基于CDIO教育模式的工程教育本科化工专业实训的改革实践

2018-03-23程忠玲

承德石油高等专科学校学报 2018年1期

程忠玲

(承德石油高等专科学校化学工程系，河北　承德　067000)

工程教育是我国高等教育的重要组成部分。传统工程教育存在的重要问题就是工程教育中素质教育的缺失。比如毕业生走上工作岗位后就表现出明显缺少在项目或团队合作方面的实际经验训练；所培养的工程技术人才在个人素质、人际能力等方面存在明显不足。如何培养符合社会需求的高素质工程人才是各国高等教育改革亟待解决的问题之一。正是在此背景下由美国麻省理工学院等四所大学于2001年提出改革工科教育，创立了CDIO工程教育理念[1]。2005年开始，我国各高校开始借鉴CDIO理念开展全面、深层次的工程教育改革，改变以往重理论轻实践、重视个人能力而忽视团队协作、重视专业知识而忽视创新能力培养的教育模式。工程实践能力的培养是工程教育的核心，化工专业实训是我校工程教育本科化学工程与工艺专业的必修课，如何利用好该实训课程的优势，在培养学生职业素质和职业能力方面取得较好的效果，是化工专业实训教学改革的重要目标。因此，尝试将CDIO工程教育理念运用到化工专业实训教学中，使学生不仅注重人才个体的学识和经验，更注重人才的合作与沟通、创新与决策能力，成为社会和企业需要的高素质工程人才。

1　CDIO教育模式

CDIO分别代表构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)、运作(operation)，其名字的灵感来源于产品/系统的生命周期过程[2]。CDIO工程教育模式就是以此全过程为载体，培养学生的工程能力，不仅包括个人的学术知识，而且包括学生的终生学习能力、团队交流能力和大系统掌控能力[3]，它是“做中学”和“基于项目的教育和学习”的集中体现[1]。以项目组合作承担项目的工作方式，使学生在自主学习的基础上，通过小组讨论、协商、决策，形成自我反馈，从而培养项目团队的工作精神、组织领导能力、收集信息、调查研究能力、制定工作计划和决策能力、发现问题和解决问题的能力。“做中学”是CDIO工程教育模式中实现工程能力培养的一个重要条件，这种方式将会改变学生的学习方式，也将改变教师的教学方式和教师的角色。在“基于项目的教育和学习”的教学模式中，教学活动从以“教”为中心转向以“学”为中心，学生成为教学活动的主体，使学生由接受性学习转化为以研究性、实践性学习为主体的学习形式[4]。

2　化工专业实训的教学改革与实践

化工专业实训是我校化学工程与工艺专业大四学生必修的一门专业实践课。通过化工专业实训使学生掌握典型化工装置的生产流程、设备类型和用途以及装置的操作和控制，达到能正常安全运行化工装置的目的。但由于化工专业实训存在的诸多问题，导致对学生的培养不到位，与企业需求脱轨。

2.1　实训课程存在的主要问题

2.1.1石油和化工企业对毕业生职业素质评价低，培养规格不符合企业需求

从中国化工教育协会发布的石油和化工企业对院校毕业生素质评价情况可知，对毕业生企业文化的认知情况评价较差，其次为胜任工作的能力、团队合作精神、职业道德、工作态度等，满意度均低于60%[5]，也有企业反映毕业生不适应企业氛围，难以融入企业环境，说明院校毕业生培养规格与企业岗位的要求不符。因此，工程教育在人才培养中必须既重视职业能力的培养又重视对学生进行职业教育和企业文化熏陶。

2.1.2教师缺乏先进的工程教育理念

完成实践教学目标的师资条件不足，教师缺乏先进的工程教育理念，传统的化工专业实训一直采用在教师示范与指导下学生进行操作的教学模式，学生被动灌输，只知其然而不知其所以然，教师讲流程，学生按教师规定的操作步骤操作即可，学生创新能力、计划和决策能力、组织能力等得不到有效培养。

2.1.3实践课程评价缺乏过程性评价

实践教学环节的教学质量没有得到有效保证，没有相对应的有效的考核制度，教学效果不明显。我国现行教育都奉行着以知识传授为己任的原则，潜移默化中导致了以终结性评价为目标的实践课程活动评价机制，体现了一种“以教为中心”的评价方式[6]。这种终结性评价学生只注重结果不注重过程，不能充分调动学生学习的主动性和创造性，不利于提高学生的分析能力、应用能力、实践能力和创新能力，更难于达到人才培养的目的。

2.2　基于CDIO教育模式的化工专业实训的教学改革实践

石油和化学工业生产过程正由劳动密集型向技术密集型迅速转化，以技术密集型为特征的石油和化工企业需要大量高层次的专业技术人员，尤其生产操作岗位上需要大量本科毕业生，因此，我校工程教育本科化工专业的培养目标定位在培养生产一线“化工现场工程师”。将学校的实训教学过程与化工企业的生产过程相对接，是培养高素质“化工现场工程师”的关键教学环节。

2.2.1明确适应岗位职业素质和能力的实践教学目标

从石油和化工企业对院校毕业生职业素质和能力要求调查中可见，企业越来越重视毕业生的综合职业素质和能力。受访企业对毕业生职业素质和能力要求中注重的先后顺序为安全意识、敬业精神、解决问题的能力、化工操作技能、技术资料的记录和评估、质量意识、团结合作能力、环保意识、节能意识等[5]。因此，以上述企业要求的职业素质和能力作为化工专业实训的教学目标，使培养指标更加具体化。

