艾常春

【摘要】隨著高等教育教學(xué)理論的研究與發(fā)展，一些具有創(chuàng)新性的教學(xué)模式順應(yīng)了教學(xué)內(nèi)容信息化和教學(xué)對(duì)象個(gè)性化的趨勢(shì)，在國內(nèi)外高等教育教學(xué)中不斷涌現(xiàn)，并得到迅速發(fā)展。本文根據(jù)化工原理實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討了翻轉(zhuǎn)課堂、“模塊式”教學(xué)、“CDIO”工程教育等現(xiàn)代教育模式在化工原理理論、實(shí)驗(yàn)及工程教育過程中的實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】化工原理教學(xué) 翻轉(zhuǎn)課堂 “模塊式”教學(xué) “CDIO”工程教育

【中圖分類號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）03-0237-02

《化工原理》課程是化工及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)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(yīng)的設(shè)備，在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間起著承先啟后的作用，是自然科學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)課向工程科學(xué)專業(yè)課過渡的入門課程。教育部“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃要求滿足國家重大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(chǎng)工程師、設(shè)計(jì)開發(fā)工程師和研究型工程師三個(gè)層次的工程師后備人才。因此作為化工專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課程必須做到寬口徑培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)工程觀點(diǎn)、定量運(yùn)算、實(shí)驗(yàn)技能及設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際的結(jié)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(chǔ)。

隨著現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，實(shí)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(shí)俱進(jìn)進(jìn)行相應(yīng)的刪減和擴(kuò)充，在授課時(shí)數(shù)有限的情況下，必須運(yùn)用現(xiàn)代教育模式進(jìn)行教學(xué)改革。在教育學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)代教育模式隨著時(shí)代的變化也從傳統(tǒng)的黑板粉筆模式正向更加科學(xué)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(xué)模式，如“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)、“慕課”平臺(tái)、“模塊式”教學(xué)理論、“CDIO工程教育模式”等，這些新的教育模式順應(yīng)了教學(xué)內(nèi)容信息化和教學(xué)對(duì)象個(gè)性化的趨勢(shì)，國內(nèi)外知名大學(xué)正在大力推進(jìn)這些新的教育模式改革。

化工原理課程基本理論知識(shí)內(nèi)容較多，工程實(shí)踐性強(qiáng)，包括了理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，在理論教學(xué)環(huán)節(jié)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解、掌握和第一層次的知識(shí)應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)第二層次的知識(shí)應(yīng)用，在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)第三層次的知識(shí)應(yīng)用，三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，充分體現(xiàn)了本課程教學(xué)的基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和先進(jìn)性特點(diǎn)。隨著現(xiàn)代教育模式也在不斷革新，因此在新的形勢(shì)下，為提高教學(xué)效率強(qiáng)化教學(xué)效果，我們探討了一些現(xiàn)代教育模式在化工原理三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，以期為本門課程的教學(xué)改革拋磚引玉。

一、“翻轉(zhuǎn)課堂”思想在理論教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

“翻轉(zhuǎn)課堂”是從英語“FlippedClass Model”翻譯過來的術(shù)語，一般被稱為“反轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)模式”。 學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在課堂外完成基本知識(shí)的學(xué)習(xí)，教師在課堂上解疑答惑并引導(dǎo)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與課外學(xué)習(xí)“反轉(zhuǎn)”過來進(jìn)行教學(xué)。“慕課（MOOC）”的出現(xiàn)，真正實(shí)現(xiàn)了“翻轉(zhuǎn)課堂”。慕課是一個(gè)公共的教學(xué)平臺(tái)，將優(yōu)秀的課堂教學(xué)資源放在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，大量的學(xué)生根據(jù)自身的需要在這個(gè)平臺(tái)上完成基本知識(shí)的學(xué)習(xí)，教師可以將在線視頻作為教學(xué)的線上環(huán)節(jié)，要求學(xué)生在課堂外先“聽課”，課堂內(nèi)則側(cè)重深入的分享、探討和解決問題。哈佛大學(xué)、麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校等世界名校已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)上提供高質(zhì)量的在線課程，國內(nèi)清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和上海交通大學(xué)等中國內(nèi)地知名高校也紛紛加入了“慕課”平臺(tái)。

