艾常春

【摘要】隨著高等教育教學理論的研究與發(fā)展，一些具有創(chuàng)新性的教學模式順應了教學內(nèi)容信息化和教學對象個性化的趨勢，在國內(nèi)外高等教育教學中不斷涌現(xiàn)，并得到迅速發(fā)展。本文根據(jù)化工原理實際教學經(jīng)驗，探討了翻轉課堂、“模塊式”教學、“CDIO”工程教育等現(xiàn)代教育模式在化工原理理論、實驗及工程教育過程中的實際應用。

【關鍵詞】化工原理教學 翻轉課堂 “模塊式”教學 “CDIO”工程教育

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）03-0237-02

《化工原理》課程是化工及其相關專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課程，它以化工生產(chǎn)中的物理加工過程為背景，研究化工單元操作的基本傳遞理論及其相應的設備，在基礎課與專業(yè)課之間起著承先啟后的作用，是自然科學領域基礎課向工程科學專業(yè)課過渡的入門課程。教育部“卓越工程師”培養(yǎng)計劃要求滿足國家重大產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的人才需求，適度超前培養(yǎng)人才，培養(yǎng)包括現(xiàn)場工程師、設計開發(fā)工程師和研究型工程師三個層次的工程師后備人才。因此作為化工專業(yè)學生的專業(yè)基礎課程必須做到寬口徑培養(yǎng)，強調(diào)工程觀點、定量運算、實驗技能及設計能力的培養(yǎng)，強調(diào)理論與實際的結合，以提高分析問題、解決問題的能力，為培養(yǎng)“卓越工程師”打下良好基礎。

隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，實際的化工生產(chǎn)過程在不斷發(fā)生變化，化工原理課程內(nèi)容也必須與時俱進進行相應的刪減和擴充，在授課時數(shù)有限的情況下，必須運用現(xiàn)代教育模式進行教學改革。在教育學領域，現(xiàn)代教育模式隨著時代的變化也從傳統(tǒng)的黑板粉筆模式正向更加科學高效、信息化、而且更加富有創(chuàng)造性方向發(fā)展。近些年，國內(nèi)外出現(xiàn)了很多具有創(chuàng)新性的教學模式，如“翻轉課堂”教學、“慕課”平臺、“模塊式”教學理論、“CDIO工程教育模式”等，這些新的教育模式順應了教學內(nèi)容信息化和教學對象個性化的趨勢，國內(nèi)外知名大學正在大力推進這些新的教育模式改革。

化工原理課程基本理論知識內(nèi)容較多，工程實踐性強，包括了理論教學、實驗教學和課程設計三個教學環(huán)節(jié)，在理論教學環(huán)節(jié)重點實現(xiàn)基礎理論知識的理解、掌握和第一層次的知識應用，在實驗教學環(huán)節(jié)中實現(xiàn)第二層次的知識應用，在課程設計環(huán)節(jié)實現(xiàn)第三層次的知識應用，三個教學環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，層層遞進，充分體現(xiàn)了本課程教學的基礎性、應用性和先進性特點。隨著現(xiàn)代教育模式也在不斷革新，因此在新的形勢下，為提高教學效率強化教學效果，我們探討了一些現(xiàn)代教育模式在化工原理三個教學環(huán)節(jié)中的應用，以期為本門課程的教學改革拋磚引玉。

一、“翻轉課堂”思想在理論教學環(huán)節(jié)中的應用

“翻轉課堂”是從英語“FlippedClass Model”翻譯過來的術語，一般被稱為“反轉課堂式教學模式”。 學生利用互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術在課堂外完成基本知識的學習，教師在課堂上解疑答惑并引導知識的實際應用，將傳統(tǒng)的課堂教學與課外學習“反轉”過來進行教學?！澳秸n（MOOC）”的出現(xiàn)，真正實現(xiàn)了“翻轉課堂”。慕課是一個公共的教學平臺，將優(yōu)秀的課堂教學資源放在互聯(lián)網(wǎng)平臺上，大量的學生根據(jù)自身的需要在這個平臺上完成基本知識的學習，教師可以將在線視頻作為教學的線上環(huán)節(jié)，要求學生在課堂外先“聽課”，課堂內(nèi)則側重深入的分享、探討和解決問題。哈佛大學、麻省理工學院、加州大學伯克利分校等世界名校已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上提供高質量的在線課程，國內(nèi)清華大學、北京大學、復旦大學和上海交通大學等中國內(nèi)地知名高校也紛紛加入了“慕課”平臺。

