高枫　石文兵　郭晓刚　贾乾发

摘  要：该文结合现代化工对专业人才需求多元化，提出采用CDIO教学理念对化工人才培养定位和人才培养模式构架和做法，从优化教学内容、教学体系多元化、教学方法工程化3个方面探讨化学工程基础课程工程化理论授课，以期望对其他工科课程授课提供参考和借鉴作用。

关键词：化学工程基础；CDIO；工程教育；多元化；工程化

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）04-0101-04

Abstract： This paper combines the modern chemical industry's diversified demand for professional talents， proposes the adoption of CDIO teaching concept for chemical talents training orientation and talent training mode framework and practice， and discusses the engineering theory lecture of the course of Elementary Chemical Engineering from three aspects， such as optimization of teaching content， diversification of teaching system and engineering of teaching method， in order to expect to provide reference and reference role for other engineering courses lecture.

Keywords： Elementary Chemical Engineering; CDIO; engineering education; diversification; engineering

教育是推动经济发展和社会进步的重要力量，高等学校是教育的宝贵资源和财富，加快高等教育发展，增加高校建设资金投入，扩大高校招生规模，满足国内经济发展对人才的强烈需求。2020年高校毕业人数约为874万人，其中理工农医类学生约有243.4万人，约占总毕业生人数的27.85%，但我国在工程教育实践中，还有很多问题尚未解决，较为突出的是学生理论丰富，实践欠缺，少数学生“纸上谈兵”，工程实际操作能力、团队交流合作能力乃至开拓创新能力等未能达到工科人才质量培养要求。学生没有受到或较少受到工程化和团队工作的实际训练，造成学与用的脱节。随着科技的发展，现代化工技术具有向大型化、综合化方向发展，原料、生产工艺、产品多样化、复杂化、多学科综合技术载体、生产技术密集型、高度自动化，早期手工操作状态由自控系统取代，因此对专业人才的需求由劳动集约型向人才集约型转型，要求专业性人才动手能力强、创新意识浓，有了更高的要求。

化学工程基础是化工专业人才培养过程中重要的一门专业基础课程，主要讲述典型设备构造、工艺尺寸设计、设备选型等，这门课程综合以前所学理论基础知识解决实际工程问题，具有工程性、应用性，是化工学科一个重要组成部分。这门课程是由自然学科向工程学科起着过渡桥梁作用[1]。因此如何应用CDIO理念进行化学工程基础课程教学，本文进行了有益的探索与实践。

一  CDIO理论基础

依据现代工程师职业角色，参与或领导产品的构思、设计、过程、实现与设计，以此确定工程教育的目标将工科学生培养成一个在团队环境下能够构思-设计-实现-运行复杂过程和系统能力的现代工程师。毕业生走向社会所承载工程师所做的工作[2]，所应具有工业界向工程教育提出的工科毕业生所需要的能力，因此在学生培养的过程中强调以下几方面内容。

第一，学生主体，能力本位。在学习的过程中，引导学生积极参与、主动选择，而不是被动灌输式接受知识。教师的教学目的是让学生在传授知识的同时转向能力的培养。化工DCS模拟仿真系统、工厂化教学，可以让学生感受真实环境，培养学生处理实际问题的能力、系统思维能力、团队合作和与人沟通能力。

第二，在教学目标和方法上强调一体化教学，注重培养学生在学习科学知识的同时，促进学生各项能力提升，教学方法上以培养知识、能力、素质一体目标为基础，构建一体化课程体系。

教育方法上，积极利用每年化工专业两大国家级比赛（全国大学生化工原理实验大赛和全国大学生化工设计竞赛），尤其全国大学生化工设计竞赛，比赛题目贴合实际，题目略难，以这样题目或者選取一部分项目为载体，来布置课程作业，通过真实的题目，学生综合联用各项知识点，促进能力提升，树立良好职业态度。

二  实施过程

（一）  优化教学内容

依据CDIO教学理念，化学工程基础课程在教学内容上突出系统化、工程化[3]，八个基本单元操作内容之间围绕动量传递、热量传递、质量传递（三传及三传类比）一条主线，找到必然逻辑关系。保证知识体系宏观的稳定与系统，但在各个单元操作中，可以弹性化和灵活化教学方式展开。教学过程中，授课内容以工程实际系统做载体，实践教学以工程案例实际形成方法进行教学，在有限的教学学时内，达到工程化教学目的。如在讲授传热知识点，可分为三个阶段递阶进行，第一层次课堂理论教学；第二层次传热单元验证性实验；第三层次换热器的设计训练。这三个层次都与深化理论和加强实践能力培养相关，知识传递与能力培养递进深化，三个层次相互贯穿。当理论授课内容完成，换热器设计课题也完成，这样教学安排，学生学习到的知识点可以立即应用到实际的换热器设计过程中，学以致用，提高学生学习的兴趣，对知识的掌握更加牢固、运用上更加熟练。

