胡 丹，馮旭東，朱秋鋒，展 俠，葉 宏，李雙陽

(北京工商大學 輕工科學技術學院，北京 100048)

2017年2月，教育部高等教育司發(fā)布了《關于開展“新工科”研究與實踐的通知》，通知中指出我國現(xiàn)階段需要深化工程教育理念，建設工程教育強國。當前，國家提倡科技創(chuàng)新驅動經濟發(fā)展戰(zhàn)略思想，大力發(fā)揚自力更生精神，研發(fā)生產自主品牌形成核心競爭力，推動國家繁榮富強?？萍紕?chuàng)新的戰(zhàn)略思想和當前國家經濟發(fā)展動態(tài)離不開高水平工程科技人才，因此迫切需要加快工程教育的創(chuàng)新改革。依據(jù)國家當前發(fā)展戰(zhàn)略對工科人才的極大需求，各個工科院校應承擔起為國家培養(yǎng)人才的重任，根據(jù)現(xiàn)階段國家經濟發(fā)展需求和趨勢對工程教育的方法、模式、理念和評價體系進行全方位改革，建設“新工科”人才培養(yǎng)的模式。培養(yǎng)“新工科”人才需要在以往掌握工程知識的基礎上，加強自主分析問題能力，并學習自主解決問題的能力，即靈活使用和融會貫通的能力?！靶鹿た啤比瞬乓袆?chuàng)新能力，能夠運用所學知識和技術解決工程上的問題，并處理未來發(fā)展可能出現(xiàn)的問題，具有行業(yè)和技術引領能力，是集合適應能力、實踐能力、領導能力等為一體的高素質復合型人才[1]。

“化工原理”課程是化工類專業(yè)學生的一門重要專業(yè)基礎課。它涉及化工生產過程中各種常見的單元操作的理論知識。需要學生綜合運用化學、物理、數(shù)學等基礎理論知識，并將這些理論知識與工程問題結合，分析和設計工業(yè)生產過程中的各種操作。它既需要學生具備扎實的基礎理論知識，又引領學生步入工程實踐，是一座連接理論與技術的橋梁[2]。由于該課程集合了理論與工程，具有很強的工程背景，為學生傳遞工程觀念并培養(yǎng)工程能力，兼顧理論課程、實驗科學和實驗教學于一體，是“新工科”人才培養(yǎng)的代表型課程，因此可以說“化工原理”教學水平對工科學生的工程理論素質和工程能力的培養(yǎng)有著至關重要的作用。

但是，目前許多高校非“大化工”專業(yè)的“化工原理”課程在培養(yǎng)“新工科”人才方面還存在諸多的問題，其理論知識內容依靠教師課堂講解，實踐環(huán)節(jié)主要基于化工原理實驗，學生參與實驗操作內容與實際工程項目還有差距。教師和學校對學生的工程能力評估完全依賴于考試結果。由于學生對工程概念的了解完全來自課堂上老師的講解，課程中真正接觸到的工程實踐內容少，缺乏對工程概念的認知。從課程模式上，學生學習過程缺乏互動，沒有團隊協(xié)作概念。課程評價體系中，僅考慮考試成績忽視工程能力的評價，考核體系過于單一，這些教育過程存在的問題與“新工科”人才的培養(yǎng)要求還相差甚遠，迫切需要研究和解決。此外，對于現(xiàn)階段的工程教育集中在知識點灌輸，缺少對知識轉化為應用能力的培養(yǎng)，缺乏創(chuàng)新能力的鍛煉。因此，探索合理的教學方式提升學生的工程能力對于培養(yǎng)“新工科”人才具有重要意義。