化工原理理論教學中我們重點講解“流體流動”，“流體輸送機械”，“非均相物系的分離”，“傳熱”，“蒸發(fā)”，“吸收”，“蒸餾”，“干燥”等化工單元操作的基本原理和相關的設備，并根據(jù)不同的單元操作過程的傳遞原理建立簡化的物理或數(shù)學經(jīng)驗值模型，在實際應用中根據(jù)已知條件求解其中的某些過程變量。因此本門課程涉及的基本概念和假設、物理變量和數(shù)學公式多而繁雜，使剛開始接觸化工專業(yè)課的學生對該課程的學習感到無所適從。但在信息化時代的今天，靠死記硬背的知識隨處可取，只要人們利用各種資源便可在短時間內(nèi)熟練地找到所需要的知識，因此對于復雜公式的推導和半經(jīng)驗化的數(shù)學公式在教學環(huán)節(jié)上重在理解和應用，評價環(huán)節(jié)中可以當作信息資源交給學生處理，這樣有利于學生在有限的學時數(shù)內(nèi)更好地掌握知識的精髓，對于知識的應用也會更得心應手。抽象的物理模型或數(shù)學推導過程具有通適性特點，可以應用“翻轉課堂”思想，利用博客、網(wǎng)頁等形式放在互聯(lián)網(wǎng)平臺上，學生課堂外自主學習或組織集中觀看，設置情景互動檢驗學習效果。借助這個輔助教學平臺，還可以將相關的教學錄像、設備圖片、動畫、單元知識網(wǎng)絡、模擬軟件等優(yōu)秀教學資源進行整合，例如幾個單元操作之間的內(nèi)在聯(lián)系，知識點之間的相互銜接關系可以運用單元知識網(wǎng)絡形象地展示出來，方便學生及時進行預習和復習。在課堂教學過程中，可以根據(jù)需要隨時提取平臺上的教學資源，重點知識要實現(xiàn)課堂內(nèi)外的相互流通，提高教學效率的同時強化教學效果。

國內(nèi)外“慕課”平臺的開發(fā)與應用使“翻轉課堂”思想成為現(xiàn)實，使有限容量的課堂成為開放式學習平臺，但目前開放的“慕課”平臺基本上是基于那些自學能力強或學有余力的學生或社會人士進行自我學習而開發(fā)的，所以我們不能完全照搬。我們的開發(fā)只能是輔助教學平臺，是課堂教學內(nèi)容的強化和衍生，因此在知識點的組織和安排上要與課堂內(nèi)容緊密結合。

二、“模塊式”教學在實驗教學環(huán)節(jié)中的應用

實驗教學要實現(xiàn)第二層次的知識應用，即在實際的單元操作設備中，通過改變操作變量，驗證基本傳遞原理的規(guī)律。目前實驗教學中我們選擇了“流體流動阻力的測定”、“離心泵的性能測試”、“傳熱系數(shù)的測定”、“吸收系數(shù)的測定”、“精餾塔板效率的測定”以及“干燥速率曲線的測定”等內(nèi)容，學生通過實驗前預習、仿真實驗、現(xiàn)場實驗和實驗報告來完成整個環(huán)節(jié)，主要培養(yǎng)學生解決單個化工單元操作的技能，鞏固課堂知識。