2.2.2将企业文化与化工专业实训课程教学紧密对接

1)建立具有化工真实现场感的工段级实训基地。

近十年来，我校一直致力于化工专业实训教学硬件的改善工作，建设了甲苯歧化、常减压蒸馏、苯甲酸精制等具有石化行业特点的化工真实现场感的工段级实训基地，增加了实训装置技术含量。工段级实训基地使实训场所本身就有对学生进行企业文化、职业精神熏陶的功能，成为学生职业素质养成的平台。

2)融入化工企业 IR、HSE的理念。

在化工专业实训教学过程中融入化工企业 IR(创新、降耗)、HSE(健康、安全、环境)的理念。IR是指现有装置能力开发、优化操作、提高资源利用率、节能减排。HSE体现预防为主、事故是可以预防的理念。H(健康)包括职业健康教育、装置有害物质的有关参数、防护器具的选用、职业病危害预防等。S(安全) 包括生产岗位安全教育、典型事故分享、辩识危险有害因素、安全HAZOP分析、事故处理预案、易燃易爆物的安全性质、安全考核、作业许可证等。E(环境)包括废物处理台帐、环境保护预案等。在化工产品设计和制定工艺路线时优先考虑安全、健康和环境因素，采用工艺先进、产品安全、人员健康的化工产品生产过程，降低能耗物耗，减少废弃物排放。

3)营造企业文化氛围。

①引入企业管理制度。尝试引入企业标准化管理，例如6S现场管理模式，使实训基地管理贴近生产现场，实现校内实训教学与生产工作标准的有效对接，使学生的意识、行为规范与企业的规范贴近[7]，培育学生适应企业的严格管理，养成良好的行为规范，融入企业环境。

②认知石化行业相关法规，引入责任关怀理念。了解行业法规使学生具有契约精神和合规意识[1]。责任关怀理念是生产化工产品的同时自觉遵守国家的法律法规、行业相关法规，牢固树立社会责任意识，对化工产品实现了从设计、生产、储运、使用直到废弃进行全过程精细化管理。

③形成企业环境氛围。企业环境氛围是指通过实训车间的环境布置、宣传栏、生产安全标语口号以及学生的实习服饰等表现出来。

2.2.3以完成完整的工作过程为实践教学改革的切入点

针对化工专业实训存在的困境，我们利用 CDIO理念设计并开发以完成完整工作的过程设置实训教学项目作为实践课程教学改革的切入点，为解决存在的困境进行探索性研究。

以化工专业实训课的教学项目甲苯歧化为例。该项目以产品为载体，以产品的生产为主线重组教学内容。制定项目目标，进行任务分解，解决哪些实际工作问题，并将每一项工作任务分配到个人或小组。工作任务以工作过程序化，包括：①编写工艺技术规程(装置任务、工艺原理、工艺流程说明)；②操作指南(设备、操作规程)③事故预案；④生产运行(任务分配、开车前准备工作、装置操作、操作报表)；⑤质量分析；⑥成本核算。通过任务的设置使复杂的学习过程转为任务指标的落实。教师指导学生开展项目活动，让学生在“做”项目设计与开发过程逐步培养能够自主地获取知识、技能与经验，并在团队工作中学会沟通、分享与合作，在解决项目问题中学会思考与反思。

2.2.4在协作的学习环境中“做中学”，教师从“教”转向“导”

设计协作学习环境，强调 CDIO工程教育理念，打破原有的“以教师为中心”的被动教学模式，从“听中学”到“做中学”，强调以围绕完成项目进行的自主学习，这将改变学生的学习模式，围绕完成项目进行“以学为中心”的自主学习。学生必须在项目设计与开发过程进行做中学，在解决劣构问题中学习，并根据自己的项目规划来制订学习计划，在团队合作中学会沟通、学会分享和学会协助，这将扭转了以知识为核心的实践教学倾向，对促进学生职业能力的形成与提升有很大的帮助，提高了人才培养的针对性和有效性，也缩短了学生未来岗位适应期。教师职能从“教”转向“导”，在“导”的过程中促进学生的“学”，这就要求教师有极大的创新和应变能力，能够跟据学生的认知能力合理地把握项目的广度与深度，教师需要成为学生的的咨询者、知识建构的促进者和团队的协调者于一身的综合角色，为学生在真实场景中创造独立思考和解决问题的机会[6]。

CD环节：“构思”注重概念设计，“设计”是组件和过程的设计。重点培养能够学生自主地获取知识、运用知识能力和创新思维；培养学生主动完成任务和做成事的能力。

IO环节：“实施”侧重于方案的验证以及设计和管理的执行过程；“运行”注重方案的优化、改进与维护。重点培养学生获取技能与经验；在团队学习中学会沟通、分享与合作；在解决项目问题中学会思考与反思。

2.2.5体现“以学为中心”的实践课程评价机制

在实践课程活动中要求学生在活动过程掌握知识与技能并在实际工作中应用，需要体现“以学为中心”的评价机制。因此，在评价机制上需要采取目标与过程并重的价值取向，以过程性评价和终结性评价相结合的实践课程评价机制考评学生的CDIO全过程的能力[8]。

1)安全保护意识，占总成绩10%，包括辩识危险有害因素、HAZOP分析、安全考核、出现不安全因素(否决项)。

2)构思与设计能力，占总成绩20%，包括项目方案书(工艺技术规程、操作指南、事故处理预案、环境保护预案)、汇报与质疑。

3)实施和运行能力，占总成绩50%，包括现场6S管理、装置操作、异常处理、优化操作、巡检、技术资料记录、敬业精神、独立性、协作性、组织性等。

4)实践活动质量，占总成绩20%，包括质量分析、节能减排、导师和各组成员的总结性评价、技术资料管理等。

这种综合考评方式，对学生在项目实践活动质量以及学生的非智力因素(如职业态度、进取精神、语言表达与人际交往能力)等方面进行多层面的评价，可以全方位考查一名学生的实践能力和综合素质。