项目驱动法在化工原理课程教学中的实践与创新

吴志国 曹井国 杨希越 王耀环

（天津科技大学，天津 300457）

项目驱动法在化工原理课程教学中的实践与创新

吴志国 曹井国 杨希越 王耀环

（天津科技大学，天津 300457）

针对化工原理传统教学在培养学生工程实践能力方面存在的问题，提出了以学生为主体的项目驱动教学方法，其目的是将工程实践项目作为课堂教学和实验实践教学的纽带，在强化学生对化工原理理论知识学习的同时，培养学生的工程观念和团队合作能力，从而解决工程实际问题[A4]。论文具体阐述了项目驱动教学法的基本思路，以及项目的具体实施及考核要求。项目驱动教学法有助于培养创新型的大化类应用型人才。

项目驱动教学法；化工原理；文丘里管；工程观点

化工原理课程是大化类专业的一门专业基础课。它在基础课与专业课之间，起着重要的“桥梁”作用。化工原理课程具有以下特点：首先，工程实践性强。化工原理研究的对象是实际工程问题，而解决问题的方法手段也多从工程角度出发，不同的单元操作都有相应的工程设备与其对应。化工原理教学旨在使学生初步养成良好的工程思维和工作习惯，提高分析解决化工生产中实际问题的能力。因此，该课程特别强调的是理论与实践相结合。其次，综合应用性强。化工原理课程教学内容主要涉及流体流动、传热和传质的基本原理及主要单元操作典型设备的原理、结构、设计、选型、操作等内容，该课程应用数学、物理、物理化学和化学学科中的原理知识来解决生产中的实际问题，有极强的理论性与综合性。

基于以上化工原理课程特点，学生在接触这门课后，存在畏惧心里，加之不了解实际工程，普遍认为较难掌握。另一方面，随着社会、企业对培养出的人才的工程实践能力提出了更高要求，使课程教学改革迫在眉睫。针对以上情况，笔者通过教学实践探索，提出在传统化工原理教学基础上融入项目驱动教学方法，提高化工原理课程的教学效果，培养学生的工程观点和工程实践能力。

一、项目驱动教学法的理念与思路

项目驱动教学（Project Based Teaching）模式是一种建立在建构主义（Constructivism）教学理论基础之上的教学法。同时，也是 CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate，即构思、设计、实现、运行）理念所倡导的教学模式[1-2]。与传统教学方式不同，项目驱动教学模式要求以学生为中心，充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神，使学生置身于探索知识的情境之中。教师在项目驱动教学过程中要适时引导和启发学生，解决学生在学习和项目实践过程中存在的共性和个性问题[3]。项目驱动教学模式的基本思想就是将学生的学习与实际工程项目相结合，师生通过共同完成一个与教学相关的“项目”而逐步深入、全面展开教学活动，通过探究问题和解决问题来提高学生的学习兴趣，进而树立他们的信心，培养他们的能力[4]。

如图1a所示为项目驱动教学的一般思路。首先根据学生专业选择、设计好项目，使学生明确学习目的，带着项目任务进行理论学习和实践学习。基础层的学习通过课堂教学和查阅文献等方式进行，其目的是要夯实学生的理论基础知识和拓展学生思维。课堂教学主要以教师的教学为主，而查阅文献主要以学生为主，在阅读文献的过程中让学生了解专业和学科的发展；应用层的学习以学生为主体，通过验证性实验教学培养学生的实验基本技能和工程操作能力，在验证性实验的基础上，教师指导学生自主设计实验方案和设备的操作参数，以训练学生初步的工程设计能力；创新层的学习以项目实践为目的，以学生为主体，通过理论与实践结合完成设计的相关项目。在项目的实施和完成过程中，使学生对已学习到的理论知识和实验技能融会贯通，最终通过获得定型设计产品等方式实现知识技能学习的升华，使学生的实践能力和创新能力得到全面锻炼和提高。

图1 项目驱动教学法的一般思路（a）与具体项目实施（b）

二、项目驱动法在化工原理教学中的实践

1.项目选择和设计

合理选择项目是化工原理项目驱动教学的核心，也是提高学生学习兴趣，培养学生综合素质与能力的关键环节。根据课程特点和学生专业，项目的选择来源主要有以下三个方面。

（1）提升素养——培养学生专业素质的项目课题

针对大化类不同专业的学生，以培养学生的专业素养为目标，设计了不同的项目驱动课题。因为项目驱动主要以学生为主体，所以在项目的选择和设计时，充分考虑了项目的安全性和绿色环保性。

针对化学工程与工艺专业，设计了项目“利用精馏回收乙醇-水物系中的乙醇”。该项目致力于利用精馏单元操作回收发酵专业学生的实验废弃液乙醇，使学生在深刻理解化工生产中重要的单元操作—精馏的基本原理与操作过程的同时，也使废弃的低浓度乙醇得到了回收利用，一举两得。