“模塊式”教學思想最早體現(xiàn)在專業(yè)課程體系設置，根據(jù)不同的專業(yè)方向，設置不同的“模塊式”課程體系。在我們的仿真實驗中，我們將每一個化工單元操作制作成一個單獨的“模塊”，這個模塊一方面可以鏈接本門課程課堂輔助教學平臺，同時也鏈接到與該單元操作相關的其他課程的輔助教學平臺，如化工設備、分離工程等，方便學生及時查閱信息并解決實驗中的疑問；另一方面這個模塊內(nèi)部從實驗原理、實驗操作設備介紹、實驗操作過程到實驗數(shù)據(jù)的模擬和處理也自成體系。

“模塊式”教學思想在實驗教學環(huán)節(jié)中還可以從抽象的虛擬計算機操作應用到實物操作中。例如“流體流動阻力的測定”實驗中，將應用到的閥門、管件和相關工具組成一個模塊組，讓學生在實驗中根據(jù)實驗原理先進行管路組裝，再進行測定實驗，這樣可以加深學生對實驗原理的理解以及對實驗管路、測定管路的認識，為實現(xiàn)課堂知識的第二層次應用向第三層次應用奠定基礎。

三、“CDIO”工程教育模式在課程設計教學環(huán)節(jié)中的應用

“CDIO”工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，經(jīng)麻省理工學院和瑞典皇家工學院等大學經(jīng)過多年探索研究創(chuàng)立，“CDIO”代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程知識。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這四個層面達到預定目標。這與教育部“卓越工程師”培養(yǎng)目標和層次是一致的。目前國內(nèi)外已有幾十所知名大學實施了“CDIO”工程教育模式，國內(nèi)工科院校也正在進行相關的教育模式改革，這種培養(yǎng)和教育模式下的學生已經(jīng)在實際工作中得到了充分的肯定。

將“CDIO”工程教育模式思想應用于本門課程的課程設計環(huán)節(jié)，就是要讓學生以能“實現(xiàn)”和“運作”為目的，完成“構思”和“設計”兩個環(huán)節(jié)。在化工原理課程設計教學環(huán)節(jié)上，我們安排了“蒸發(fā)器的工藝計算”、“煤油換熱器的工藝設計計算”、“吸收塔工藝設計計算”及“雙組份精餾塔的工藝設計計算”等內(nèi)容模塊，每個模塊內(nèi)不同的題目都從工廠技術改造和技術服務的項目中抽提出來，來源于生產(chǎn)實際，因此具有很強的現(xiàn)實性，能在一定條件下“實現(xiàn)”和“運作”。當然，作為專業(yè)基礎課涉及到的知識還不全面，在設計題目時要有側重點，在運用單元操作基本原理的同時，也要為其他課程知識的應用打開一扇門，例如在“雙組分精餾塔的工藝設計計算”這個題目中，化工原理課程涉及到的知識點有理論塔板數(shù)和塔板效率的計算、冷凝器的熱負荷計算等，對于分離工程課程中涉及到的學生根據(jù)自身興趣進行選擇和分組，采用分散和集中相結合的方式進行教學，先集中講解任務，設計方法和繪圖方法，再由學生根據(jù)自己的題目進行工藝設計計算和設備結構設計，并繪制工藝流程圖和設備條件圖。要實現(xiàn)這種教育模式的培養(yǎng)目標，必須認真制定符合這個標準的檢驗和評價標準，以評測為導向來實現(xiàn)培養(yǎng)學生第三層次應用能力的目標。因此在評價環(huán)節(jié)必須以方案的現(xiàn)實性為依據(jù)，邀請相關工廠的工程師對學生的設計方案進行評價，并解答學生的疑問，

現(xiàn)代教育模式在化工原理教學的三個環(huán)節(jié)中有的已經(jīng)在大量應用，有的還在進一步嘗試，在教學改革中不能完全照搬經(jīng)驗，在實際教學過程中要與時俱進吸收先進的教育模式和教育理念，對教學過程不斷進行改革和創(chuàng)新，才能培養(yǎng)出順應時代潮流發(fā)展的新時代人才，實現(xiàn)國家的“卓越工程師”培養(yǎng)計劃，為國家重大產(chǎn)業(yè)升級和結構調(diào)整輸送有用人才。

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