1 CDIO教學模式

CDIO教學模式是在2000年由美國麻省理工學院、瑞典皇家技術學院、瑞典林克平大學和瑞典查爾姆斯技術學院四所大學提出并確立。CDIO分別代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運行(Operate)[3]，注重產品研發(fā)至上市整個過程的學習。CDIO教學模式是符合工科教育教學培養(yǎng)的模式，能夠讓學生更深入的體會工程思維和工程應用過程中的問題。CDIO模式本質上是集合了案例教學、問題教學、項目教學、自主學習、產學研合作和團隊合作的一種多維度的教學方式，綜合考慮了專業(yè)基礎知識、工程認識、個人和職業(yè)技能以及團隊協(xié)作能力。在此教學模式下，學生不僅可以學習理論知識，更掌握了知識的運用和實踐，對于培養(yǎng)工程思維起到了非常大的影響[4]。目前，基于CDIO理念結合“化工原理”課程教學的應用已在多所學校得以開展。其中，沈陽藥科大學制藥工程學院基于CDIO理念構建了多元化的“化工原理”課程，包含了理論課程的多元、實驗課程的多元和課程設計的多元[5]。通過這些方式將CDIO理念與“化工原理”課程教學的有機融合在工程實踐方面確實取得了很大的進展，但是多數(shù)基于CDIO理念教學過程都是在原本的教學大綱的基礎上增加一些課程設計內容，或者參與化工設計大賽等。無論是課程設計還是化工設計大賽都是獨立于理論教學內容的，工程項目案例的綜合性過高，與課程的知識點的直接關聯(lián)度體現(xiàn)得不明顯，理論知識和實踐內容的結合性不足，因此CDIO理念與教學過程的融合方式還有待提高。

2 OBE教學理念

OBE(Outcomes-Based Education，成果導向教育)理念是由美國學者Spady[6]等人最早提出，之后被廣泛運用在歐美地區(qū)的教育教學過程。OBE理念與以往的教師教什么，學生就學什么的教育思維相反，是從學生得到什么教育成果的角度出發(fā)，反向設置教育教學內容和講授模式的一種教育理念。當今學生對學習的目的性和知識的應用價值更為關注，對待學習的熱情與學習內容和實際效益緊密關聯(lián)。因此，將教育的結果和實踐結果前置，導向學生的學習內容，更加符合當代學生的接受教育的理念，也更適用于當代教育教學工作。近些年OBE理念被應用在諸多高校的課程改革中，包含在線課程、實踐課程和專業(yè)人才培養(yǎng)模式[7-9]。在OBE理念的指導下開展教育教學工作，不僅可以提高教學工作的品質，同時也能優(yōu)化教師的授課水平。對于學生來講，基于這種教學模式下學習，可以提升學生的學習積極性，促進對知識的掌握，而且有助于引導學生的自主學習能力，對學生的實踐能力的提升也有很大的幫助。

3 基于“OBE-CDIO”理念的“化工原理”課程教學模式

CDIO理念對于培養(yǎng)新工科人才具有顯著裨益，而OBE理念在提升學生學習興趣，引領學生自主學習的方面具有優(yōu)勢，將二者結合起來，通過開發(fā)合理的項目任務，以先導的方式引領學生進入工程實踐過程，有助于激發(fā)學生的工程學習熱情，培養(yǎng)學生分析問題解決問題的能力，是培養(yǎng)新工科人才的有效手段?；谝陨侠碚摚_發(fā)OBE-CDIO理念對“化工原理”課程進行教學改革，具體方案如圖1所示。

圖1 OBE結合CDIO理念的化工原理課程實施方案

首先，根據(jù)CDIO理念和教學大綱的內容，開發(fā)多個項目案例，項目的解決方案涉及到“化工原理”所學習的知識點。然后采用OBE理念，在正式授課之前，先把學習目標給學生們確立，即解決某個項目案例。最后，通過講授課程知識，學生們嘗試獨立或團隊解決項目案例，從中獲得成就感。在項目案例的解決過程中，可以彌補課堂上學習的缺漏，也能夠使學生在課堂學習過程中更有目的性，提高學習的效率。具體實施內容包含以下幾個方面：

