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【摘要】随着高等教育教学理论的研究与发展，一些具有创新性的教学模式顺应了教学内容信息化和教学对象个性化的趋势，在国内外高等教育教学中不断涌现，并得到迅速发展。本文根据化工原理实际教学经验，探讨了翻转课堂、“模块式”教学、“CDIO”工程教育等现代教育模式在化工原理理论、实验及工程教育过程中的实际应用。
【关键词】化工原理教学 翻转课堂 “模块式”教学 “CDIO”工程教育
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）03-0237-02
《化工原理》课程是化工及其相关专业学生必修的一门专业基础课程，它以化工生产中的物理加工过程为背景，研究化工单元操作的基本传递理论及其相应的设备，在基础课与专业课之间起着承先启后的作用，是自然科学领域基础课向工程科学专业课过渡的入门课程。教育部“卓越工程师”培养计划要求满足国家重大产业结构调整和发展战略性新兴产业的人才需求，适度超前培养人才，培养包括现场工程师、设计开发工程师和研究型工程师三个层次的工程师后备人才。因此作为化工专业学生的专业基础课程必须做到宽口径培养，强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论与实际的结合，以提高分析问题、解决问题的能力，为培养“卓越工程师”打下良好基础。
随着现代科技的迅速发展，实际的化工生产过程在不断发生变化，化工原理课程内容也必须与时俱进进行相应的删减和扩充，在授课时数有限的情况下，必须运用现代教育模式进行教学改革。在教育学领域，现代教育模式随着时代的变化也从传统的黑板粉笔模式正向更加科学高效、信息化、而且更加富有创造性方向发展。近些年，国内外出现了很多具有创新性的教学模式，如“翻转课堂”教学、“慕课”平台、“模块式”教学理论、“CDIO工程教育模式”等，这些新的教育模式顺应了教学内容信息化和教学对象个性化的趋势，国内外知名大学正在大力推进这些新的教育模式改革。
化工原理课程基本理论知识内容较多，工程实践性强，包括了理论教学、实验教学和课程设计三个教学环节，在理论教学环节重点实现基础理论知识的理解、掌握和第一层次的知识应用，在实验教学环节中实现第二层次的知识应用，在课程设计环节实现第三层次的知识应用，三个教学环节环环相扣，层层递进，充分体现了本课程教学的基础性、应用性和先进性特点。随着现代教育模式也在不断革新，因此在新的形势下，为提高教学效率强化教学效果，我们探讨了一些现代教育模式在化工原理三个教学环节中的应用，以期为本门课程的教学改革抛砖引玉。
一、“翻转课堂”思想在理论教学环节中的应用
“翻转课堂”是从英语“FlippedClass Model”翻译过来的术语，一般被称为“反转课堂式教学模式”。 学生利用互联网和计算机技术在课堂外完成基本知识的学习，教师在课堂上解疑答惑并引导知识的实际应用，将传统的课堂教学与课外学习“反转”过来进行教学。“慕课（MOOC）”的出现，真正实现了“翻转课堂”。慕课是一个公共的教学平台，将优秀的课堂教学资源放在互联网平台上，大量的学生根据自身的需要在这个平台上完成基本知识的学习，教师可以将在线视频作为教学的线上环节，要求学生在课堂外先“听课”，课堂内则侧重深入的分享、探讨和解决问题。哈佛大学、麻省理工学院、加州大学伯克利分校等世界名校已经在互联网上提供高质量的在线课程，国内清华大学、北京大学、复旦大学和上海交通大学等中国内地知名高校也纷纷加入了“慕课”平台。