针对食品粮油专业的学生，设计了项目“稻谷干燥综合实验”。该项目将干燥单元操作中的湿物料定位为待干燥的稻谷，从而使干燥过程较课程中原简单的湿物料（含水毛布或砖块）的干燥更加复杂。学生须根据稻谷自身特性来设计合理的干燥过程，在不影响稻谷品质的前提下，测定稻谷的干燥曲线、干燥速率曲线等基础数据，从而大大加深了学生对干燥单元操作知识的理解并与其所学专业完美结合。

针对生物化工专业，生物分离工程是他们重要的专业课，因此设计的项目为“利用萃取单元操作来提取大蒜素”。该项目要求学生要选取合适的萃取剂，画出相图并设计合理的萃取操作过程，最终从大蒜中得到较高收率的大蒜素。该项目不但使学生熟悉掌握了萃取单元操作的原理和操作，同时兼顾了专业特点。

针对环境化工专业的学生，将环保理念与化工原理的典型吸收单元操作相结合，设计了“利用填料吸收塔脱除尾气中氨的综合实验”项目。该项目以化工生产过程中的尾气清洁排放为目标，使用化工原理中的吸收单元操作来进行尾气的净化，该项目实施过程中会结合虚拟仿真实验软件进行尾气吸收的模拟条件优化过程，最终对实际尾气进行吸收脱除氨的验证。

以上所述项目的选择和设计均与学生的专业相结合，理论联系实际，运用扎实的理论知识解决专业实际问题，同时也为学生后续的专业课的学习打下了良好的基础。

（2）关注市场——解决市场需求的项目课题

以市场为导向选择设计项目也是化工原理项目驱动教学选择项目的重要来源。自动投药设备广泛应用于农药喷洒、泳池消毒、水产养殖池塘投药等方面，市场需求量较大。结合化工原理教学内容设计了“文丘里管自动投药设备”项目来训练培养学生的综合能力、市场化观念和创新创业意识。

文丘里管是化工原理流体流动章节中要学习的一个重要装置，其中包含了流体机械能守恒的重要知识点，利用了静压能转化为动能所产生的负压来实现流体的自动吸入和喷洒。学生通过该项目，一方面掌握了文丘里管的工作原理并将其用于实际设备的设计、计算和应用中，另一方面建立了工程观念，真正体会到了化工原理在解决工程实际问题中的重要性，提高了学生学习兴趣和积极性。

（3）教研相长——科研反哺教学的项目课题

将教师的科研项目和成果与教学相结合，突出工程学科的特点，科研反哺教学也是设计项目的一个重要来源。学生通过参与教师的实际工程项目，不仅增加了学习兴趣，还提高了实践和创新能力，可为其今后的工作和学习奠定良好专业基础。

“蓝藻水华应急打捞装置”项目来源于教师科研项目，根据该科研项目成果，设计了流体流动及输送机械、离心沉降、过滤等多个单元操作综合的教学项目。通过该项目的训练，使学生充分认识到所有化工工程均是多个单元操作进行合理组合的结果。因此，综合多个单元操作的联合使用，可以训练学生处理复杂工程问题的能力。

2.项目驱动教学环节设计与实施

以“项目选择和设计”中提到的解决市场需求的“文丘里管自动投药设备”为例，具体说明化工原理项目驱动教学的实施过程（图1b）。根据项目驱动教学思路，分三个层次、层层递进地对学生进行教学和训练。基础层教学学生主要进行流体流动和文丘里管工作原理等基本理论的学习，学生须掌握伯努利方程在流体流动中设计计算和应用；同时，通过查阅相关资料进一步了解目前文丘里管的工程实际应用。教师在该层次中除了讲授基本理论外，更重要的是要针对学生即将实施的项目给出必要的提示、建议和引导，让学生带着疑问自主学习。

应用层是以学生为主进行的验证性实验，要求学生熟悉和掌握文丘里管实验装置等设备的使用和操作，并提交实验分析报告。学生通过观察文丘里管实验现象，运用理论知识分析、调试和控制实验过程，如通过控制文丘里管中流体的流速来控制其输送流体的压差，为创新层准确控制投药量提供可靠实验数据。该层次的学习是使学生将书本的理论知识变为实践知识的过程，教师在这一阶段主要充当一个引导员的角色，将实验设备基本情况和参数讲解清楚后，由学生自主进行实验验证和实验设计。

创新层阶段师生通过共同完成“项目”而逐步深入、全面展开教学活动，在教师的指导下，学生自主设计项目方案，以着力培养学生初步工程设计和自主解决工程问题的能力。这一阶段学生须完成文丘里管自动投药设备的设计，主要包括流程图的绘制、文丘里管设备尺寸和相关配管的设计计算、设备图纸绘制以及设备的安装调试和运行。

