徐 新 羅國華 靳海波

（北京石油化工學(xué)院 北京102600）

CDIO理念在化工熱力教學(xué)改革中的應(yīng)用

徐 新 羅國華 靳海波

（北京石油化工學(xué)院 北京102600）

為了迎合“大工程教育”的背景，我校開展了CDIO工程教育模式在化工熱力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐。本文闡述了我?，F(xiàn)有的教學(xué)狀況及基于CDIO理念下熱力學(xué)教學(xué)改革的具體實(shí)施方案、考核方式等方面的一些探索及體會(huì)。

化工熱力學(xué)；CDIO；大工程教育；教學(xué)改革；方案

化工熱力學(xué)作為化學(xué)工程的基礎(chǔ)性學(xué)科，在研究化學(xué)工程以及解決化工生產(chǎn)實(shí)際問題中都起著非常重要的作用。同時(shí)，它也是化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生及研究生必修的重點(diǎn)專業(yè)課程之一。然而，由于課程中的概念抽象難懂，公式數(shù)量多且推導(dǎo)復(fù)雜，歷屆本科學(xué)生都感到難以理解和掌握。雖然嘗試過各種改革，探索過新的教學(xué)方法，但收效甚微，學(xué)生掌握到的理論常常疲于應(yīng)付考試，沒有真正解決實(shí)際問題的能力，更不用說會(huì)作“工程”了。為了迎合“大工程教育”的背景，在2009年，我校開始嘗試將CDIO的教育理念應(yīng)用于化工熱力學(xué)課程教學(xué)中，取得了一定的成效。

CDIO教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，這種全新的教育模式將構(gòu)思（Conceiving）、設(shè)計(jì)（Designing）、實(shí)現(xiàn)（Implementing）與運(yùn)作（Operating）結(jié)合在一起，形成一個(gè)連貫而完整的流程。學(xué)生從參加產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期當(dāng)中，可以親身體驗(yàn)到“以產(chǎn)品為導(dǎo)向”CDIO教學(xué)模式所帶來的不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式的參與感。這種以學(xué)生為主體，實(shí)現(xiàn)了“做中學(xué)”的全新教育理念，對于提高學(xué)生能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)化工熱力學(xué)課程建設(shè)等各個(gè)方面都具有非常重要的意義。

化工熱力學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際脫節(jié) 隨著近年來工業(yè)體系的不斷進(jìn)步和化工行業(yè)的快速發(fā)展，化工熱力學(xué)作為一門體系較為完善的課程，其教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際的化工技術(shù)相比已顯得比較滯后。這種滯后不但使教學(xué)與工程脫節(jié)，并且由于課程模式長期固定，在某種意義上限制了教師的思維方式，進(jìn)而對學(xué)生的創(chuàng)新及發(fā)散思維也造成影響。同時(shí)，也造成了大學(xué)與社會(huì)之間的脫離。這也是為什么學(xué)生掌握了知識(shí)，卻不能在畢業(yè)以后派上用場的原因。

忽略了學(xué)生作為主體的角色 在從事化工熱力學(xué)教學(xué)的十余年中，如何解決教與學(xué)之間存在的矛盾，也是一直困擾著筆者的一個(gè)問題。為何在經(jīng)歷了數(shù)次改革之后，我們的教學(xué)卻并沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)的改變？其原因在于忽略了“在教育過程中，學(xué)生才是主體”的這一事實(shí)。一直以來，無論運(yùn)用何種創(chuàng)新式的教學(xué)方法，總是離不開以教師作為主體的講授，總是去研究如何將知識(shí)更快速準(zhǔn)確的灌輸給作為客體的學(xué)生，如何將枯燥的理論講授變得生動(dòng)有趣，讓學(xué)生在愉快的氛圍中掌握知識(shí)，在一次一次的教學(xué)改革中，教師歷練成了“優(yōu)秀的演員”，而學(xué)生充其量也就是一個(gè)“文明的觀眾”并沒有成為一名“優(yōu)秀的演員”。在這種教育方式下，培養(yǎng)出來的學(xué)生，實(shí)際上是被剝奪了自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，其思維模式也會(huì)變得僵化，重理論，輕實(shí)踐。在具體問題的處理上往往拘泥于唯一的“正確方案”，按照教師或書本上所講述的步驟給出解答，這就達(dá)到了我們所說的“掌握”的基本要求。學(xué)生并不會(huì)從一個(gè)實(shí)際的工程問題中，發(fā)現(xiàn)相關(guān)的熱力學(xué)問題和定義熱力學(xué)問題。比如，在講授流體的 “PVT”關(guān)系時(shí)，我們會(huì)定義好兩個(gè)變量（溫度T，壓力P）讓學(xué)生去求體積（V），學(xué)生都可以很好的根據(jù)熱力學(xué)方程解出體積，但如果讓學(xué)生去求解某工藝流程中輸送流體的管徑時(shí)（生產(chǎn)能力即流體的質(zhì)量流量已知），學(xué)生就常常束手無措。他們不會(huì)根據(jù)輸送流體的工藝條件（即溫度、壓力）用學(xué)過的熱力學(xué)知識(shí)來求出流體的摩爾體積，將其換算成流體的密度后，再根據(jù)流體的質(zhì)量流量解出體積流量結(jié)合管路中的允許的流體流速去求管徑?？墒侨绻麑⑦@種求管徑的問題放在化工原理的課程中，學(xué)生又可以很好的解決。因?yàn)?，在化工原理的課程中，流體的密度常常都是作為已知量出現(xiàn)在例題中的，而在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)和計(jì)算中，這些問題都是需要靠學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、定義并解決的。學(xué)生這種今后最需要能力，在我們多年的教學(xué)中卻被忽略了。

