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摘 要 新工科背景下，借鉴CDIO工程教育理念，通过以项目带动教学、开辟第二课堂、运用现代教学手段和改革考核方法对“化工设备机械基础”进行改革，提高了教学效果，有助于符合新工科人才培养目标的高素质复合型创新人才的培养。
关键词 新工科 CDIO工程教育理念 项目驱动 过程性评价
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.12.049
On the Teaching Reform of Chemical Equipment and Machinery
under the Background of New Engineering
HU Jianbo
（College of Chemistry & Materials Engineering， Wenzhou University， Wenzhou， Zhejiang 325035）
Abstract Under the background of new engineering， with reference to the concept of CDIO Engineering Education， through the project driven teaching， opening up the second classroom， using modern teaching methods and reform assessment methods to reform the chemical equipment machinery foundation， the teaching effect has been improved， which is conducive to the cultivation of high-quality compound innovative talents in line with the training objectives of new engineering talents.
Keywords new engineering; CDIO engineering education concept; project driven; process evaluation
“卓越工程師教育培养计划”是2010年开始实施的一项高等教育重大改革项目，[1]旨在培养一批能够适应经济社会发展需要，具有良好创新能力和实践能力的高素质工程人才，是我国工程教育改革的一个突破口。“卓越工程师教育培养计划”实施以来，在人才培养、师资队伍建设等方面取得了巨大成果。作为“卓越工程师教育培养计划”的升级版（亦称2.0版），[2]“新工科”是我国高等教育为适应新经济发展需要，培养新型工科创新人才而提出的全新概念。[3]新工科概念提出后，教育部积极推进“新工科”建设，从2017年2月的“复旦共识”到2017年4月的“天大行动”，再到2017年6月的《新工科研究与实践项目指南》（即“北京指南”），成为“新工科”建设三部曲，指明了我国高等工程教育改革的新方向。[4，5]
温州大学化学工程与工艺专业是教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业。“化工设备机械基础”是化学工程与工艺专业的一门专业核心课程，具有较强的理论性和工程应用性，是培养学生实践能力、工程意识和创新能力的重要课程。新工科背景下，结合新工科人才培养理念和目标，对“化工设备机械基础”课程教学进行改革，培养学生的工程思维和创新能力，培养高素质复合型创新人才，满足新工科对人才培养的要求具有重要意义。
1 借鉴CDIO工程教育理念和模式培养新工科人才
CDIO 工程教育理念由美国麻省理工学院联合瑞典皇家技术学院、瑞典查尔姆斯技术学院及瑞典林克平大学创立的一种工程教育方法，是近十年来国际工程教育改革的重要成果。[6]CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和操作（Operate）的缩写，是将工程科学和工程实践能力融为一体的教育方法，具有先进性、系统性、普适性和可操作性。CDIO工程教育理念以项目从研发到完成的全过程为载体，以产业需求为导向，强调在项目构思、设计、实现和操作的真实工程教育过程中，培养学生的工程师能力。CDIO工程教育理念强调学生的主体地位，同时注重基础理论知识和专业知识的培养。学生通过项目驱动的方式，主动地以实践和多课程联系的方式进行学习，培养解决复杂工程问题能力、工程实践能力和综合创新能力，与新工科人才培养目标有较强的一致性。新工科背景下，借鉴CDIO工程教育理念和模式，结合新工科人才培养目标，对教学模式、教学内容和课程体系进行改革，培养能适应甚至引领未来工程发展需要的新型复合型高素质创新人才，具有重要意义。基于此，笔者将CDIO工程教育理念引入“化工设备机械基础”课程教学改革，提高教学质量，培养具有创新能力的新工科人才。
