胡 冰

(东莞理工学院 , 广东 东莞 523808)

CDIO是指一种集构思、设计、实施、运行于一体的工程教育模式。它以产品或系统从研究、开发到运行的全过程为载体,培养学生的工程能力,以满足现代工业工程质量的需要。

CDIO教育理念是通过CDIO教学大纲和标准来实现的[1]。它对工程师必备的知识、能力和素质进行了详尽的提炼,共400多项,并将培养目标纳入本科生培养计划。一般来说,本科课程占总教学计划的60%～70%,因此,教学质量对实现CDIO工程教育目标至关重要。

热交换原理与技术是一门工程性很强的专业基础课;然而,在教学过程中,学生能力目标却不是很明确。将CDIO理念应用于工程教育教学改革中,探索在实践教学中实现CDIO精细化培养目标的有效途径。

1 教学中存在的问题及改革思路

CDIO模式不仅没有弱化技术知识的需求,而且增强了知识应用、能力和素质的综合训练。在CDIO教学模式中,将工科教育的知识和能力目标细化为每个教学环节都可以观察和评价的项目。为CDIO教育目标提供了实施要求和指导方针[2]。

热交换原理与技术对能力培养的要求不够细化,仅泛泛地描述为：计算能力、分析和解决问题的一般能力以及实验能力。虽然教师能够理解能力培养的重要性,但由于教学大纲没有对能力提出具体的要求,导致教学过程中目标和标准的缺失。因此,课程改革应从修订教学大纲开始。

在原有的课程大纲内容中增加了个人能力的基本要求。这一新内容提出了一系列可以实现的能力建设目标。包括以下能力：发现和表达问题、建立热交换模型、定性评价与分析、实施与修正、创造性思维、否定思维、假设建立、文献索引、实验研究、自学、表达与交流等。此外,还制定了与个人能力基本要求相对应的30多项细化要求。针对这一细化能力目标,建立有效的教学模式,探索能力培养与精品课程教学过程相结合的途径。

2 热交换原理与技术课程改革实践

为实现热交换原理与技术课程大纲修订后的能力培养目标,教师的教学方法和学生的学习方式同时进行了改革。目前的实践侧重于一些在以往教学中被忽视的要求,以下是改进能力建设的方法。

2.1 基于“创造性思维”的教学设计

创新或创造性思维能力通常表现为：提出新理论、进行新发明和新产品开发的能力。显然,对于仍处于基础课学习阶段的本科生来说,很难做一些创新。CDIO大纲中的创造性思维被定义为：具有概念化和抽象化的能力;综合性和普遍性的能力;解释相关技术发明;讨论创造性在艺术、科学、人文和技术中的作用。 显然,在热交换原理与技术课程教学中,是可以实现CDIO对于创新能力的要求。

2.2 概念化和抽象能力

热交换原理与技术课程中概念较多,通常的教学方法是直接引入一个概念,然后进行解释。学生习惯于记住概念并理解它们,学生不太可能有概念形成的意识,这说明对概念形成过程的重视不够。在当前的教学中,以引导学生通过观察、思考、提炼等方法建立新的概念,培养学生的概念化能力,取代了直接给出概念的教学方法。如壳程流体流路教学,首先让学生观察壳程流体的流动情况,然后将其分析为折流板、纵向隔板的组合,教师引导学生针对问题建立具有本质特征的概念,形成廷克流路的概念。在教学中,教师要让学生从认识到提出新概念,要求学生关注概念的建立过程,而不仅仅局限于对概念的理解。

2.3 课程内容与相关技术发明的关联

由于课时有限,过去只能用较少的时间解释与课程内容相关的技术发明。现在增加了相关的技术发明介绍。

例如,一项关于水平管喷淋降膜蒸发器的技术发明,蒸发器的设计压力1.0 MPa,密封严密,保证真空度。在蒸发器底部设计排液口,进行蒸发器内部液位控制与工质排放。蒸发器侧面设计直径200 mm的视镜,观察降膜蒸发过程。降膜蒸发器壁面散热量大,所以在外侧使用橡塑板进行保温,蒸发器上部安装压力计,测量蒸发器内蒸发压力。喷淋管位于换热管上方,有效喷淋长度为1 050 mm,喷淋管下部开孔,以保证有机工质液体能均匀地通过喷淋管以液滴或液柱的形式淋洒在换热管上,形成沿圆周作降膜流动的液膜。在每个孔口中挂上导流片,长度为8 mm,垂直对准下方的换热管,液态R245fa有机工质流入喷淋管内,从孔口流出,并顺着导流片滴落到换热管表面。