化工原理理论教学中我们重点讲解“流体流动”，“流体输送机械”，“非均相物系的分离”，“传热”，“蒸发”，“吸收”，“蒸馏”，“干燥”等化工单元操作的基本原理和相关的设备，并根据不同的单元操作过程的传递原理建立简化的物理或数学经验值模型，在实际应用中根据已知条件求解其中的某些过程变量。因此本门课程涉及的基本概念和假设、物理变量和数学公式多而繁杂，使刚开始接触化工专业课的学生对该课程的学习感到无所适从。但在信息化时代的今天，靠死记硬背的知识随处可取，只要人们利用各种资源便可在短时间内熟练地找到所需要的知识，因此对于复杂公式的推导和半经验化的数学公式在教学环节上重在理解和应用，评价环节中可以当作信息资源交给学生处理，这样有利于学生在有限的学时数内更好地掌握知识的精髓，对于知识的应用也会更得心应手。抽象的物理模型或数学推导过程具有通适性特点，可以应用“翻转课堂”思想，利用博客、网页等形式放在互联网平台上，学生课堂外自主学习或组织集中观看，设置情景互动检验学习效果。借助这个辅助教学平台，还可以将相关的教学录像、设备图片、动画、单元知识网络、模拟软件等优秀教学资源进行整合，例如几个单元操作之间的内在联系，知识点之间的相互衔接关系可以运用单元知识网络形象地展示出来，方便学生及时进行预习和复习。在课堂教学过程中，可以根据需要随时提取平台上的教学资源，重点知识要实现课堂内外的相互流通，提高教学效率的同时强化教学效果。
国内外“慕课”平台的开发与应用使“翻转课堂”思想成为现实，使有限容量的课堂成为开放式学习平台，但目前开放的“慕课”平台基本上是基于那些自学能力强或学有余力的学生或社会人士进行自我学习而开发的，所以我们不能完全照搬。我们的开发只能是辅助教学平台，是课堂教学内容的强化和衍生，因此在知识点的组织和安排上要与课堂内容紧密结合。
二、“模块式”教学在实验教学环节中的应用
实验教学要实现第二层次的知识应用，即在实际的单元操作设备中，通过改变操作变量，验证基本传递原理的规律。目前实验教学中我们选择了“流体流动阻力的测定”、“离心泵的性能测试”、“传热系数的测定”、“吸收系数的测定”、“精馏塔板效率的测定”以及“干燥速率曲线的测定”等内容，学生通过实验前预习、仿真实验、现场实验和实验报告来完成整个环节，主要培养学生解决单个化工单元操作的技能，巩固课堂知识。 “模块式”教学思想最早体现在专业课程体系设置，根据不同的专业方向，设置不同的“模块式”课程体系。在我们的仿真实验中，我们将每一个化工单元操作制作成一个单独的“模块”，这个模块一方面可以链接本门课程课堂辅助教学平台，同时也链接到与该单元操作相关的其他课程的辅助教学平台，如化工设备、分离工程等，方便学生及时查阅信息并解决实验中的疑问；另一方面这个模块内部从实验原理、实验操作设备介绍、实验操作过程到实验数据的模拟和处理也自成体系。
“模块式”教学思想在实验教学环节中还可以从抽象的虚拟计算机操作应用到实物操作中。例如“流体流动阻力的测定”实验中，将应用到的阀门、管件和相关工具组成一个模块组，让学生在实验中根据实验原理先进行管路组装，再进行测定实验，这样可以加深学生对实验原理的理解以及对实验管路、测定管路的认识，为实现课堂知识的第二层次应用向第三层次应用奠定基础。
三、“CDIO”工程教育模式在课程设计教学环节中的应用
“CDIO”工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，经麻省理工学院和瑞典皇家工学院等大学经过多年探索研究创立，“CDIO”代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它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、人际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。这与教育部“卓越工程师”培养目标和层次是一致的。目前国内外已有几十所知名大学实施了“CDIO”工程教育模式，国内工科院校也正在进行相关的教育模式改革，这种培养和教育模式下的学生已经在实际工作中得到了充分的肯定。
