(jié)構(gòu)和故障，很難用語(yǔ)言描述清楚，如離心泵的氣縛與氣蝕現(xiàn)象、各種換熱器的構(gòu)造、各種類型塔板的結(jié)構(gòu)等。借助教學(xué)錄像，可以將離心泵、換熱器、塔設(shè)備等典型設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)、操作現(xiàn)象等內(nèi)容直觀地展現(xiàn)給學(xué)生。

（二）利用各級(jí)精品課程網(wǎng)站，開拓第二課堂

最近幾年，化工原理精品課程建設(shè)水平不斷提高。評(píng)選精品課的指標(biāo)之一就是精品課的網(wǎng)站內(nèi)容建設(shè)。因此許多精品課程網(wǎng)站建設(shè)的水平都非常高。從國(guó)家級(jí)、省級(jí)到校級(jí)的精品課程網(wǎng)站建設(shè)，使教師和學(xué)生獲得了更為廣闊的學(xué)習(xí)空間。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況，積極組織參加精品課申報(bào)工作，然后借鑒建設(shè)較好的精品課程，不斷豐富完善教案、案例、圖片、動(dòng)畫等，讓學(xué)生通過精品課程網(wǎng)站，充分了解授課內(nèi)容，利用課外時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，會(huì)使其理論基礎(chǔ)和感性認(rèn)識(shí)得以鞏固和提高。

（三）注重網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)用，引入互動(dòng)式教學(xué)方法

科技不斷進(jìn)步，化工單元操作技術(shù)不斷更新，這都要求授課教師要及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)還要讓學(xué)生自覺地去關(guān)注各種化工新技術(shù)、新設(shè)備和新進(jìn)展。在每一章學(xué)完后，結(jié)合本章學(xué)習(xí)內(nèi)容，給學(xué)生留下相應(yīng)的題目，要求學(xué)生通過查閱資料，完成題目設(shè)計(jì)或綜述，在課堂上以PPT的形式進(jìn)行講解，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，這種互動(dòng)式教學(xué)過程，可以提高學(xué)生對(duì)新技術(shù)、新成果的認(rèn)識(shí)，表達(dá)能力、寫作能力以及對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，都得以強(qiáng)化和提高［4］。

二、實(shí)驗(yàn)課程的多元化

CDIO培養(yǎng)大綱的第二個(gè)要求就是學(xué)生要具備個(gè)人能力和人際團(tuán)隊(duì)能力，這兩個(gè)能力可通過實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的多元化來(lái)實(shí)現(xiàn)。以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)——設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)——綜合型實(shí)驗(yàn)等多層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人工程思維，提高創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力；以演示——操作——設(shè)計(jì)——繪圖等多元化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，提高學(xué)生的個(gè)人動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

（一）增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，開拓設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)空間

現(xiàn)有的化工原理實(shí)驗(yàn)類型大多為驗(yàn)證型和綜合型實(shí)驗(yàn)。為了提高學(xué)生個(gè)人設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，開發(fā)設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是十分必要的。例如我校自2008年以來(lái)成立了制藥工程與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，在國(guó)家政策和資金支持下，實(shí)驗(yàn)設(shè)備有了很大的改善，無(wú)論是設(shè)備設(shè)計(jì)水平、質(zhì)量水平還是自動(dòng)化程度都達(dá)到了一定高度。因此，結(jié)合實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)，在購(gòu)買引進(jìn)設(shè)備時(shí)，考慮了選擇多種新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提供足夠的選擇。如傳熱實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生學(xué)習(xí)了傳熱基礎(chǔ)理論和相關(guān)知識(shí)后，要求進(jìn)行換熱器傳熱系數(shù)的測(cè)定。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，首先要求學(xué)生根據(jù)傳熱速率公式建立測(cè)定方法，確定需要測(cè)定的參數(shù)，例如溫度、流量、面積等，以及測(cè)定這些參數(shù)在實(shí)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(cè)試介質(zhì)的情況下進(jìn)行實(shí)測(cè)，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果對(duì)不同結(jié)構(gòu)和類型的換熱器性能有更加深入的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過設(shè)計(jì)和操作兩個(gè)步驟，不僅讓學(xué)生加深了對(duì)理論知識(shí)的理解，還激發(fā)了實(shí)驗(yàn)興趣。

