基于CDIO工程教育模式下的《化工设计》课程的教学

杜长海 马立国 孙德

摘要：本文介绍了《化工设计》课程教学实践和经验，通过CDIO工程教育模式在高等院校化工类本科生教学中的实践，分别阐述了CDIO工程教育模式制定化工设计课程的教学大纲教学，如何细部讲授和考评等。教学实践显示，新教学模式对学生掌握基础知识、培养专业能力、提高素质具有较好的效果。

关键词：化工设计；CDIO；实践

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）11-0188-02

《化工设计》是面向化学工程与工艺类专业学生开设的一门技术基础课，教学的目的是通过本课程的学习，提高学生综合运用已学的专业基础课等方面知识，培养学生联系实际分析问题、解决问题的能力，同时使学生掌握设计计算的基本方法等。以往的讲授方法是按照章、节平铺直叙地进行，但因学生工程经验不足等因素，达不到真正地培养学生工程能力的目的。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，美国MIT的机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按照CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。CDIO大纲定义了培养学生的具体指标，CDIO标准实质上是一个实施CDIO培养模式的指引。作为中国第一个全面应用CDIO的学校，汕头大学5个工科专业都按照CDIO大纲和标准进行了教育改革，提出并实施了以设计为导向的EIP-CDIO工程教育模式，主要是突出两个方面：工程创新能力和人文素质及职业道德标准的新型工程技术人才。笔者在几年教学过程中，参照CDIO工程教育模式的12条标准，在《化工设计》课程上进行了探索和应用。

一、按照CDIO工程教育模式制定《化工设计》课程的教学大纲

课程教学大纲是根据课程内容及其所处课程体系和教学计划的要求编写的教学指导性文件，现以《化工设计》课程中的第二章“化工厂设计概述”为例对大纲的主要内容进行修订如下。

1.CDIO项目。根据学生学习的具体情况，由学生自由选择以下项目进行实施：①2000吨/年碳酸二甲酯分厂项目建议书编写。②2000吨/年碳酸二甲酯分厂项目可行性研究报告编写。③2000吨/年碳酸二甲酯分厂项目工艺流程的选择。④2000吨/年碳酸二甲酯分厂项目综述。

2.主要知识点。化工设计的工作程序和建设程序；化工设计项目的建议书和可行性报告的编写内容和原则；化工厂工艺流程的选择方法与原则；化工厂项目设计的综述。

3.教学提示。本章通过多个CDIO项目，本着“做中学”的原则，在指导学生实施项目的过程中，通过传授学生如何搜集与整理资料，逐步展开化工厂设计概述的学习，针对具体项目实施具体的相关设计。

4.重点讲解。①项目建议书和可行性研究报告内容；②工艺流程选择原则。

5.检验标准。根据选择的CDIO项目进行书面总结与讨论，达到知识点互惠的目的。

二、基于“项目式”教学方法

《化工设计》课程是综合运用已学过的专业基础课和专业课，如化工原理、物理化学、化学反应工程、化工热力学、化工过程分析与合成、机械设备、化学工艺、化工AutoCAD等专业课程的知识，在现有资源、法律和社会观念的条件下，讨论化工工艺过程开发设备的设计以及工厂的整体设计。化工设计是化工类专业工程教育的本质和核心，是培养未来工程师的创新思维和实践的手段，也是理论联系实际最主要的通道。

教学方法采用项目式教学模式，即第一课时，教师给学生安排一个团队设计项目，如2000吨/年碳酸二甲酯分厂设计，该项目称一级项目，下设化工工艺选择、化工过程设计、设备选型与自动控制、化工厂经济分析与评价、化工厂风险分析与预防、厂址选择等二级项目。学生通过自由组合，由6～8人组成一个设计小组协同完成工厂设计任务，每个设计组设小组长1人，组长负责统筹整个设计项目的分工与实施，同时规划整个项目与总结等。