将“CDIO”工程教育模式思想应用于本门课程的课程设计环节，就是要让学生以能“实现”和“运作”为目的，完成“构思”和“设计”两个环节。在化工原理课程设计教学环节上，我们安排了“蒸发器的工艺计算”、“煤油换热器的工艺设计计算”、“吸收塔工艺设计计算”及“双组份精馏塔的工艺设计计算”等内容模块，每个模块内不同的题目都从工厂技术改造和技术服务的项目中抽提出来，来源于生产实际，因此具有很强的现实性，能在一定条件下“实现”和“运作”。当然，作为专业基础课涉及到的知识还不全面，在设计题目时要有侧重点，在运用单元操作基本原理的同时，也要为其他课程知识的应用打开一扇门，例如在“双组分精馏塔的工艺设计计算”这个题目中，化工原理课程涉及到的知识点有理论塔板数和塔板效率的计算、冷凝器的热负荷计算等，对于分离工程课程中涉及到的学生根据自身兴趣进行选择和分组，采用分散和集中相结合的方式进行教学，先集中讲解任务，设计方法和绘图方法，再由学生根据自己的题目进行工艺设计计算和设备结构设计，并绘制工艺流程图和设备条件图。要实现这种教育模式的培养目标，必须认真制定符合这个标准的检验和评价标准，以评测为导向来实现培养学生第三层次应用能力的目标。因此在评价环节必须以方案的现实性为依据，邀请相关工厂的工程师对学生的设计方案进行评价，并解答学生的疑问，
现代教育模式在化工原理教学的三个环节中有的已经在大量应用，有的还在进一步尝试，在教学改革中不能完全照搬经验，在实际教学过程中要与时俱进吸收先进的教育模式和教育理念，对教学过程不断进行改革和创新，才能培养出顺应时代潮流发展的新时代人才，实现国家的“卓越工程师”培养计划，为国家重大产业升级和结构调整输送有用人才。
参考文献：
[1]赵冬梅，建构-探究”式化学教学模式研究，华中师范大学硕士学位论文，2006。
[2]李培根、许晓东、陈国松，我国本科工程教育实践教学问题与原因探析，高等工程教育研究，2012（3）：1-6
[3]倪献智、李春生、牟宗刚、耿兵，建构主义理论指导下化工原理课程教学的思考及实践，化工高等教育，2014（4）：37-40
[4]潘鹤林、齐鸣斋、黄婕、陈敏恒，少学时化工原理课程教学改革初探，化工高等教育，2012（4）：97-100
【关键词】化工原理教学 翻转课堂 “模块式”教学 “CDIO”工程教育
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）03-0237-02
《化工原理》课程是化工及其相关专业学生必修的一门专业基础课程，它以化工生产中的物理加工过程为背景，研究化工单元操作的基本传递理论及其相应的设备，在基础课与专业课之间起着承先启后的作用，是自然科学领域基础课向工程科学专业课过渡的入门课程。教育部“卓越工程师”培养计划要求满足国家重大产业结构调整和发展战略性新兴产业的人才需求，适度超前培养人才，培养包括现场工程师、设计开发工程师和研究型工程师三个层次的工程师后备人才。因此作为化工专业学生的专业基础课程必须做到宽口径培养，强调工程观点、定量运算、实验技能及设计能力的培养，强调理论与实际的结合，以提高分析问题、解决问题的能力，为培养“卓越工程师”打下良好基础。
随着现代科技的迅速发展，实际的化工生产过程在不断发生变化，化工原理课程内容也必须与时俱进进行相应的删减和扩充，在授课时数有限的情况下，必须运用现代教育模式进行教学改革。在教育学领域，现代教育模式随着时代的变化也从传统的黑板粉笔模式正向更加科学高效、信息化、而且更加富有创造性方向发展。近些年，国内外出现了很多具有创新性的教学模式，如“翻转课堂”教学、“慕课”平台、“模块式”教学理论、“CDIO工程教育模式”等，这些新的教育模式顺应了教学内容信息化和教学对象个性化的趋势，国内外知名大学正在大力推进这些新的教育模式改革。