總之，無論是在教學(xué)內(nèi)容上，還是在教學(xué)模式上，現(xiàn)有的化工熱力學(xué)教學(xué)當(dāng)中都存在著很多問題，已經(jīng)逐漸無法滿足社會(huì)對高等人才培養(yǎng)的需要。而CDIO的教學(xué)理念則為我們解決這一問題提供了一項(xiàng)新的可能性。通過將熱力學(xué)課程與CDIO教學(xué)理念相結(jié)合，讓學(xué)生在“做中學(xué)”的過程中更好地掌握知識(shí)，提高能力，通過一個(gè)個(gè)真實(shí)的工程案例，去研究問題、發(fā)現(xiàn)問題。這樣，學(xué)生才能具有獲取相關(guān)知識(shí)去解決問題的動(dòng)力。在此過程中，重要的不是解決了一個(gè)具體的問題并由此掌握了相關(guān)的知識(shí)，而是在于學(xué)會(huì)如何發(fā)現(xiàn)問題、定義問題、分析問題并獲取相應(yīng)的知識(shí)解決問題，總結(jié)新知識(shí)，同時(shí)，加強(qiáng)與人溝通的能力以及團(tuán)隊(duì)合作的能力。那么，究竟如何進(jìn)行化工熱力學(xué)課程的改革呢？

基于CDIO理念下熱力學(xué)教學(xué)改革方案

針對化工熱力學(xué)教學(xué)上的種種問題，我們確定了以“產(chǎn)品為導(dǎo)向”的教學(xué)模式改革。就是讓學(xué)生通過“產(chǎn)品工藝的工程設(shè)計(jì)”真正學(xué)到工程設(shè)計(jì)中的熱力學(xué)知識(shí)。熱力學(xué)是從工程中來，最終還要回到工程中去，為工程服務(wù)。因此，確定了以產(chǎn)品制造為目標(biāo)，將學(xué)生感興趣的產(chǎn)品“工業(yè)化”，學(xué)生扮演一個(gè)“工程師”主持一個(gè)“產(chǎn)品與過程”的工程設(shè)計(jì)工作。在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，學(xué)生必然會(huì)碰到相關(guān)的熱力學(xué)問題。如工藝條件下流體密度（流體的PVT關(guān)系）、換熱器和功設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算 （流體的熱力學(xué)性質(zhì):焓、熵與PVT的關(guān)系）、分離塔的計(jì)算（流體的相平衡）等等，在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生遇到問題時(shí)，教師加以適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)并結(jié)合課堂所講授的熱力學(xué)內(nèi)容解決實(shí)際工程中的問題，最終完成一個(gè)工程設(shè)計(jì)報(bào)告。學(xué)生只憑上課聽講是不可能將項(xiàng)目設(shè)計(jì)好的。必須通過自己看書、查閱大量的文獻(xiàn)與資料，與同組同學(xué)研究討論，才可能將項(xiàng)目完成。在這個(gè)過程中，強(qiáng)化了化工熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用，讓學(xué)生真正體會(huì)到熱力學(xué)不是虛無飄渺的理論，而是實(shí)實(shí)在在的技能。為此，我們制定的具體改革方案如下:

