基于CDIO理念下的“化工原理”课程多元化教学模式的构建与实施*

王立红　　郭永学　　礼彤　　张雷　　刘楠

（沈阳药科大学 制药工程学院，辽宁 沈阳 110016）



基于CDIO理念下的“化工原理”课程多元化教学模式的构建与实施*

王立红郭永学礼彤张雷刘楠

（沈阳药科大学 制药工程学院，辽宁 沈阳 110016）

摘要：文章旨在探索基于国际工程教育CDIO理念下的化工原理课程多元化教学模式的构建方法。通过建立各专业特色教学大纲，更新教学内容等方法，实现理论课多元化；通过引进新型设备、开展多样化实验、参加设计大赛，实现实验课程多元化；通过开展课程设计，实现课程设计多元化。多元化教学模式的建立，将有助于提高教学效果，完善工程类人才培养模式，并为其他工程类课程的教学模式的探索提供借鉴意义。

关键词：CDIO；化工原理；多元化；教学模式

CDIO工程教育模式是MIT历经多年的调查与实践，得到的较为前沿的工程教育改革成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），其核心理念是让学生将理论学习与实践学习相结合，做到“做中学”。［1］更重要的是它提出了具有可操作性的能力培养方案、全面实施措施和检验测评的12条标准。CDIO工程教育理念具有系统性、科学性和先进性，采用这种教育模式培养出的学生，广受社会和企业的好评。

我国很多医药类院校都拥有制药工程、生物工程、药物制剂及中药制药等多个工程类专业但，其工程教育模式还存在不少问题，例如工程类课程体系不够完善，理论课课时偏少，教学模式单一，实践机会较少等，学生几乎没有受到过project和团队工作的实际训练。因此，工程类课程教学改革势在必行。化工原理是工程类专业重要的专业基础课，通过本课程的学习，让学生能够分析和解决制药生产过程中各种问题，即在科学研究和实际生产中，对典型设备具有管理、设计与强化的本领［2］。因此化工原理教学水平的高低，对学生的业务素质和工程能力的培养有着至关重要的作用。文章主要探讨如何利用现有条件，借鉴CDIO工程教育模式，对化工原理课程进行多元化构建，让学生能够真正做到主动的、实践的、课程之间有机关联的方式学习化工原理课程。

一、理论课程的多元化

CDIO培养大纲中第一个要求就是工程学生要具有扎实的工程基础知识，而学生获取基础知识的主要途径是通过课堂学习。因此课堂教学是化工原理课程教学的重中之重，课堂教学效果的好坏直接决定了化工原理课程教学的质量。而课堂教学效果不仅取决于授课教师的综合素质，还取决于教学大纲和教学内容。因此，化工原理要根据不同的专业培养目标，分别建立有专业特色的教学大纲，及时更新教学内容，构建课堂教学——第二课堂——课后实践——网络资源有机结合的多元化教学形式。

（一）建立有特色的教学大纲，改革教学内容，拓展教学空间

教学大纲是进行教学工作的基础。基于CDIO的理念，教学大纲应从有利于提高学生解决问题能力和操作技能出发，制订适合各专业特色的教学大纲。比如制药工程专业，要求学生掌握相关单元操作的基本原理，工艺计算，典型设备，为今后从事制药生产打下坚实的基础，因此，在教学中要侧重设备设计、适用范围和设备选型内容 。药学类专业，要结合制剂生产过程，重点介绍流体流动、传热、精馏和干燥几个药物生产中常见的单元操作。生物工程专业，由于后面会进一步学习精馏单元操作，所以取消了精馏这一章，而增加了萃取单元操作。

化工原理是介绍化工生产过程中单元操作基本原理及设备的课程，与实际生产关系密切。因此，在教学内容中应根据实际生产状况改革教学内容，删掉目前应用较少的章节，比如吸收，而适当增加运用较多、较为前沿的新技术、新设备内容，比如特殊精馏、超临界萃取、喷雾干燥等内容和章节［3］。