（二）  教学体系多元化、工程化

1  合理运用多元教学模式

多元教学模式有很多种类，如翻转课堂、任务引导、小组讨论等。多元化教学目的是调动学生的学习性。互动是教育教学中的重要形式，可以师生互动、生生互动，通过互动能够发现问题、解决问题。但现在的教学模式大多仍以单向传输为主，在这种单向传输过程中，师生之间缺少互动，教师教授知识为主，而不是以人为本，教师只是传输了知识，而学生掌握程度参差不一，导致学习者兴趣下降，学习效率不高。信息技术的快速发展，利用网络技术和多媒体的教学已经不受时空、地域的限制，尤其5G虚拟校园建设及应用，大大拓展了学生学习的时间和空间，利用教学平台可以随时、随地学习，促进了教学交互执行手段的时效性和多样性。拓展利用网络教学平台的优势与范围，进一步提升基于网络环境下课程多元互动性，师生在教学中讨论，在讨论中互动，在互动中寻求培养目标的契合点。

在实际教学过程中，我们开发了化学工程基础课程云教材（如图1所示），教材有如下几个特点。

1）嵌入数字化资源。学生只要用手机链接到相关网络，能够看到课程的资料或视频，方便了学生学习，并且扩展了教材的内容含量，打破了传统纸质教材的固定模式，摒弃了呆板的展示形式，引入信息元素，利用先进科技手段融入教材编写过程，将相关知识点采用多媒体元素呈现，注重知识点内涵的展示，有利于激发学生的学习兴趣，提高学生学习的自主性。

2）数字化资源制作。以课程章节知识点为核心，建立微课、动画、测试题、教学大纲和概念解答等资源库，形成立体化教学资源，便于教师教学及学生练习，如图2所示。

教材可以利用教学平台为载体，学习平台可以自己搭建，也可以利用比较好的现有网络平台，如中国大学MOOC、学堂在线、超星慕课等。各平台既有通用功能，又有自己的特色，如课程大纲、教师授课视频、学生在线学习时间统计、作业、考试及参考资料等。便捷网络、功能较佳的学习平台给学生提供了灵活、开放、互动的自主学习环境，有利于促进学生自主学习，提高学习效率。

3）加强互动性。化学工程基础数字化教材遵循学生阅读规律，按照图书风格编排，嵌入丰富教育资源。①学生围绕知识点可以课上、课下与教师之间、同学之间、甚至志愿者、校外专家或者教辅人员进行沟通交流。（图3、图4）。②学习平台可以记录学生登录平台的基本数据，如签到、学习时间、作业完成情况和考试成绩分布等数据，利用这些数据，进行挖掘与分析，可以判定学习者的学习行为及习惯，教师依此指引学生个性化学习行为，为改进教学、促进学生学习提供有效参考。③移动交互式数字教材的混合媒体一体化编排设计的阅读和浏览，支持文字、图片、画廊、语音、视频在一个场景里的沉浸式学习。④支持流式版式的上下滑动、翻页，支持字号大小的设定，支持按照关键字查找书籍内容，支持按照章节目录索引、按照页码定位。⑤批注和笔记功能。智能化平台可以支持学生在教材中任意一段文字进行笔记标注，例如，文字高亮、图片解释、错题更正等。在笔记记录位置同时系统自动记载批注或笔记的时间，以便学生复习。在手机版、PAD版中支持创建语音笔记，支持创建图片、照片笔记，支持创建语音、图片、文字的混合笔记；支持笔记标注管理，管理自己笔记，查看授课教师标注的学习重点、同班同学的笔记和全国学习者分享的笔记；学生笔记位置，系统自动编录索引管理，类似纸质教材目录，学习者点击笔记索引，就可以自动定位到教材对应的知识点位置。