学生针对项目目标，在教师的引导下，通过自主学习和不断探索，发现问题，解决问题。通过工程项目的方案设计、计算、实验和运行，学生把所学知识融会贯通，加深对课程的认识，查找理论计算与操作效果之间的差距，学会解决设计型问题和操作型问题的方法。在解决实际项目问题过程中，学生通过合作与讨论，并不断克服所遇到的各种困难，得以亲身认识和体会到团队合作的价值和意义，培养和锻炼他们的团队精神和主动探索的创新精神。

3.项目驱动教学的评价与考核

项目驱动教学以小组为单位进行，4-6人组成一个学习团队，设组长1人。教师在划分小组之前，先要对班级的每一个学生的情况有所了解，按照异质性原则，做到不同层次学生的合理搭配，实现小组成员之间的优势互补、互帮互学。[5]所以，团队中每个人的角色不同，每个成员可以根据自己的特长承担相应的任务，在教师指导下，在组长带领下合作完成项目。

在每个教学阶段，学生以小组为单位，将项目实施的所有内容制作成ppt，以答辩的方式汇报各小组的项目进展和所取得的结果。三个阶段的成绩要进行加权平均，成绩分配比例分别为30%、30%和40%，成绩由指导教师按照标准统一给出，如在第一阶段主要以理论学习和文献查阅情况为根据，第二阶段主要以实验室动手操作和对原理的掌握情况为根据，第三阶段以设计计算书和最终产品情况为依据来评价；成绩评定不仅有团队成绩，也有个人成绩，使项目驱动教学法的成效落到实处。整个答辩过程既能锻炼学生的口语表达能力和概括总结能力，又能使学生对化工原理理论学习和工程实践有更为深入的了解。整个项目驱动教学过程，学生一直带着项目任务进行相关学习，极大地调动了积极性，发挥了他们的主观能动性和创造性，而最后的成果也极大提高了学生的自信心，为今后走上工作岗位打下坚实的理论和工程基础。

指导教师对学生的考核贯穿于项目驱动教学的整个过程：包括理论学习、文献查阅、项目设计与选择、项目方案设计与实施、汇报答辩等环节。教师通过整个过程的监督和评价，既能客观反映学生的学习能力，又能有效发挥项目驱动教学在培养学生工程观点、工程实践能力和创新能力方面的作用，切实达到培养具有团队合作精神的应用创新型人才的目的。

三、结束语

采用项目为导向的项目驱动教学法，将化工原理的课堂教学和实验实践教学联系起来，明显提高了学生的学习兴趣，使学习过程由被动变为主动。项目驱动教学法通过与课程相关的工程实践项目的选择、设计和实施，调动了学生学习的积极性、主动性和创造性，增强了学生对化工原理课程的全面理解与掌握，并学以致用，有效发挥了化工原理在培养学生工程实践能力方面的重要作用，收到了良好教学效果。项目驱动教学法不仅使学生学习的理论知识更扎实，与实验技能和工程实践能力融会贯通，而且培养了学生的团队合作意识，从而为学生后续专业课的学习、为社会、企业培养合格的工程创新性人才打下坚实的基础。

[1]方园，郑继兵，姚云飞.项目驱动法在专业基础课教学中的应用[J].中国电力教育，2014，319（24）：21-22.

[2]王成勇，周慧杰，朱晓勇.基于科研项目驱动的大学生创新能力培养新途径[J].高教论坛，2011（10）：23-25.

[3]叶汝盛．将工程项目引入到教学－“项目驱动教学法”的实践[J]．福建电脑，2010（6）：190-192．

[4]Beckett G.H.Beyong second language acquisition projectbased second and foreign language education：past，present and future [M].Greenwich：Information Age Publishing，2006.

[5]柯胜男，黄明和，雷刚.基于“项目驱动”的教学研究与探索[J].计算机教育，2007（4）：25-33.

（责任编辑：张华凡）

Application of Project Based Teaching Method to Chemical Engineering Principle Course

WU Zhiguo,CAO Jingguo,YANG Xiyue,WANG Yaohuan
（Tianjin University of Science and Technology,Tianjin 300457,China）

In the traditional teaching process of chemical engineering principle course,there are some problems in training the practical engineering abilities of the students.To solve the problems,the student-oriented and project based method was applied to the teaching process and serves as a link between theoretical and experimental teachings.The project based method could strengthen the students’learning of the course and cultivate their sense of engineering and team work.In this paper,not only the basic ideas but also specific implementation and assessment of project based teaching method were clarified,all because the new teaching method is beneficial to cultivating creative and applied talents of chemical engineering specialty.

project based teaching method；chemical engineering principle；venturi tube；engineering view

G642.0

吴志国（1979—），男，讲师，研究方向：土壤污染防治技术。

曹井国（1980—），男，副教授，研究方向：水污染防治技术。

天津科技大学青年创新基金（教育教学类）（2015JXD02）。