【关键词】高等化学反应工程；CDIO模式；教学
【基金项目】本文系青海大学研究生重点课程建设项目（编号：qdyk-160301）的研究成果。
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）26-0042-02
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运行（Operate）。CDIO 教学模式是瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、美国麻省理工学院、瑞典皇家技术学院四所世界著名的高等工程院校，在21世纪初提出的一种新的工程教育专业人才培养模式。CDIO教学模式以产品从研发到运行的生命周期过程为学习途径，让学生做中学、学中做，将理论与实践有机结合，从而达到既掌握理论知识，又学会了工程应用的一种教学模式。CDIO实质上是一种融问题教学、案例教学、项目教学、主动学习、产学研合作、团队合作和人际沟通等为一体的教学模式。美国麻省理工学院教授、国际CDIO创始人Edward F.Crawley在Educating Engineers in an EngineeringContext : Conceiving Designing Implementing Operat-ing 的主题报告中指出，中国非常缺少能够应对国际化的工程师，因此需要改善工程教育。他认为，应该为学生提供丰富的工程设计实现的项目，让学生在实践中和主动学习的情况下更好地掌握理论知识。以项目为导向的CDIO 教学模式无疑为解决以上问题提供了新的思路。目前世界上工程教育的发展趋势由“技术型”“科学型”向以创新型人才培养为目标的“工程型”转变。
高等化学反应工程是化学工程与技术一级学科学位课中的专业基础必修课，或专业平台课，是化工类硕士研究生必须修读的课程，目的是为已具备反应工程基本知识的硕士研究生拓宽反应工程知识面，加深对基本原理和数学模型方法的理解，提高运用反应工程基本理论解决学术研究中遇到的问题，以及反应器设计、操作和控制中遇到的实际工程问题的能力，建立较为完整的理论体系。研究生教育中很重要的是强化对研究生自主获取知识和科研创新能力的培养，如何提高研究生的学术研究能力是研究生培养的关键。国内高校化工专业、本科阶段反应工程教学侧重于均相反应体系和理想流动反应器，与真实过程相差较大。为此，我们在研究生阶段教学内容侧重于非均相反应体系和非理想流动反应器，注重在知识的深度和广度方面加以拓展。教学遇到的主要问题是生源中本科非化学工程与工艺专业，没有学过反应工程的占一半，这部分学生缺乏反应工程的基本概念，学习较吃力，国内普通高校研究生招生中大多数存在专业不完全对口的情况。青海大学高等化学反应工程只有32学时，若补充较多的本科反应工程的知识，则完不成教学大纲规定任务。讨论课学生问题少，发言不积极。作业上网找答案，课程小论文用资料堆积应付，导致学习效果欠佳。为了解决这些问题，不断提高课程教学质量，我们课程组引入CDIO教学模式，积极进行教学改革，按各章中的每一节内容为教学单元，以问题为导向，按CDIO模式组织课堂教学，而且讨论课、 课程小论文、作业中的部分内容也按CDIO模式进行设计，取得了良好的教学效果。
一、以问题为导向，按CDIO理念组织课堂教学
