新工程背景下化工专业课程CDIO教学模式的研究与实践

孙玉珍 李兹宜 韩雨婷 邢 蓉

(盐城师范学院 化学与环境工程学院,江苏 盐城 224007)

在重理论、轻实践的传统教学模式下,普通授课方式已经不适合应用型人才的培养。因此,我们需要探索和发展应用型本科教育模式。CDIO(构思Conceive、设计Design、实施Implement和运作Operate)工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。作者基于CDIO工程教育模式将教学大纲与培养目标和产业对学生素质能力的要求逐项具体挂钩,这些素质能力要求不仅包括技术专业知识的学习能力,还包括学生自身能力、团队合作能力、产品和系统建造能力。

1 化工专业课程体系研究

1.1 培养目标

化工专业以提高人才培养与市场需求的耦合度为导向,结合新工科建设目标,培养熟悉国家安全方针、政策和法规,具备扎实的化工专业基础知识和工程实践能力,具有创新意识和国际化视野的复合型人才,使之逐步成为“知工艺、懂安全、精技术、会管理”的化工领域卓越工程师,为企业急需的高层次化工专业人才提供后备力量,为社会提供高质量的化工领域人才[1]。

1.2 课程体系

化工类课程的特征是专业性强,课程的学习难度相对较大,课程之间的前后衔接紧密,专业知识环环相扣。每一门课程在知识体系中都非常重要。化工类课程中还涉及大量的以高等数学为基础的计算和推导,这样的专业课程的学习必须成体系。

课程体系建设是实现人才培养目标的重要保证。化工专业是一个多学科交叉专业,涉及化学工程与技术、环境科学与工程等学科。我校依据《化工类专业本科教学质量国家标准》《工程教育认证标准》要求,紧密围绕地方产业需求,以资源循环利用、产业技术进步驱动课程改革,对本专业现有的课程体系进行改革。构建模块化课程体系,科学安排课程之间的先修后续、相互衔接,梳理知识结构,精简课程门数,提高课程综合化和职业技能程度,以便更好地培养应用型人才。

通过“形势与政策”“思想道德修养与法律基础”“中国近现代史纲要”“马克思主义基本原理”等课程的学习,使学生了解中外历史,热爱人民、祖国和社会,树立正确的人生观和科学的发展观,提高自身文化和艺术修养[1,2]。

课程思政是通过教师、学生之间开展的一系列教与学活动来实现育人目标的理念和措施。根据专业特点和课程教学目的,任课教师合理设计专业课程的思想政治教育内容,在课程教学中加入不同形式的思想政治教育元素,引导学生塑造爱国、敬业等价值观。

1.3 课程特点

(1)在化工生产中,高温、高压、深冷、负压等不安全因素很多,因此学生需要对化学反应机理及化工生产过程有较深的认识。学生通过公共基础课中的“无机化学”与“有机化学”课程,系统、深入地学习化学基础知识;学科基础课中设置“化工过程”“系统工程”“化工设备机械基础”,以及“化工过程系统分析”等课程,课程设置需具备一定的弹性,注重学生个性发展,有利于学生进一步强化化工基础[2,3]。

(2)化工课程体系中的专业课程设置往往涉及面广,学生可以学习“化工仪表及自动化”“化工安全工艺设计”“化工安全风险评价”等与化工过程安全契合度高且实践性强的课程。

(3)化工过程安全具有较强的实践性,需建立多元化、多环节的实践教学体系。该体系在满足工程教育认证标准和安全工程专业补充标准的基础上,增加了“化工过程安全专业实验”和“化工过程安全实训”,加深学生对化工过程安全的认识,提高其防范、控制化工事故灾害发生的能力。“化工过程安全专业实验”涵盖了影响化工生产过程安全问题的关键因素,涉及化学品安全信息、化学品反应安全、化工装置和管路泄漏、化学品扩散、化工火灾安全、化工设备安全等内容。在完成仿真实训的基础上,借助真实的职业环境进一步培养学生的实际操作能力和综合素质[3,4]。

1.4 实践教学

实践教学是应用型人才培养的重要环节,课程体系设置上要做好理论课与实践课的协调。只有将理论知识和实践应用相结合,才能获得知识的应用能力,使学生的学习不只是纸上谈兵,而能更好地实现自我价值[2]。

2 CDIO教学模式

2.1 CDIO教学模式介绍

CDIO教学以“构思-设计-实现-运作”为理念,主要用于课程设计,按照“学生分组参观实习-教师布置课程设计任务-学生自主选择课程设计题目-推进课程设计-完成课程设计并考核”的流程开展教学活动。课程设计过程中以学生为主,教师进行指导与监督,以充分发挥学生的主观能动性。基于CDIO的化工专业课程教学设计符合培养大纲对工程专业学生能力培养的要求,可达到对专业基础知识、个人能力、团队协作能力和工程系统能力的综合培养。通过灵活设置权重,综合评价学生的能力[5,6]。我国高校加入“CDIO工程教育联盟”,采用CDIO工程教育理念和教学大纲,取得了良好效果,按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。

2.2 教学目标

以“化工原理”“物理化学”“化工设备机械基础”“化工设计”等化工专业课程作为试点,探索采用CDIO工程教育模式的方法,并完成以下目标。

(1)结合专业和课程特点确定符合CDIO教育模式和教育理念的课程教学内容和教学方法,并应用于课程教学实践中,从而提高学生应用化工学科知识的能力、设计产品的能力和系统制作的能力。

(2)学生能够利用现代工程软件在实验室内学习产品生产、过程和系统建构的知识,培养动手能力和积极主动求学的态度。

(3)解决人才培养中的问题,提高人才培养质量,为社会主义现代化建设培养高质量后备人才奠定基础[6,7]。

2.3 CDIO教学模式优点

我国经济社会的发展需要掌握化工原理、化工设计等工程基础知识,具备实践能力的创新型高等工程技术人才。高等工科教育的迫切任务是尽快培养与国际接轨的中国工程师,努力增强我国工程科技人才的综合竞争力。然而我国工科的教育实践中还存在不少问题,如重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新能力的培养等。目前应用型高校一般采用理论知识传授加实践锻炼(实习实训)的分割化、条块化的培养模式,对工程人才培养质量的提高有一定的制约作用。

CDIO工程教育模式为解决我国教育教学中存在的实际问题提供了一条有效的途径。CDIO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知识。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标[7]。

3 结语

目前我国掌握化工工艺与安全工程专业知识的化工安全复合型人才缺乏,不能满足当前化工生产的迫切需要。化工过程安全人才培养工作对于更好地推动本科教学改革、落实人才强安战略及建设新工科具有重要意义。针对现阶段化工形势、化工过程安全管理人才紧缺及人才培养不够系统化等问题,以新工科建设精神为导向,探究CDIO教学模式在新工科背景下化工专业课程中的作用,以期增强学生的工程实践能力、创新能力及国际竞争力,从而培养高素质化工专业人才。