（二）增加仿真、虛擬實(shí)驗(yàn)，提高工程認(rèn)知能力

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以往主要是以實(shí)體設(shè)備為主，而實(shí)體設(shè)備很難讓每個(gè)學(xué)生去拆解、觀察，而仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)則可起到很好的補(bǔ)充作用，使學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)大大豐富視野和知識(shí)量［5］。不僅如此，由于現(xiàn)代制藥工業(yè)，設(shè)備自動(dòng)化程度已經(jīng)很高，通過開展仿真、虛擬實(shí)驗(yàn)，可大大縮短從實(shí)驗(yàn)室到工廠的適應(yīng)期，從而能夠很快勝任工作崗位。

（三）組織參加各類競(jìng)賽，提高個(gè)人和團(tuán)隊(duì)能力

參加各類設(shè)計(jì)競(jìng)賽，其目的是檢驗(yàn)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力以及分工合作的團(tuán)隊(duì)精神，同時(shí)也為學(xué)生提供了展示空間，這對(duì)達(dá)到CDIO要求中的個(gè)人能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力具有重要的作用［6］。通過參加競(jìng)賽，學(xué)生受益匪淺，不僅拓寬了知識(shí)域，還學(xué)到了許多解決問題的方法。這大大提高了學(xué)生對(duì)工程類課程的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)為參加國(guó)內(nèi)外高層次的制藥工程設(shè)計(jì)大賽奠定基礎(chǔ)。

三、課程設(shè)計(jì)的多元化

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)，課程設(shè)計(jì)可以針對(duì)一個(gè)實(shí)際生產(chǎn)中的單元操作，進(jìn)行主體設(shè)備、附屬設(shè)備的工藝參數(shù)計(jì)算，再進(jìn)行設(shè)備選型，工藝流程圖、車間布置圖等圖紙的繪制［7］。在課程設(shè)計(jì)中，需要教師提供設(shè)計(jì)題目，講解設(shè)計(jì)要點(diǎn)和思路，學(xué)生通過查閱資料、學(xué)習(xí)繪圖軟件、充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)等完成設(shè)計(jì)任務(wù)［8］。由此可見，課程設(shè)計(jì)對(duì)提高學(xué)生的工程系統(tǒng)能力具有非常重要的作用。我校由于課時(shí)有限，現(xiàn)有教學(xué)模式中沒有課程設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)，這樣學(xué)生就缺少了化工原理課程一個(gè)整體、系統(tǒng)性的訓(xùn)練，因此利用教師和企業(yè)資源，搜集各種實(shí)際工程案例，抽出一定學(xué)時(shí)進(jìn)行課程設(shè)計(jì)訓(xùn)練，對(duì)化工原理課程多元化教學(xué)模式的建立和完善有著非常重要的作用。

綜上所述，化工原理課程的理論、實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì)多元化教學(xué)模式，是融工程基礎(chǔ)教育與個(gè)人能力培養(yǎng)為一體，融知識(shí)傳授與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力培養(yǎng)為一體，形成一個(gè)理論與實(shí)踐相結(jié)合，傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合，個(gè)人與團(tuán)隊(duì)相結(jié)合的三位一體教學(xué)模式，為培養(yǎng)合格工程技術(shù)應(yīng)用人才提供有力保障。同時(shí)為促進(jìn)化工原理課程教學(xué)改革、提高化工原理課程的教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果、形成化工原理課程教學(xué)的多元化教學(xué)模式提供重要的理論依據(jù)［9］。化工原理課程多維教學(xué)模式的有效構(gòu)建，也將為其他工程類課程的建設(shè)提供借鑒意義。

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中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2096-000X（2016）14-0078-02

*基金項(xiàng)目：2014年遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究立項(xiàng)項(xiàng)目“制藥工程專業(yè)工程課程教學(xué)內(nèi)容、課程體系與結(jié)構(gòu)的研究與實(shí)踐”（編號(hào)：UPRP20140323）；本文是2014年遼寧省沈陽(yáng)藥科大學(xué)普通高等教育本科教學(xué)改革研究立項(xiàng)項(xiàng)目“基于CDIO理念下的‘化工原理’課程立體化教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施”。

作者簡(jiǎn)介：王立紅（1979，02-），女，山東省，碩士，副教授，沈陽(yáng)藥科大學(xué)制藥工程學(xué)院。

Abstract:This paper aims to establish the method of diversified teaching mode of principles of chemical engineering based on CDIO concept.Through building professional characteristics of teaching outline，updating teaching contents，theory courses are more diversified.New equipment，various experiments and the design contest are carried out in lab course；the development of the curriculum design is carried out in design course.The establishment of diversified teaching mode will help to improve the teaching effect，perfect the training mode of engineering personnel，and provide reference for the exploration of teaching mode of other engineering courses.

Keywords:CDIO；the principle of chemical engineering；diversification；teaching mode