化工原理课程基本理论知识内容较多，工程实践性强，包括了理论教学、实验教学和课程设计三个教学环节，在理论教学环节重点实现基础理论知识的理解、掌握和第一层次的知识应用，在实验教学环节中实现第二层次的知识应用，在课程设计环节实现第三层次的知识应用，三个教学环节环环相扣，层层递进，充分体现了本课程教学的基础性、应用性和先进性特点。随着现代教育模式也在不断革新，因此在新的形势下，为提高教学效率强化教学效果，我们探讨了一些现代教育模式在化工原理三个教学环节中的应用，以期为本门课程的教学改革抛砖引玉。
一、“翻转课堂”思想在理论教学环节中的应用
“翻转课堂”是从英语“FlippedClass Model”翻译过来的术语，一般被称为“反转课堂式教学模式”。 学生利用互联网和计算机技术在课堂外完成基本知识的学习，教师在课堂上解疑答惑并引导知识的实际应用，将传统的课堂教学与课外学习“反转”过来进行教学。“慕课（MOOC）”的出现，真正实现了“翻转课堂”。慕课是一个公共的教学平台，将优秀的课堂教学资源放在互联网平台上，大量的学生根据自身的需要在这个平台上完成基本知识的学习，教师可以将在线视频作为教学的线上环节，要求学生在课堂外先“听课”，课堂内则侧重深入的分享、探讨和解决问题。哈佛大学、麻省理工学院、加州大学伯克利分校等世界名校已经在互联网上提供高质量的在线课程，国内清华大学、北京大学、复旦大学和上海交通大学等中国内地知名高校也纷纷加入了“慕课”平台。
化工原理理论教学中我们重点讲解“流体流动”，“流体输送机械”，“非均相物系的分离”，“传热”，“蒸发”，“吸收”，“蒸馏”，“干燥”等化工单元操作的基本原理和相关的设备，并根据不同的单元操作过程的传递原理建立简化的物理或数学经验值模型，在实际应用中根据已知条件求解其中的某些过程变量。因此本门课程涉及的基本概念和假设、物理变量和数学公式多而繁杂，使刚开始接触化工专业课的学生对该课程的学习感到无所适从。但在信息化时代的今天，靠死记硬背的知识随处可取，只要人们利用各种资源便可在短时间内熟练地找到所需要的知识，因此对于复杂公式的推导和半经验化的数学公式在教学环节上重在理解和应用，评价环节中可以当作信息资源交给学生处理，这样有利于学生在有限的学时数内更好地掌握知识的精髓，对于知识的应用也会更得心应手。抽象的物理模型或数学推导过程具有通适性特点，可以应用“翻转课堂”思想，利用博客、网页等形式放在互联网平台上，学生课堂外自主学习或组织集中观看，设置情景互动检验学习效果。借助这个辅助教学平台，还可以将相关的教学录像、设备图片、动画、单元知识网络、模拟软件等优秀教学资源进行整合，例如几个单元操作之间的内在联系，知识点之间的相互衔接关系可以运用单元知识网络形象地展示出来，方便学生及时进行预习和复习。在课堂教学过程中，可以根据需要随时提取平台上的教学资源，重点知识要实现课堂内外的相互流通，提高教学效率的同时强化教学效果。
国内外“慕课”平台的开发与应用使“翻转课堂”思想成为现实，使有限容量的课堂成为开放式学习平台，但目前开放的“慕课”平台基本上是基于那些自学能力强或学有余力的学生或社会人士进行自我学习而开发的，所以我们不能完全照搬。我们的开发只能是辅助教学平台，是课堂教学内容的强化和衍生，因此在知识点的组织和安排上要与课堂内容紧密结合。
二、“模块式”教学在实验教学环节中的应用
实验教学要实现第二层次的知识应用，即在实际的单元操作设备中，通过改变操作变量，验证基本传递原理的规律。目前实验教学中我们选择了“流体流动阻力的测定”、“离心泵的性能测试”、“传热系数的测定”、“吸收系数的测定”、“精馏塔板效率的测定”以及“干燥速率曲线的测定”等内容，学生通过实验前预习、仿真实验、现场实验和实验报告来完成整个环节，主要培养学生解决单个化工单元操作的技能，巩固课堂知识。 “模块式”教学思想最早体现在专业课程体系设置，根据不同的专业方向，设置不同的“模块式”课程体系。在我们的仿真实验中，我们将每一个化工单元操作制作成一个单独的“模块”，这个模块一方面可以链接本门课程课堂辅助教学平台，同时也链接到与该单元操作相关的其他课程的辅助教学平台，如化工设备、分离工程等，方便学生及时查阅信息并解决实验中的疑问；另一方面这个模块内部从实验原理、实验操作设备介绍、实验操作过程到实验数据的模拟和处理也自成体系。