数字化教材的引入，学生学习不受时间、场地的限制，可以随时和教师、同学间互动，较好地激发了学生学习的兴趣。在实际教学过程中达到了良好的教学效果。

2  课程工程性突出

1）授课内容工程性强化。化学工程基础课程内容工程性突出，在授课过程中以提升学生工程能力为导向，突出创新和实践能力培养，构建产学一体工程化课程体系，突出实践教学比重，重视素质技能，把创新创业教育融入人才培养过程[4]，在实际授课过程中，依照内容岗位化，训练项目化，构建实践教学体系，以任务为载体，产学合一情景式学习教学模式[5]，为学生搭建实践平台，真正实现理实融合[6]。例如与沈阳化工大学合作开发了单元操作DCS仿真系统（图5），同时购买了浙江中控技术股份有限公司八个单元操作实训装置，学生完成理论学习、DCS仿真模拟实验、验证性实验，以实训装置为平台，教师设置故障点，学生以小组的形式，依据所学理论知识，排除故障，培养学生解决问题的能力。

2）教学方法工程化。以工程任务为导向，以案例-原理-实践模式进行专业课程理论教学。设计性、创新性和综合训练项目为载体，通过“虚拟仿真、综合训练、实际应用、创新提高”四个渐进过程培养学生发现问题、解决问题、学以致用和举一反三的能力[7]。在授课过程中，主要采用以下几种方式。①设立工程性任务，在完成验证性实验后引导学生开展探究性实验，例如在离心泵性能曲线验证性实验测试结束后，可结合某一工段所需的流量，让学生设计工程需要的离心泵，这样工程任务涉及流体能量衡算、管路阻力计算、泵的型号选择、流量、扬程和功率的计算等知识点综合应用，具有更强的现实意义。②工程任务设置，把握学生学习的侧重点，分清主次矛盾，避免学生在授课知识点以外花费较多精力。以精馏塔设计为例，学生关注的重点是塔的主体设计如塔高、塔径、塔板数的计算等，而不是塔附属设备如塔板结构等。③适当安排工程任务，学生完成工程任务比验证性实验花费时间长、投入精力更多，因此在布置工程任务时，不可能每个知识点都会布置，按照实际工程应用中，应用最多、涉及知识点较广，如：换热器、吸收塔、精馏塔和干燥器等一些典型的设备进行工程化理论知识布置工程任务较好。

三  结束语

化工工艺大型化、复杂化、自控化对专业人才的培养提出了更高的要求，化工专业应努力践行CDIO教学理念，根据行业技术需求、技术和产业发展现状调整学生培养目标，建立新的培养机制和模式，应对工业界对人才的需求。化学工程基础作为化学工程与工艺专业的一门重要的基础课程，对学生步入社会从事本专业工作起着重要的作用。应用CDIO教学理念，依据三传及三传类比（动量传递、热量传递、质量传递）教学内容为教学主线，展开理论教学，以涉及知识面广、应用广泛的内容展开工程性任务教学，努力将学生培养成在团队工作环境下构思-设计-实现-运行复杂过程和系统能力现代工程师，满足工业实际需要。

参考文献：

[1] 陈敏恒.化工原理[M].北京：化學工业出版社，2020：2-3.

[2] 余建军.基于CDIO工程教育模式的高职教育教学改革研究[M].杭州：浙江工商大学出版社，2017：20.

[3] 江南大学教学评估与教师卓越中心.崇尚教学追求卓越：江南大学卓越课程成果汇编（第1辑）[M].北京：中国矿业大学出版社，2017：86.

[4] 邹一琴，郑仲桥，鲍静益.应用型本科人才弹性力培养[M].南京：东南大学出版社，2018：55.

[5] 夏淑倩，王曼玲，程金萍，等.践行OBE理念，开展化工类专业新工科建设[J].化工高等教育，2018，35（1）：9-12，61.

[6] 张玮，王俊文，程永强，等.新工科背景下“智能化工”课程体系的构建与实践[J].中国大学教学，2019（Z1）：75-79.

[7] 北京高校电子信息类专业群.北京高校电子信息类专业群教师教改及学生实践成果论文集[M].北京：北京邮电大学出版社有限公司，2018：68.

基金项目：重庆市2022年高等教育教学改革研究“新工科背景下基于产教融合的创新型人才培养体系的构建与实践——以长江师范学院化学工程与工艺专业为例”（223368）；长江师范学院2022校级重大教改项目“面向新工科产教融合化工人才创新培养体系构建与实践”（JG2022102）

第一作者简介：高枫（1976-），男，汉族，辽宁营口人，博士，副教授。研究方向为化工冶金。