我校高等化学反应工程教学大纲规定的内容共有五章，每章分三节。教学改革中，我们将每一节的内容进行凝练，归纳出学习这一节要解决的工程共性问题，以问题为导向，按CDIO理念组织课堂教学。如学习第四章气固相反应和反应器分析中的第三节流固相非催化反应过程时，提出的问题是青海云天化国际化肥有限公司磷酸生产中如何计算磷矿的反应时间。教师首先描述清楚磷矿与硫酸在工业反应器中的反应过程，引导学生构思出收缩未反应芯模型，将该反应过程设计为五步完成，为简化计算归纳为外扩散、内扩散和反应三个过程，进一步引导学生分别建立三个过程的速率计算方程，组成方程组，经过必要的数学推导减少未知数，整合为整个过程总的速率方程，然后求解该方程就能计算出磷矿的反应时间。最后给出企业采用的磷矿石粒径，让同学们用自己建立的方法计算反应时间，并与企业实际采用的反应时间做对比，进行讨论，进一步分析缩短反应时间，提高产量的技术措施。这种借剖析实例讲授解决工程问题的原理和方法，能有效调动学生学习的主动性，培养学生自主获取知识的能力，通过举一反三、融会贯通，触类旁通，就能够掌握一类工程问题的共性规律和解决这类问题的方法。
二、课堂讨论中引入CDIO理念，调动学生兴趣
开展课程讨论，可以调动学生的积极性，加深对知识的理解和掌握。以前我们主要以随堂提问，学生自由回答的方式进行课堂讨论，但学生参与热情不高，分析问题不全面、不深刻。为此我们进行了改革，对授课内容进行凝练，每章挤出一节课时间集中上讨论课，课前一周结合主要知识点、以及重点、难点给出2~3道思考题，每道题安排1名同学，要求学生利用课余时间通过查阅文献、进行必要的试验、演绎推理或模拟计算等途径，用CDIO理念解决问题，每名同学在本课程学习期间至少轮到一次。学生经过认真细致的准备，在讨论课上给全班同学讲解，鼓励其他同学进行质疑，发表不同的看法，同学之间有不同的见解可以争论。往往不同的人看问题的角度不同，就会有不同的结果，理越辩越明，通过讨论综合大家的各种意见，往往使学生对知识的理解更加透彻，锻炼了应用理论分析问题、解决问题的能力。
三、采用CDIO理念、强化课程小论文
以往教学中，我们讲授完第四章气固相催化反应的相关内容后，要求学生撰写一篇有关化学反应工程最新研究进展的小论文，多数同学是利用网上下载的资料拼凑完成论文，缺少综合分析归纳，缺少自己的观点。后来我们改为学期中间布置课程小论文，学期末上交。要求学生根据导师的研究方向，进行文献和实验室调研，了解该研究方向涉及的反应工程知识，存在的问题和发展现状，提出自己的建议，撰写一篇综述论文。或针对导师研究方向的某一小问题，采用CDIO理念，进行构思，设计研究方案，通过必要试验、演绎推理或模拟计算，得出结果，撰写论文。取得了良好的效果，既巩固了所学的反应工程知识，也让学生提前了解导师的研究领域，为今后自己进行学位论文课题的研究储备了知识。
四、基于CDIO理念、强化作业
数学模型方法是反应工程的主要研究方法，应用模型方法的必要性是由于反应过程所表现出的很强的非线性性质。模型方法的重要性人尽皆知，人们学得不少，在研究工作和开发工作中用得也不少。为此教学中我们加强反应工程中有关数学模型的构建方法、简化方法，求解方法的训练。一般通过物料衡算建立求解反应器体积、物料浓度的数学模型，通过热量衡算建立求解反应器换热面积、物料温度的数学模型。教学中我们采取只讲其一，另一个通过作业形式完成的方法。如讲授非理想连续流动反应器轴向混合模型时，课堂上只讲通过物料衡算建立求解反应器体积、物料浓度的数学模型。而反应器换热面积、物料温度的计算以作业的形式让学生课后完成。要求学生应用CDIO理念，构思热量衡算的基准、范围，设计衡算方法，建立数学模型，化简数学模型，通过求解得出换热面积和温度。
多年来，为了上好高等化学反应工程课，我们课程组不断地进行教学改革与探索，积极引入CDIO教学模式，从课堂讲授、讨论、课程小论文、作业四个方面进行强化，想方设法调动学生积极性。以产品从研发到投产的项目实施过程为学习途径，力争使学生在掌握基本理论知识的基础上，通过透彻分析某一项目的构思、设计、实现、运行全过程，加深对理论知识的理解，掌握应用理论解决工程问题的方法，培养学生自主获取知识的能力，取得了良好的教学效果。
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