將學(xué)生按班級分組。原則上每班兩大組，也可根據(jù)個(gè)人興趣自成一組。選擇一個(gè)學(xué)生感興趣的化工產(chǎn)品，圍繞如何實(shí)現(xiàn)該產(chǎn)品的工業(yè)化完成以下內(nèi)容:（1）市場調(diào)研報(bào)告。包括:產(chǎn)品的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、市場前景、簡單的經(jīng)濟(jì)分析及相關(guān)的工藝流程的了解（開課后第1～4周完成）。（2）對產(chǎn)品多套工藝流程方案進(jìn)行可行性及經(jīng)濟(jì)分析，確定小組詳細(xì)的工藝流程路線及詳細(xì)的工藝條件，完成簡單的工藝流程圖（開課后第5～8周完成）。（3）根據(jù)學(xué)生選定的工藝過程，完成簡單的工藝流程圖，教師指定與工藝流程相關(guān)的熱力學(xué)計(jì)算，通過計(jì)算體會(huì)熱力學(xué)在工程中的應(yīng)用（開課后第9～12周完成）。（4）將以上三部分合成一個(gè)完整的報(bào)告期末上交，報(bào)告成績占期末總成績的30%。每一小步的工作要求完成的功課都要按時(shí)上交，并按教師的批改意見修改完善自己的報(bào)告內(nèi)容（開課后第13～16周完成）。（5）最后，選擇優(yōu)秀的項(xiàng)目報(bào)告作講演（第17周完成）。

由于選題是學(xué)生根據(jù)自己的興趣確定的工業(yè)產(chǎn)品，因此，項(xiàng)目類型與涉及的學(xué)科面應(yīng)該是很復(fù)雜的。教師不可能事先知道結(jié)果，這就要求教師需要具有相對扎實(shí)的工程實(shí)際和理論的背景知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生在課題初期盡快進(jìn)入課題角色，隨著課題的進(jìn)展，學(xué)生要自己獲取更多的相關(guān)知識(shí)，并進(jìn)行深入的研究，應(yīng)用知識(shí)去解決問題。在此過程中，教師要做好“導(dǎo)演”，側(cè)重對學(xué)生的方法和能力方面進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生在整個(gè)過程中一定會(huì)投入大量的時(shí)間和精力，因?yàn)槭且孕〗M為單位，所以，最后的項(xiàng)目一定是集中了整個(gè)團(tuán)隊(duì)的才智，一定會(huì)有所收獲。

通過兩年的實(shí)踐，使用以上方法取得了較好的教學(xué)效果，在加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)熱力學(xué)課程積極性的同時(shí)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)期間就能受到未來職場環(huán)境的熏陶，只有叫他們了解自己將來的用武之地，造就他們成為合格的化工專業(yè)人才，滿足產(chǎn)業(yè)和社會(huì)的需要。

然而，在改革中還存在一些問題，如學(xué)生的合作還存在欠缺，各組同學(xué)中都有“坐車”的現(xiàn)象，如何對這部分不積極參與的學(xué)生進(jìn)行評價(jià)，使所有學(xué)生都能積極動(dòng)起來，將是我們未來改革中亟待解決的問題。

表1 化2007、化2008屆的學(xué)生自選題目表

結(jié)語

化工熱力學(xué)課程從2009年開始進(jìn)行了CDIO工程教育培養(yǎng)模式的理論與實(shí)踐探索，并取得初步成效，我們將不斷努力探索，使這一教育模式趨于科學(xué)、有效。積極推進(jìn)CDIO人才培養(yǎng)的培養(yǎng)方案改革和教學(xué)方法創(chuàng)新，開展適應(yīng)于學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的教學(xué)方法創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的案例式、啟發(fā)式、交流式教學(xué)方法改革中推進(jìn)體驗(yàn)式、研究式、討論式教學(xué)方法，利用具體工程項(xiàng)目的實(shí)施，引導(dǎo)學(xué)生“做中學(xué)”，通過營造工程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)師生間、學(xué)生間對話式學(xué)習(xí)和合作式學(xué)習(xí)，形成教學(xué)相長的生動(dòng)學(xué)習(xí)局面。在教學(xué)過程中融入最新的化工工程技術(shù)成果和工藝方案，啟迪學(xué)生的工程意識(shí)和利用科技成果的創(chuàng)業(yè)意識(shí)，開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)業(yè)精神，構(gòu)筑“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”應(yīng)用型人才培養(yǎng)的知識(shí)新體系和課程新體系。

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（本文責(zé)任編輯：尚傳梅）

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1672-5727（2012）06-0159-02

徐新（1967—），碩士，北京石油化工學(xué)院副教授，研究方向?yàn)榛ぁ?/p>

羅國華（1966—），北京石油化工學(xué)院副教授，研究方向?yàn)楣I(yè)催化。

靳海波（1968—），北京石油化工學(xué)院教授，研究方向?yàn)榉蛛x工程。