2 项目带动教学
在传统的教学模式中，教师是主体，教师讲课，学生被动接受知识，缺乏学习主动性和独立思考探索精神。同时在传统教学过程中，注重理论知识的学习，而忽视实践环节，造成理论和实践脱节，影响教学效果。CDIO工程教育理念以项目驱动形式培养学生，强调“做中学”和“基于项目学习”，注重学生的主体地位。借鉴CDIO工程教育理念，结合“化工设备机械基础”课程特点，在课程教学中引入项目化教学，以项目为导向，以教师为主导，以学生为主体，教、学、做一体化，激发学生学习的积极性和主动性。根据课程内容，我们设置了三个学习情境（化工设备材料、内压容器设计和外压容器设计），每个学习情境设计了与之相匹配的项目。每个学习情境中，在学习基础理论知识和基本方法基础上，布置项目任务。学生带着任务，在教师指导下，以团队（3-4人）形式，利用课堂知识和收集的文献资料，分工协作完成任务。在化工设备材料模块中，要求学生根据介质性能、温度和压力等参数，选择合适的化工设备材料。在内压容器设计和外压容器设计模块，要求学生根据工艺条件设计内压容器和外压容器，包括设计温度、设计压力、容器直径等参数的确定、材料的选择、结构形式和焊接接头结构的确定以及容器厚度的计算等。在项目化教学过程中，学生带着任务深入项目中，通过主动的学习、实践和协同合作完成任务，培养学生分析问题能力、解决问题能力、工程思维和创新能力。 3 理论与实践结合，开辟第二课堂
“化工设备机械基础”是兼具理论性和实践性的课程，涉及众多化工设备和化工工艺等，与生产实际紧密相关。多数学生在学习本课程之前没有接触过企业和化工生产过程，对化工设备及其要求知之甚少，对化工设备的结构和工作原理等内容难以理解，影响学生学习积极性和教学效果。因此，在教学过程中要理论联系实际，开辟第二课堂。我校化学工程与工艺专业学生有两门重要的实践课程——化工认识实习和化工生产实习。其中认识实习安排在“化工设备机械基础”课程之前进行，使学生对化工设备、化工生产过程和化工工艺等有初步的感性认识，为以后该课程的学习打下基础。生产实习安排在“化工设备机械基础”课程中期，在学习基础理论知识的基础上，由任课老师带领学生进入化工企业实习。学生带着目的和任务参加实习，通过任课教师和企业工程师对化工生产流程、化工设备和化工过程等内容的讲解，使学生对典型化工过程和化工设备的名称、结构、原理、用途和要求等有直观和深入的了解。借助实习，理论联系实际，巩固课堂知识，激发学习积极性，培养工程素质。
“化工设备机械基础”课程设计是理论与实践结合的另一重要途径，是理论知识的一次实际应用。通常情况下，课程设计是在理论学习之后进行，往往造成理论学习和实践应用的脱节。为此，在课堂教学过程中渗透课程设计，提前布置设计任务，理论学习与课程设计同时进行。学生以团队形式通过收集资料、課堂学习和集体讨论，将理论知识在实践中融会贯通，提高学习效果，培养学生分析问题能力、解决实际问题的能力、工程创新能力和工程思维。
4 运用现代教学手段激活课堂教学
“化工设备机械基础”具有很强的工程性，涉及封头、法兰、密封结构、搅拌器、视镜、人孔、手孔、支座等众多零部件和反应釜、换热器和板式塔等典型化工设备。对于缺乏工程意识、实践经验和化工设备感性认识的学生而言，仅靠教师的讲解和板书很难在有限的学时内将上述内容完全表达清楚，学生难以完全理解，影响学生学习积极性和教学效果。为此，在课堂教学过程中，除了传统的板书之外，充分运用现代教学手段，提高教学效果。根据课程内容，针对性地制作了大量图片、动画和视频，直观、形象地为学生展示那些抽象、陌生和晦涩难以理解的课堂内容，激发学习兴趣和吸引注意力。现代教学手段配合教师的讲解，同学对课程的接受程度和理解深度都大大提升，课堂气氛更活跃，教学效果明显提高。
5 改革考核方式和评价方式
