基于CDIO模式的化工安全工程教学改革研究

郭强强，舒世立

(唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000)

目前人们的“衣食住行”离不开化工行业，而化工行业的发展，一方面给人们的生活带来了便利，另一方面也引发了众多的安全及环保问题[1]。2019年江苏盐城化工厂爆炸震惊全国，而实际上仅上半年全国化工行业已发生安全事故60起，死亡和失联148人，造成大众包括高校大学生对化工行业产生了惧怕心理。探究事故原因发现很多事故完全是操作不规范，相关操作人员培训管理混乱造成的，理应可以避免或最大化减少损失。不能规避的情况是，化工企业的原料及产品确实具有易燃、易爆、有毒等性质，且生产过程又具有高温、高压、大型化等特点，一旦发生事故，将直接威胁生命安全，同时也会带来巨大的经济损失[2]。《化工安全工程》作为化工类专业学生在工作岗位最基本的知识和技能，要求学生能够利用课程所讲授的专业知识，具备能预防及处理化工企业各类事故的能力，因此如何在教学中提高《化工安全工程》的教学效果尤为重要。

CDIO(构思(Conceive)-设计(Design)-实现(Implement)-运作(Operate))工程教育模式是目前国际工程教育改革的最新成果，是一种系统的先进的教育理念和人才培养模式[3]。工科学生的培养目标被分成工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面。通过贯穿整个人才培养过程的团队设计和创新实践环节的训练，在培养学生扎实的基础理论和专业知识的同时，将教育过程放到工程领域的具体情境中[4]。这种教育模式能够让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行学习[5]。在新工科及工程教育背景下，学生应该具有团队合作能力，这是以往的培养模式所欠缺的。毕业生就业时，具备了团队协作及足够的个人能力，可以处理及避免很多化工事故的发生。化工安全工程CDIO工程教育模式的推广必将促进学校新一轮的教学改革。

1 对以往教学过程的反思

近年来化工企业安全事故层出不穷，而国内很多高校都开办了安全工程或者化工安全工程方向的课程，但企业这方面的人才依旧短缺，或者说毕业生无法胜任化工安全工程师的工作，这说明化工安全工程方向现有的培养模式与行业的要求有较大差距，人才培养及教学模式存在很大的问题。

首先人才培养基本都遵循以教师为主的填鸭式学习方式，课本内容呆板导致学生的学习兴趣不高，上课不认真听讲，测试突击准备。概括原因就是缺乏实践操作和联系实际的内容，没有形成良好的主动学习氛围，没有培养学生自主解决问题的能力。CDIO模式主要培养的就是学生发现问题，解决问题的工程实践能力，对比枯燥及难懂的教科书内容，可以最大化地调动学生自主解决问题能力。

其次虽然一些高校频频发生实验室安全事故，化工实验室安全理应受到很大重视，可相反化工安全工程类课程却基本没有配套实验课程，原因是目前高校偏重基础化学实验培训，对化工安全类实验设备投资严重不足，或者干脆没有安排实验课，距离工程培养目标有很大差距，授课内容彻底变成纸上谈兵。

最后涉及化工安全方向的实践教学(参观实习、模拟实习)受限于实习地点与环节的限制，虽然目的是针对化工安全的实践，可实习单位反而要重点考虑学生的人身安全，很难去深入接触一些关键安全设施，当然，并不是需要让学生去操作一些危险设备，安全问题更有重视安全。总之学生只是简单的参观设备，走马观花，将来工作时就缺少了对一些重要设备及相应安全措施的了解。

2 “化工安全技术”课程教学反思和课程建设与改革思路

从教学内容及模式上分析，现有的化工安全工程教学中存在较多问题，无法满足企业对化工安全工程师人才的需要，而CDIO的教学模式则提供了解决的可能性。通过将课程与CDIO教学理念相结合，让学生在“做中学”的过程中更好地掌握知识，提高能力，通过一个个真实的工程案例，去研究问题、发现问题[6]。这样，学生才能具有获取相关知识去解决问题的动力。在此过程中，重要的不是解决了一个具体的问题或者掌握了相关的知识，而是在于学会如何发现问题、分析问题并可以通过所学知识去解决问题，从而获得一定的经验总结。同时，工程师培养可以加强学生相互间沟通的能力以及团队合作的能力。为了实现这一目标，这就要求教师需要具有相对扎实的工程实际和理论的背景知识，指导学生在课题初期尽快进入课题角色，随着课题的进展，学生要自己获取更多的相关知识，并进行深入的研究，应用知识去解决问题。