在教学过程中，讲授、设计和讨论并重，其中讲授约占总学时的■左右。教师在讲授了基本的课程内容及要点后，各小组学生根据二级项目内容查找资料、讨论设计内容、初步设计并形成项目报告。每个二级项目结束后，在讨论课上，各小组汇报自己的项目内容，其他学生可提问、点评，最后由教师进行总结。教师在项目设计过程中要随时解决学生提出的各种问题。在讨论课中，一方面要把握住方向，另一方面也从中受到启发，达到教学相长的目的。通过这种教学形式，学生真正开动脑筋，互相学习，培养了学生创新思维和实践能力，同时亦培养了学生团队合作能力、组织能力和竞争意识。

三、化工过程模拟软件在化工设计中的应用

化工过程模拟与实验研究的结合是最有效和最廉价的化工过程研究方法。可以大大节约实验成本，加快新产品和新工艺的开发过程。在化工厂设计中，化工过程软件的模拟也是必不可少的工具，因此在化工设计课程中应该做为重点讲授内容，适当安排相关计算机上机实际操作，对具体的CDIO项目进行物料衡算和热量衡算模拟等。除此之外，还可以使用相关软件进行优化，比如利用Aspen Pinch进行热集成，实施热量集成与优化，将化工过程中冷热物流进行匹配优化，将系统中冷热量消化在体系内部，实现能源的节约目的。

四、对参加按照CDIO模式培养的学生建档管理，跟踪反馈

将所有参加《化工设计》课程按照CDIO模式培养的学生全部建档管理，每个人都建成电子信息表，包括个人的所有基本信息、工作单位和其他相关信息等，然后根据具体信息对其进行定期的跟踪反馈，及时了解相关企业对学生的知识体系、个人能力和工程能力的评价等，并通过交流，总结宝贵的经验。

五、改进传统的考试方法

考试是评价和改进教学，使之有利于培养创新人才的基本途径；考试是引导学生主动、创造性地学习的重要手段；考试是检测和提高学生创新思维和创新能力的重要环节。因此，科学合理的、鼓励创新的、富有活力的考试制度有利于培养高校学生的创造力，有利于造就建设创新型国家所需要的创新型人才。我们认为，教学是一个动态的持续过程，考试作为教学质量的评价手段，要达到客观评价的目的，其评价活动应贯穿整个教学过程，不应以一次考试决定成绩。为此，团队提出了“做中学，学中考”的考核方式，具体做法如下：基于化工设计课项目式教学模式的教学方法，我们对考核内容做了合理化分配（见表1），从三个方面进行考核，平时成绩、设计报告、期末考试。平时成绩占总成绩的20%，主要考核学生出勤、回答问题等课堂表现情况；每一个二级项目完成后，在规定时间内提交完整的项目设计报告，设计报告占总成绩的50%，是考核的主要部分；期末考试采用闭卷方式，主要考核化工设计过程中涉及的基本原理、方法、步骤等问题。这种分配方式突出强调了设计报告的重要性，弱化了期末考试的分值，这与化工设计课自身实践性强的特点是相适应的，学生通过考核就必须认真作好二级项目，不但巩固了化工设计的基本理论，又熟悉了相应的设计规范，这样就避免了学生考试突击现象。几年来，没有学生要求划范围、划重点，考试时也没有作弊现象。

六、结束语：

笔者基于CDIO理念下的工程项目制定教学大纲，就是培养学生的工程概念、工程意识、分析工程问题、解决工程问题的能力，培养工程业务素质。该项目的实践效果体现在通过基础科学理论如何运用工程理论的教学过程中，又体现在如何应用工程观点、工程理论和方法，解决各类工程问题的教学和训练过程中。并对参加COIO教育模式下的学生进行相关跟踪，与相关企业对接，了解企业需要的工程人才等，然后再在新一轮教学中不断进行相关补充与完善，为培养21世纪具有创新精神与实践能力的高素质化工人才的目标服务。

参考文献：

[1]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006，（11）：81-83.

[2]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].化工高等教育，2008，（3）：1-7.

[3]汕头大学工学院EIP-CDIO改革总结[Z].2006-09-15.