考核是教学过程中的重要环节，是检验学习效果的重要手段。传统的考核方式为终结性评价，即“一考定终身”，强调课本知识的记忆和理解，无法科学、全面、客观地评价学生的学习效果，尤其是学生分析问题能力、解决问题能力和创新能力等综合素质的评价。在新工科背景下，为培养具有创新能力的高素质综合人才，需要对传统的考核方式和评价方式进行改革，采用诊断性评价和过程性评价相结合的考核与评价方式。具体而言，考核内容包括平时表现、作业、小组项目和期末考试，总评成绩为上述考核内容按照不同权重加权求和。每项内容的权重由教师和学生共同讨论决定，做到既保证公平、公正、公开又体现学生学习效果。小组项目综合考察学生基础理论的掌握情况、资料收集能力、分析问题与解决问题能力、创新能力及团队协作等，由学生自评、小组互评和教师评价按照一定权重加权求和得到考核结果。期末考试仍然采用试卷模式，但考试内容兼顾理论知识和工程实践，考察学生理论知识的掌握情况和综合运动能力。通过考核和评价方式的改革，强调过程教学，激发学生学习的积极性、主动性和自觉性，培养工程思维和创新能力。
6 结语
新工科背景下，为适应新时期对工科人才培养的要求，培养具有创新能力、工程思维的高素质综合人才，有必要对课程进行改革。借鉴CDIO工程教育理念和模式对“化工设备机械基础”课程进行教学改革，以项目带动教学、开辟第二课堂、运用现代教学手段激活课堂教学和改革考核方式与评价方式，有效地激发学生学习积极性、主动性和自觉性，提高了教学质量，为后续课程的学习打下坚实的基础，有助于提高学生分析问题能力和解决问题能力，培养学生团队协作精神、创新能力和工程思维。
基金项目：温州大学教学改革资助项目“基于“卓越工程师培养”的《化工设备机械基础》课堂教学改革”（项目编号16jg44）
参考文献
[1] 林健.卓越工程师培养——工程教育系统性改革研究[M].北京：清华大学出版社，2013.
[2] 林健.新工科建设：强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究，2017.3：13-20.
[3] 顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017.6：6-18.
[4] “新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017：10-11.
[5] 教育部.“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究，2017.2：24-25.
[6] Crawley E. F.， Malmqvist J.， Sren stlund， et al.Rethinking engineering education：The CDIO approach[M]. New York： Springer International Publishing， 2014.
关键词 新工科 CDIO工程教育理念 项目驱动 过程性评价
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.12.049
On the Teaching Reform of Chemical Equipment and Machinery
under the Background of New Engineering
HU Jianbo
（College of Chemistry & Materials Engineering， Wenzhou University， Wenzhou， Zhejiang 325035）
Abstract Under the background of new engineering， with reference to the concept of CDIO Engineering Education， through the project driven teaching， opening up the second classroom， using modern teaching methods and reform assessment methods to reform the chemical equipment machinery foundation， the teaching effect has been improved， which is conducive to the cultivation of high-quality compound innovative talents in line with the training objectives of new engineering talents.
Keywords new engineering; CDIO engineering education concept; project driven; process evaluation