因此,对技术发明的介绍可以加强学生对课程内容的理解。有助于学生理解加强换热原理在促进技术创新中的应用。同时,它也将有助于学生了解技术发展的演变和可能性。这对于创新能力的培养是非常重要的。

2.4 基于假设能力训练的教学设计

通过对比假设结果,能使学生发现问题,进而思考和讨论。最后让学生明白假设的正确性对获得正确结论起着决定性的作用。

2.5 结合实际,培养工程实践能力

CDIO教学大纲要求教师不仅要教给学生知识,还要培养学生的实践能力。不仅要改革课堂教学方法,而且要改革学生的学习方式。对于一个学生来说,学习过程通常包括在课堂上听课、看书和做课后作业。学习效果主要体现在作业上。热交换原理与技术的作业主要是模拟,其中给出了模型、原始数据的确定和标准答案。学生只需要运用理论知识来解决这些问题。

CDIO教学大纲列出了构建模型、评估数据、分析假设和偏差来源、估计数量级和范围、形成建议等具体要求。很明显,目前的学习方式是有缺陷的,无法实现广泛的能力培养目标,学生学习主动性明显不足。在当前的教学改革实践中,学生可以在分组作业中主动、务实地完成这些实践课题。例如：①热水在两根相同的管内以相同流速流动,管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时间后,两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷管道的传热系数影响较大?为什么?②为强化一台冷油器的传热,有人用提高冷却水流速的办法,但发现效果并不显著,试分析原因。③室内暖气片为什么只把外表面制成翅片状?要解答这类问题,学生需要经历整个解题过程,包括建立模型、确定相关数据、分析结果。

2.6 改革实施效果

新热交换原理与技术教学大纲对能力培养目标进行了细化。对以往教学中忽视的能力目标进行了新的界定,使培养目标更加全面、具体。在课堂教学中,通过各种教学设计,将能力培养贯穿于知识的传授过程中。针对能力目标的细化,提出了一些能力训练方法。这些方法取得了良好的教学效果。在当前的教学实践中,学生不再仅仅关注知识的获取过程,更注重能力的锻炼和提高。师生之间有了更好的互动和交流。有助于实现知识与能力的一体化培养目标。

让学生通过接触实物的方式来完成作业,使学生具有更大的知识覆盖面。而且,这些题目限制条件少,没有给出任何答案,有效地激发了学生的学习兴趣。在问题解决过程中,提高了学生的感性认识,增强了对课程内容的理解。提高了建模、提出假设、获取信息、评估数据、观察分析、评价结果、协同工作等能力。在解决问题的整个过程中,学生可以体验到处理理想计算模型所不能遇到的各种情况。因此,完整的解决过程为学生提供了从多个角度发现、分析和独立解决问题的机会。同时,学生从错误中学到了很多东西。学生普遍认为这是一种很好的学习方式。

从目前课程的CDIO教学改革来看,不仅使学生掌握了课程大纲所列的基本知识,而且培养了学生的多种能力,使能力训练成为可行的,且避免了模糊的要求。

3 结语

详细的能力培养大纲对教学模式和教学方法的改革具有指导意义。建议教学改革要注重细节,为学生营造积极的学习环境。实践性题目能使学生在解决问题的全过程中,增强对知识的理解,增强能力。这些知识和能力将应用于工程问题。这种教学模式不需要减少正常的课时,无需额外的经费支持即可实施。学生可以获得与知识和经验相关的背景知识。这正好与CDIO的教育理念相符。教育改革不仅需要先进的教育理念,更需要具体的、可操作的培养目标和方法。本文所提出的模式及其具体的培养目标和方式具有可持续性和多功能性,可为其他课程改革提供借鉴。