3.1 工程案例的篩選和設計

工程案例的合理選取和設計是OBE-CDIO理念的“化工原理”教學改革的關鍵問題。由于項目案例是用于輔助課堂教學，并拓展教學知識的實踐應用，因此在選取和設計上應不同于傳統(tǒng)的課程設計。傳統(tǒng)的“化工原理”課程設計具有獨立學時，學生在完全結束了“化工原理”課程之后集中時間進行沉浸式學習。這與本文所述的項目設計有所不同。本文采用的項目案例需基于學習進度適時地調整，比如在講授流體和流體輸送機械之后，可以設計一個小的案例，需要學生根據(jù)物料特性和運輸條件選則合適的輸送機械進行輸送。當課程學習到傳熱章節(jié)之后，可以選取案例包含換熱器的設計同時也需要根據(jù)冷熱流體的流量設計泵。這樣不僅結合了前面所學的知識，讓學生自主復習已學過的知識，還能加強知識體系的運用能力。

在設計項目案例的同時，還可以結合專業(yè)特色，設計符合專業(yè)方向的工程案例。比如對于釀酒專業(yè)，在設計案例時，可以考慮輸送酒品原料進入發(fā)酵罐和對發(fā)酵產品的分離純化。關于酒的密度、粘度等物理特性則需要學生自己去翻閱資料查找。這樣一方面加強學生對專業(yè)領域的認知，使學生掌握本專業(yè)的基本概念；另一方面提高學生查閱資料，自主學習的能力。

對于工程案例的選取，還應避免與作業(yè)習題雷同。工程性案例應該更貼近實際生產需求，可以是產品生產周期內的一個環(huán)節(jié)，也可以是一個目前需要解決的生產方案設計。案例任務書應盡可能的涉及開放性問題，鼓勵學生采用多種途徑、運用不同手段和知識體系去解決問題。引導學生觀察生活周邊，大膽合理假設未知條件，提出合理可行的實施方案。

3.2 教學方案的改進

基于OBE-CDIO理念的教學方案需要將教學內容與案例項目建立關系網(wǎng)絡，如圖2所示。首先，詳細分析每個工程項目案例涉及到的相關知識點，將這些知識點與課程內容相結合，在合適的課程進度時發(fā)布案例。然后，在課程講解之初將案例任務書通過雨課堂在線布置給學生，引發(fā)學生思考并提出問題。在還沒學習相關知識的前提下引導學生思考解決任務書內容所需的知識或方法，建立學習目標。之后，將項目案例解決方案里涉及到的知識點進行系統(tǒng)梳理，按照課時劃分知識內容，在課堂講解過程中要及時提及本知識點內容與項目案例之間的關系，引導學生利用所學習的知識去完成項目案例。最后，在系統(tǒng)地講解過案例所需的全部知識點后，結合項目任務書，為學生梳理任務書的解決思路，加深對知識點理解的同時，幫助學生順利完成項目設計內容。

圖2 教學內容與工程案例關系網(wǎng)絡

3.3 項目成果的展示及評價標準

當階段性的項目任務完成之后，可以通過評閱項目設計書文本進行查驗項目完成情況。當學期末的時候，可以設計綜合性較強的項目內容，通過評閱項目設計書文本和采用口頭匯報的方式評價項目作業(yè)。具體的考核指標包含項目預習情況、項目完成度、設計書撰寫情況、匯報展示效果、項目方案合理性、項目方案的創(chuàng)新性等幾個方面進行考察。重點考察學生對開放性問題的解決思路和創(chuàng)新手段，鼓勵學生自主探索新的方案途徑。對項目成果的評價體系應盡可能全面，項目任務占課程總成績的權重應適當加大。建立系統(tǒng)的量化指標如表1所示，加強學生對項目作業(yè)的重視程度。

表1 化工原理項目作業(yè)考核指標體系

4 結論

通過將OBE理念和CDIO理念有機結合，建立具有專業(yè)特色、貼合實際生產需求、具有開放性問題的案例庫，將項目案例作為學習目標引導課程學習內容，是提高“化工原理”課程教學水平的有效措施。基于此理念的教學改革一方面提高工科學生的工程認知，另一方面提高學習的積極性，使學習興趣和學習效率同時提高，為培養(yǎng)“新工科”人才奠定了良好的基礎。