“卓越工程師教育培养计划”是2010年开始实施的一项高等教育重大改革项目，[1]旨在培养一批能够适应经济社会发展需要，具有良好创新能力和实践能力的高素质工程人才，是我国工程教育改革的一个突破口。“卓越工程师教育培养计划”实施以来，在人才培养、师资队伍建设等方面取得了巨大成果。作为“卓越工程师教育培养计划”的升级版（亦称2.0版），[2]“新工科”是我国高等教育为适应新经济发展需要，培养新型工科创新人才而提出的全新概念。[3]新工科概念提出后，教育部积极推进“新工科”建设，从2017年2月的“复旦共识”到2017年4月的“天大行动”，再到2017年6月的《新工科研究与实践项目指南》（即“北京指南”），成为“新工科”建设三部曲，指明了我国高等工程教育改革的新方向。[4，5]
温州大学化学工程与工艺专业是教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业。“化工设备机械基础”是化学工程与工艺专业的一门专业核心课程，具有较强的理论性和工程应用性，是培养学生实践能力、工程意识和创新能力的重要课程。新工科背景下，结合新工科人才培养理念和目标，对“化工设备机械基础”课程教学进行改革，培养学生的工程思维和创新能力，培养高素质复合型创新人才，满足新工科对人才培养的要求具有重要意义。
1 借鉴CDIO工程教育理念和模式培养新工科人才
CDIO 工程教育理念由美国麻省理工学院联合瑞典皇家技术学院、瑞典查尔姆斯技术学院及瑞典林克平大学创立的一种工程教育方法，是近十年来国际工程教育改革的重要成果。[6]CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和操作（Operate）的缩写，是将工程科学和工程实践能力融为一体的教育方法，具有先进性、系统性、普适性和可操作性。CDIO工程教育理念以项目从研发到完成的全过程为载体，以产业需求为导向，强调在项目构思、设计、实现和操作的真实工程教育过程中，培养学生的工程师能力。CDIO工程教育理念强调学生的主体地位，同时注重基础理论知识和专业知识的培养。学生通过项目驱动的方式，主动地以实践和多课程联系的方式进行学习，培养解决复杂工程问题能力、工程实践能力和综合创新能力，与新工科人才培养目标有较强的一致性。新工科背景下，借鉴CDIO工程教育理念和模式，结合新工科人才培养目标，对教学模式、教学内容和课程体系进行改革，培养能适应甚至引领未来工程发展需要的新型复合型高素质创新人才，具有重要意义。基于此，笔者将CDIO工程教育理念引入“化工设备机械基础”课程教学改革，提高教学质量，培养具有创新能力的新工科人才。
2 项目带动教学
在传统的教学模式中，教师是主体，教师讲课，学生被动接受知识，缺乏学习主动性和独立思考探索精神。同时在传统教学过程中，注重理论知识的学习，而忽视实践环节，造成理论和实践脱节，影响教学效果。CDIO工程教育理念以项目驱动形式培养学生，强调“做中学”和“基于项目学习”，注重学生的主体地位。借鉴CDIO工程教育理念，结合“化工设备机械基础”课程特点，在课程教学中引入项目化教学，以项目为导向，以教师为主导，以学生为主体，教、学、做一体化，激发学生学习的积极性和主动性。根据课程内容，我们设置了三个学习情境（化工设备材料、内压容器设计和外压容器设计），每个学习情境设计了与之相匹配的项目。每个学习情境中，在学习基础理论知识和基本方法基础上，布置项目任务。学生带着任务，在教师指导下，以团队（3-4人）形式，利用课堂知识和收集的文献资料，分工协作完成任务。在化工设备材料模块中，要求学生根据介质性能、温度和压力等参数，选择合适的化工设备材料。在内压容器设计和外压容器设计模块，要求学生根据工艺条件设计内压容器和外压容器，包括设计温度、设计压力、容器直径等参数的确定、材料的选择、结构形式和焊接接头结构的确定以及容器厚度的计算等。在项目化教学过程中，学生带着任务深入项目中，通过主动的学习、实践和协同合作完成任务，培养学生分析问题能力、解决问题能力、工程思维和创新能力。 3 理论与实践结合，开辟第二课堂
“化工设备机械基础”是兼具理论性和实践性的课程，涉及众多化工设备和化工工艺等，与生产实际紧密相关。多数学生在学习本课程之前没有接触过企业和化工生产过程，对化工设备及其要求知之甚少，对化工设备的结构和工作原理等内容难以理解，影响学生学习积极性和教学效果。因此，在教学过程中要理论联系实际，开辟第二课堂。我校化学工程与工艺专业学生有两门重要的实践课程——化工认识实习和化工生产实习。其中认识实习安排在“化工设备机械基础”课程之前进行，使学生对化工设备、化工生产过程和化工工艺等有初步的感性认识，为以后该课程的学习打下基础。生产实习安排在“化工设备机械基础”课程中期，在学习基础理论知识的基础上，由任课老师带领学生进入化工企业实习。学生带着目的和任务参加实习，通过任课教师和企业工程师对化工生产流程、化工设备和化工过程等内容的讲解，使学生对典型化工过程和化工设备的名称、结构、原理、用途和要求等有直观和深入的了解。借助实习，理论联系实际，巩固课堂知识，激发学习积极性，培养工程素质。