学生之前从未接触过工程课程，缺乏工程概念，因而在能源化学工程及应用化学专业的《化工安全工程》教学中，结合CDIO教学理念，对该课程进行改革，将教材内容按照构思-设计-实现-运作的CDIO教育模式进行构建整合。教师在强调基本概念及原理的同时，更加注重实际运用和学生工程实践能力的提升。要求学生选择一个虚拟的工程项目，训练学生选题、设计、实现和运行化工安全生产的能力。为了实现CDIO的教学目标，改变了传统的教学目标、教学内容和教学方法，确定了以虚拟项目设计为导向、以工程能力培养为目标的《化工安全工程》CDIO教学模式，将学生主动学习过程及工程培养结合一体。

具体实施如下：

(1)首先课堂教学内容充分跟工程案例设计训练结合，做到理论跟实践结合，将理论知识和化工安全的实际生产知识、技术等做为重点。

(2)利用唐山市一些企业的化工安全岗位的工作过程为背景(例如危险性较高的焦化项目)，设计教学虚拟项目。几名学生按照需要组成独立项目小组，项目组成员按照分配的不同工段，不同生产工艺。首先确定工艺安全隐患，通过查阅资料及小组讨论，从职业工程师的角度，设计出保证企业安全生产的各项安全工程措施。这一过程即培养了学生的工程能力同时又提高学生的安全素养和实践能力。由于任务的复杂性，单个学生也难以完成，促使学生相互交流合作，锻炼学生综合应用知识的能力，增强团队协作能力。模拟项目使每个学生都变成为工程技术人员，激发学生学习热情，培养学生工程意识和团队协作精神，取得了很好的教学效果。

(3)鉴于学生仍然欠缺一些专业知识及分析理解错误，采用专家论证会的形式，对每个虚拟项目进行评价。一个小组的学生进行项目简述及方案汇报，其余学生作为专家对不足之处进行分析。这样可以使全体学生巩固了化工安全工程的基本概念和基本原理，同时也锻炼了学生构思设计实现的能力，增强了学生表达及交流能力，培养学生的工程意识，帮助学生更全面了解化工生产过程的各类安全措施，提高学生学习的积极主动性。

(4)为了更好的与实际相结合，激发学生职业意识，完成CDIO模式最后的运作部分，同时结合企业的实际情况。选取虚拟项目分析全面，方案具有可行性的一组学生作为代表，深入到相关企业与第一线的化工安全技术人员做深入交流，按照

工艺流程一步步探究考虑方案的可行性及存在的问题，此时的学生已经从纸上谈兵进入了实践阶段，积累了丰富的经验为进一步实现高素质化工安全人才培养打下基础。

(5)CDIO模式也不是一个纯粹的自我学习过程，学生积极参与虚拟项目培训的同时，授课教师自身也要积极与化工企业安全技术人员多交流，保证每一届学生都可以有最全面的相关内容讲授。有机会要深入企业调研，参加实践锻炼保证具有较高的教学水平。

3 结语

以培养具有解决实际化工生产安全问题的工程技术人才为目的，将CDIO的理念引入到能源化学工程及应用化学专业的化工安全工程教学当中。通过改革整合教学大纲及授课内容，注重学生工程实际能力的培养，提高学生分析和解决工程问题的能力。利用虚拟项目实践教学模式和化工企业实地训练为学生提供更多实践机会，培养学生的团队合作，对安全工程问题的分析解决能力。

课程改革突出以下几点：

(1)以CDIO理念为指导，培养既具备化工安全专业知识、又具备一定实际工程应用能力的优秀人才；(2)人才培养模式建设要充分体现“会分析构思设计、懂工程解决实现、能实践运作”的专业工程师人才培养思想；(3)课程体系化工安全工程理论基础课、重视学生团队及个人工程教育培养、重视实践环节。

基于CDIO理念的化工安全工程课程的改革，对培养出具有扎实理论基础，能在化工企业及相关单位具有工程应用能力的技术人才具有重要意义。