化工原理理論教學(xué)中我們重點(diǎn)講解“流體流動(dòng)”，“流體輸送機(jī)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(guān)的設(shè)備，并根據(jù)不同的單元操作過程的傳遞原理建立簡(jiǎn)化的物理或數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)值模型，在實(shí)際應(yīng)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(shè)、物理變量和數(shù)學(xué)公式多而繁雜，使剛開始接觸化工專業(yè)課的學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)感到無所適從。但在信息化時(shí)代的今天，靠死記硬背的知識(shí)隨處可取，只要人們利用各種資源便可在短時(shí)間內(nèi)熟練地找到所需要的知識(shí)，因此對(duì)于復(fù)雜公式的推導(dǎo)和半經(jīng)驗(yàn)化的數(shù)學(xué)公式在教學(xué)環(huán)節(jié)上重在理解和應(yīng)用，評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中可以當(dāng)作信息資源交給學(xué)生處理，這樣有利于學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)更好地掌握知識(shí)的精髓，對(duì)于知識(shí)的應(yīng)用也會(huì)更得心應(yīng)手。抽象的物理模型或數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程具有通適性特點(diǎn)，可以應(yīng)用“翻轉(zhuǎn)課堂”思想，利用博客、網(wǎng)頁等形式放在互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上，學(xué)生課堂外自主學(xué)習(xí)或組織集中觀看，設(shè)置情景互動(dòng)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。借助這個(gè)輔助教學(xué)平臺(tái)，還可以將相關(guān)的教學(xué)錄像、設(shè)備圖片、動(dòng)畫、單元知識(shí)網(wǎng)絡(luò)、模擬軟件等優(yōu)秀教學(xué)資源進(jìn)行整合，例如幾個(gè)單元操作之間的內(nèi)在聯(lián)系，知識(shí)點(diǎn)之間的相互銜接關(guān)系可以運(yùn)用單元知識(shí)網(wǎng)絡(luò)形象地展示出來，方便學(xué)生及時(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。在課堂教學(xué)過程中，可以根據(jù)需要隨時(shí)提取平臺(tái)上的教學(xué)資源，重點(diǎn)知識(shí)要實(shí)現(xiàn)課堂內(nèi)外的相互流通，提高教學(xué)效率的同時(shí)強(qiáng)化教學(xué)效果。

國內(nèi)外“慕課”平臺(tái)的開發(fā)與應(yīng)用使“翻轉(zhuǎn)課堂”思想成為現(xiàn)實(shí)，使有限容量的課堂成為開放式學(xué)習(xí)平臺(tái)，但目前開放的“慕課”平臺(tái)基本上是基于那些自學(xué)能力強(qiáng)或?qū)W有余力的學(xué)生或社會(huì)人士進(jìn)行自我學(xué)習(xí)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(xué)平臺(tái)，是課堂教學(xué)內(nèi)容的強(qiáng)化和衍生，因此在知識(shí)點(diǎn)的組織和安排上要與課堂內(nèi)容緊密結(jié)合。

二、“模塊式”教學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)要實(shí)現(xiàn)第二層次的知識(shí)應(yīng)用，即在實(shí)際的單元操作設(shè)備中，通過改變操作變量，驗(yàn)證基本傳遞原理的規(guī)律。目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們選擇了“流體流動(dòng)阻力的測(cè)定”、“離心泵的性能測(cè)試”、“傳熱系數(shù)的測(cè)定”、“吸收系數(shù)的測(cè)定”、“精餾塔板效率的測(cè)定”以及“干燥速率曲線的測(cè)定”等內(nèi)容，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、仿真實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告來完成整個(gè)環(huán)節(jié)，主要培養(yǎng)學(xué)生解決單個(gè)化工單元操作的技能，鞏固課堂知識(shí)。

“模塊式”教學(xué)思想最早體現(xiàn)在專業(yè)課程體系設(shè)置，根據(jù)不同的專業(yè)方向，設(shè)置不同的“模塊式”課程體系。在我們的仿真實(shí)驗(yàn)中，我們將每一個(gè)化工單元操作制作成一個(gè)單獨(dú)的“模塊”，這個(gè)模塊一方面可以鏈接本門課程課堂輔助教學(xué)平臺(tái)，同時(shí)也鏈接到與該單元操作相關(guān)的其他課程的輔助教學(xué)平臺(tái)，如化工設(shè)備、分離工程等，方便學(xué)生及時(shí)查閱信息并解決實(shí)驗(yàn)中的疑問；另一方面這個(gè)模塊內(nèi)部從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作設(shè)備介紹、實(shí)驗(yàn)操作過程到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的模擬和處理也自成體系。