为了拓展学习空间，首先可以在有限的学时中合理地安排一些学生与企业人员互动元素。例如我校每学期都会借助ISPE平台邀请业内专家举办讲座，介绍制药工程先进的管理和生产理念，我们可以把这些专家请进课堂，与学生就实际生产中涉及到的单元操作或典型设备，进行交流和沟通，这能让学生建立感性认识，激发学习兴趣。其次还可以利用动画演示，化工原理课程中有许多设备结构和故障，很难用语言描述清楚，如离心泵的气缚与气蚀现象、各种换热器的构造、各种类型塔板的结构等。借助教学录像，可以将离心泵、换热器、塔设备等典型设备的原理、结构、操作现象等内容直观地展现给学生。

（二）利用各级精品课程网站，开拓第二课堂

最近几年，化工原理精品课程建设水平不断提高。评选精品课的指标之一就是精品课的网站内容建设。因此许多精品课程网站建设的水平都非常高。从国家级、省级到校级的精品课程网站建设，使教师和学生获得了更为广阔的学习空间。教师应根据教学实际情况，积极组织参加精品课申报工作，然后借鉴建设较好的精品课程，不断丰富完善教案、案例、图片、动画等，让学生通过精品课程网站，充分了解授课内容，利用课外时间进行学习，会使其理论基础和感性认识得以巩固和提高。

（三）注重网络资源应用，引入互动式教学方法

科技不断进步，化工单元操作技术不断更新，这都要求授课教师要及时更新教学内容，同时还要让学生自觉地去关注各种化工新技术、新设备和新进展。在每一章学完后，结合本章学习内容，给学生留下相应的题目，要求学生通过查阅资料，完成题目设计或综述，在课堂上以PPT的形式进行讲解，教师进行点评，这种互动式教学过程，可以提高学生对新技术、新成果的认识，表达能力、写作能力以及对课堂教学内容的理解，都得以强化和提高［4］。

二、实验课程的多元化

CDIO培养大纲的第二个要求就是学生要具备个人能力和人际团队能力，这两个能力可通过实验课程教学的多元化来实现。以验证型实验——设计型实验——综合型实验等多层次的实验内容，培养学生的个人工程思维，提高创新设计能力；以演示——操作——设计——绘图等多元化的实验教学形式，提高学生的个人动手能力及团队协作能力。

（一）增加设计型实验项目，开拓设计创新能力的培养空间

现有的化工原理实验类型大多为验证型和综合型实验。为了提高学生个人设计创新能力，增强学生实验兴趣，开发设计创新型实验是十分必要的。例如我校自2008年以来成立了制药工程与环境科学实验中心，在国家政策和资金支持下，实验设备有了很大的改善，无论是设备设计水平、质量水平还是自动化程度都达到了一定高度。因此，结合实验中心建设，在购买引进设备时，考虑了选择多种新型实验设备，为学生进行创新设计实验提供足够的选择。如传热实验，在学生学习了传热基础理论和相关知识后，要求进行换热器传热系数的测定。在进行实验前，首先要求学生根据传热速率公式建立测定方法，确定需要测定的参数，例如温度、流量、面积等，以及测定这些参数在实际工业生产中常用的方法。然后在给定的换热器类型和测试介质的情况下进行实测，并根据测定结果对不同结构和类型的换热器性能有更加深入的认识。经过设计和操作两个步骤，不仅让学生加深了对理论知识的理解，还激发了实验兴趣。

（二）增加仿真、虚拟实验，提高工程认知能力

在实验教学中，以往主要是以实体设备为主，而实体设备很难让每个学生去拆解、观察，而仿真和虚拟实验则可起到很好的补充作用，使学生在较短的时间内大大丰富视野和知识量［5］。不仅如此，由于现代制药工业，设备自动化程度已经很高，通过开展仿真、虚拟实验，可大大缩短从实验室到工厂的适应期，从而能够很快胜任工作岗位。

（三）组织参加各类竞赛，提高个人和团队能力

参加各类设计竞赛，其目的是检验学生的理论基础，培养学生的自主学习能力以及分工合作的团队精神，同时也为学生提供了展示空间，这对达到CDIO要求中的个人能力和团队协作能力具有重要的作用［6］。通过参加竞赛，学生受益匪浅，不仅拓宽了知识域，还学到了许多解决问题的方法。这大大提高了学生对工程类课程的学习兴趣，同时为参加国内外高层次的制药工程设计大赛奠定基础。