“模块式”教学思想在实验教学环节中还可以从抽象的虚拟计算机操作应用到实物操作中。例如“流体流动阻力的测定”实验中，将应用到的阀门、管件和相关工具组成一个模块组，让学生在实验中根据实验原理先进行管路组装，再进行测定实验，这样可以加深学生对实验原理的理解以及对实验管路、测定管路的认识，为实现课堂知识的第二层次应用向第三层次应用奠定基础。
三、“CDIO”工程教育模式在课程设计教学环节中的应用
“CDIO”工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，经麻省理工学院和瑞典皇家工学院等大学经过多年探索研究创立，“CDIO”代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它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、人际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。这与教育部“卓越工程师”培养目标和层次是一致的。目前国内外已有几十所知名大学实施了“CDIO”工程教育模式，国内工科院校也正在进行相关的教育模式改革，这种培养和教育模式下的学生已经在实际工作中得到了充分的肯定。
将“CDIO”工程教育模式思想应用于本门课程的课程设计环节，就是要让学生以能“实现”和“运作”为目的，完成“构思”和“设计”两个环节。在化工原理课程设计教学环节上，我们安排了“蒸发器的工艺计算”、“煤油换热器的工艺设计计算”、“吸收塔工艺设计计算”及“双组份精馏塔的工艺设计计算”等内容模块，每个模块内不同的题目都从工厂技术改造和技术服务的项目中抽提出来，来源于生产实际，因此具有很强的现实性，能在一定条件下“实现”和“运作”。当然，作为专业基础课涉及到的知识还不全面，在设计题目时要有侧重点，在运用单元操作基本原理的同时，也要为其他课程知识的应用打开一扇门，例如在“双组分精馏塔的工艺设计计算”这个题目中，化工原理课程涉及到的知识点有理论塔板数和塔板效率的计算、冷凝器的热负荷计算等，对于分离工程课程中涉及到的学生根据自身兴趣进行选择和分组，采用分散和集中相结合的方式进行教学，先集中讲解任务，设计方法和绘图方法，再由学生根据自己的题目进行工艺设计计算和设备结构设计，并绘制工艺流程图和设备条件图。要实现这种教育模式的培养目标，必须认真制定符合这个标准的检验和评价标准，以评测为导向来实现培养学生第三层次应用能力的目标。因此在评价环节必须以方案的现实性为依据，邀请相关工厂的工程师对学生的设计方案进行评价，并解答学生的疑问，
现代教育模式在化工原理教学的三个环节中有的已经在大量应用，有的还在进一步尝试，在教学改革中不能完全照搬经验，在实际教学过程中要与时俱进吸收先进的教育模式和教育理念，对教学过程不断进行改革和创新，才能培养出顺应时代潮流发展的新时代人才，实现国家的“卓越工程师”培养计划，为国家重大产业升级和结构调整输送有用人才。
参考文献：
[1]赵冬梅，建构-探究”式化学教学模式研究，华中师范大学硕士学位论文，2006。
[2]李培根、许晓东、陈国松，我国本科工程教育实践教学问题与原因探析，高等工程教育研究，2012（3）：1-6
[3]倪献智、李春生、牟宗刚、耿兵，建构主义理论指导下化工原理课程教学的思考及实践，化工高等教育，2014（4）：37-40
[4]潘鹤林、齐鸣斋、黄婕、陈敏恒，少学时化工原理课程教学改革初探，化工高等教育，2012（4）：97-100