“模塊式”教學(xué)思想在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中還可以從抽象的虛擬計(jì)算機(jī)操作應(yīng)用到實(shí)物操作中。例如“流體流動(dòng)阻力的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，將應(yīng)用到的閥門、管件和相關(guān)工具組成一個(gè)模塊組，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理先進(jìn)行管路組裝，再進(jìn)行測(cè)定實(shí)驗(yàn)，這樣可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解以及對(duì)實(shí)驗(yàn)管路、測(cè)定管路的認(rèn)識(shí)，為實(shí)現(xiàn)課堂知識(shí)的第二層次應(yīng)用向第三層次應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

三、“CDIO”工程教育模式在課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)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(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等大學(xué)經(jīng)過多年探索研究創(chuàng)立，“CDIO”代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程知識(shí)。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。這與教育部“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)和層次是一致的。目前國內(nèi)外已有幾十所知名大學(xué)實(shí)施了“CDIO”工程教育模式，國內(nèi)工科院校也正在進(jìn)行相關(guān)的教育模式改革，這種培養(yǎng)和教育模式下的學(xué)生已經(jīng)在實(shí)際工作中得到了充分的肯定。

將“CDIO”工程教育模式思想應(yīng)用于本門課程的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，就是要讓學(xué)生以能“實(shí)現(xiàn)”和“運(yùn)作”為目的，完成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)環(huán)節(jié)。在化工原理課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)上，我們安排了“蒸發(fā)器的工藝計(jì)算”、“煤油換熱器的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算”、“吸收塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算”及“雙組份精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算”等內(nèi)容模塊，每個(gè)模塊內(nèi)不同的題目都從工廠技術(shù)改造和技術(shù)服務(wù)的項(xiàng)目中抽提出來，來源于生產(chǎn)實(shí)際，因此具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)性，能在一定條件下“實(shí)現(xiàn)”和“運(yùn)作”。當(dāng)然，作為專業(yè)基礎(chǔ)課涉及到的知識(shí)還不全面，在設(shè)計(jì)題目時(shí)要有側(cè)重點(diǎn)，在運(yùn)用單元操作基本原理的同時(shí)，也要為其他課程知識(shí)的應(yīng)用打開一扇門，例如在“雙組分精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算”這個(gè)題目中，化工原理課程涉及到的知識(shí)點(diǎn)有理論塔板數(shù)和塔板效率的計(jì)算、冷凝器的熱負(fù)荷計(jì)算等，對(duì)于分離工程課程中涉及到的學(xué)生根據(jù)自身興趣進(jìn)行選擇和分組，采用分散和集中相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，先集中講解任務(wù)，設(shè)計(jì)方法和繪圖方法，再由學(xué)生根據(jù)自己的題目進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制工藝流程圖和設(shè)備條件圖。要實(shí)現(xiàn)這種教育模式的培養(yǎng)目標(biāo)，必須認(rèn)真制定符合這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以評(píng)測(cè)為導(dǎo)向來實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生第三層次應(yīng)用能力的目標(biāo)。因此在評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)必須以方案的現(xiàn)實(shí)性為依據(jù)，邀請(qǐng)相關(guān)工廠的工程師對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，并解答學(xué)生的疑問，

現(xiàn)代教育模式在化工原理教學(xué)的三個(gè)環(huán)節(jié)中有的已經(jīng)在大量應(yīng)用，有的還在進(jìn)一步嘗試，在教學(xué)改革中不能完全照搬經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際教學(xué)過程中要與時(shí)俱進(jìn)吸收先進(jìn)的教育模式和教育理念，對(duì)教學(xué)過程不斷進(jìn)行改革和創(chuàng)新，才能培養(yǎng)出順應(yīng)時(shí)代潮流發(fā)展的新時(shí)代人才，實(shí)現(xiàn)國家的“卓越工程師”培養(yǎng)計(jì)劃，為國家重大產(chǎn)業(yè)升級(jí)和結(jié)構(gòu)調(diào)整輸送有用人才。

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