“化工设备机械基础”课程设计是理论与实践结合的另一重要途径，是理论知识的一次实际应用。通常情况下，课程设计是在理论学习之后进行，往往造成理论学习和实践应用的脱节。为此，在课堂教学过程中渗透课程设计，提前布置设计任务，理论学习与课程设计同时进行。学生以团队形式通过收集资料、課堂学习和集体讨论，将理论知识在实践中融会贯通，提高学习效果，培养学生分析问题能力、解决实际问题的能力、工程创新能力和工程思维。
4 运用现代教学手段激活课堂教学
“化工设备机械基础”具有很强的工程性，涉及封头、法兰、密封结构、搅拌器、视镜、人孔、手孔、支座等众多零部件和反应釜、换热器和板式塔等典型化工设备。对于缺乏工程意识、实践经验和化工设备感性认识的学生而言，仅靠教师的讲解和板书很难在有限的学时内将上述内容完全表达清楚，学生难以完全理解，影响学生学习积极性和教学效果。为此，在课堂教学过程中，除了传统的板书之外，充分运用现代教学手段，提高教学效果。根据课程内容，针对性地制作了大量图片、动画和视频，直观、形象地为学生展示那些抽象、陌生和晦涩难以理解的课堂内容，激发学习兴趣和吸引注意力。现代教学手段配合教师的讲解，同学对课程的接受程度和理解深度都大大提升，课堂气氛更活跃，教学效果明显提高。
5 改革考核方式和评价方式
考核是教学过程中的重要环节，是检验学习效果的重要手段。传统的考核方式为终结性评价，即“一考定终身”，强调课本知识的记忆和理解，无法科学、全面、客观地评价学生的学习效果，尤其是学生分析问题能力、解决问题能力和创新能力等综合素质的评价。在新工科背景下，为培养具有创新能力的高素质综合人才，需要对传统的考核方式和评价方式进行改革，采用诊断性评价和过程性评价相结合的考核与评价方式。具体而言，考核内容包括平时表现、作业、小组项目和期末考试，总评成绩为上述考核内容按照不同权重加权求和。每项内容的权重由教师和学生共同讨论决定，做到既保证公平、公正、公开又体现学生学习效果。小组项目综合考察学生基础理论的掌握情况、资料收集能力、分析问题与解决问题能力、创新能力及团队协作等，由学生自评、小组互评和教师评价按照一定权重加权求和得到考核结果。期末考试仍然采用试卷模式，但考试内容兼顾理论知识和工程实践，考察学生理论知识的掌握情况和综合运动能力。通过考核和评价方式的改革，强调过程教学，激发学生学习的积极性、主动性和自觉性，培养工程思维和创新能力。
6 结语
新工科背景下，为适应新时期对工科人才培养的要求，培养具有创新能力、工程思维的高素质综合人才，有必要对课程进行改革。借鉴CDIO工程教育理念和模式对“化工设备机械基础”课程进行教学改革，以项目带动教学、开辟第二课堂、运用现代教学手段激活课堂教学和改革考核方式与评价方式，有效地激发学生学习积极性、主动性和自觉性，提高了教学质量，为后续课程的学习打下坚实的基础，有助于提高学生分析问题能力和解决问题能力，培养学生团队协作精神、创新能力和工程思维。
基金项目：温州大学教学改革资助项目“基于“卓越工程师培养”的《化工设备机械基础》课堂教学改革”（项目编号16jg44）
参考文献
[1] 林健.卓越工程师培养——工程教育系统性改革研究[M].北京：清华大学出版社，2013.
[2] 林健.新工科建设：强势打造“卓越计划”升级版[J].高等工程教育研究，2017.3：13-20.
[3] 顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017.6：6-18.
[4] “新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017：10-11.
[5] 教育部.“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究，2017.2：24-25.
[6] Crawley E. F.， Malmqvist J.， Sren stlund， et al.Rethinking engineering education：The CDIO approach[M]. New York： Springer International Publishing， 2014.