三、课程设计的多元化

CDIO培养大纲的最后一个要求就是学生要具有工程系统能力。化工原理课程设计是教学的最后一个环节，课程设计可以针对一个实际生产中的单元操作，进行主体设备、附属设备的工艺参数计算，再进行设备选型，工艺流程图、车间布置图等图纸的绘制［7］。在课程设计中，需要教师提供设计题目，讲解设计要点和思路，学生通过查阅资料、学习绘图软件、充分利用现代信息技术等完成设计任务［8］。由此可见，课程设计对提高学生的工程系统能力具有非常重要的作用。我校由于课时有限，现有教学模式中没有课程设计这一环节，这样学生就缺少了化工原理课程一个整体、系统性的训练，因此利用教师和企业资源，搜集各种实际工程案例，抽出一定学时进行课程设计训练，对化工原理课程多元化教学模式的建立和完善有着非常重要的作用。

综上所述，化工原理课程的理论、实验及课程设计多元化教学模式，是融工程基础教育与个人能力培养为一体，融知识传授与团队协作能力培养为一体，形成一个理论与实践相结合，传统与现代相结合，个人与团队相结合的三位一体教学模式，为培养合格工程技术应用人才提供有力保障。同时为促进化工原理课程教学改革、提高化工原理课程的教学质量与教学效果、形成化工原理课程教学的多元化教学模式提供重要的理论依据［9］。化工原理课程多维教学模式的有效构建，也将为其他工程类课程的建设提供借鉴意义。

参考文献

［1］张奇，唐奇良.高等工程教育CIO-CDIO培养模式情况［J］.教育与职业，2009（3）：32-34.

［2］谭天恩，窦梅，周明华，等.化工原理［M］.北京：化学工业出版社，2008.

［3］曹睿，刘艳升.化工原理教学体系和教学方式的改革与实践［J］.化学工程与设备，2009（2）：123-126.

［4］赵海红，李济同，李裕，等.化工原理课程改革的研发与实践［J］.化工高等教育，2008（5）：56-59.

［5］倪献智.化工原理课程教学中突出工程观点和方法教育［J］.化工高等教育，2007（3）：79-82.

［6］陈万米，郑瑶.完善竞赛实验平台，培养科技创新学生［J］.中国科教创新导刊，2007，476：96.

［7］赵朝晖，梁红，陈姚，等.设计性化工原理实验的探索与实践［J］.化工高等教育，2009（6）：46-48+52.

［8］马四朋.化工原理课程设计的深层改革探索［J］.化工高等教育，2006（2）：43-45.

［9］童汉清，于湘.基于应用型人才培养的化工原理课程立体化教学模式［J］.价值工程，2012（7）：213-215.

中图分类号：G642

文献标志码：A

文章编号：2096-000X（2016）14-0078-02

*基金项目：2014年辽宁省普通高等教育本科教学改革研究立项项目“制药工程专业工程课程教学内容、课程体系与结构的研究与实践”（编号：UPRP20140323）；本文是2014年辽宁省沈阳药科大学普通高等教育本科教学改革研究立项项目“基于CDIO理念下的‘化工原理’课程立体化教学模式的构建与实施”。

作者简介：王立红（1979，02-），女，山东省，硕士，副教授，沈阳药科大学制药工程学院。

Abstract:This paper aims to establish the method of diversified teaching mode of principles of chemical engineering based on CDIO concept.Through building professional characteristics of teaching outline，updating teaching contents，theory courses are more diversified.New equipment，various experiments and the design contest are carried out in lab course；the development of the curriculum design is carried out in design course.The establishment of diversified teaching mode will help to improve the teaching effect，perfect the training mode of engineering personnel，and provide reference for the exploration of teaching mode of other engineering courses.

Keywords:CDIO；the principle of chemical engineering；diversification；teaching mode