基于CDIO模式的化工安全工程教學改革研究

郭強強，舒世立

(唐山師范學院 化學系，河北 唐山 063000)

目前人們的“衣食住行”離不開化工行業，而化工行業的發展，一方面給人們的生活帶來了便利，另一方面也引發了眾多的安全及環保問題[1]。2019年江蘇鹽城化工廠爆炸震驚全國，而實際上僅上半年全國化工行業已發生安全事故60起，死亡和失聯148人，造成大眾包括高校大學生對化工行業產生了懼怕心理。探究事故原因發現很多事故完全是操作不規范，相關操作人員培訓管理混亂造成的，理應可以避免或最大化減少損失。不能規避的情況是，化工企業的原料及產品確實具有易燃、易爆、有毒等性質，且生產過程又具有高溫、高壓、大型化等特點，一旦發生事故，將直接威脅生命安全，同時也會帶來巨大的經濟損失[2]。《化工安全工程》作為化工類專業學生在工作崗位最基本的知識和技能，要求學生能夠利用課程所講授的專業知識，具備能預防及處理化工企業各類事故的能力，因此如何在教學中提高《化工安全工程》的教學效果尤為重要。

CDIO(構思(Conceive)-設計(Design)-實現(Implement)-運作(Operate))工程教育模式是目前國際工程教育改革的最新成果，是一種系統的先進的教育理念和人才培養模式[3]。工科學生的培養目標被分成工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面。通過貫穿整個人才培養過程的團隊設計和創新實踐環節的訓練，在培養學生扎實的基礎理論和專業知識的同時，將教育過程放到工程領域的具體情境中[4]。這種教育模式能夠讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式進行學習[5]。在新工科及工程教育背景下，學生應該具有團隊合作能力，這是以往的培養模式所欠缺的。畢業生就業時，具備了團隊協作及足夠的個人能力，可以處理及避免很多化工事故的發生。化工安全工程CDIO工程教育模式的推廣必將促進學校新一輪的教學改革。

1 對以往教學過程的反思

近年來化工企業安全事故層出不窮，而國內很多高校都開辦了安全工程或者化工安全工程方向的課程，但企業這方面的人才依舊短缺，或者說畢業生無法勝任化工安全工程師的工作，這說明化工安全工程方向現有的培養模式與行業的要求有較大差距，人才培養及教學模式存在很大的問題。

首先人才培養基本都遵循以教師為主的填鴨式學習方式，課本內容呆板導致學生的學習興趣不高，上課不認真聽講，測試突擊準備。概括原因就是缺乏實踐操作和聯系實際的內容，沒有形成良好的主動學習氛圍，沒有培養學生自主解決問題的能力。CDIO模式主要培養的就是學生發現問題，解決問題的工程實踐能力，對比枯燥及難懂的教科書內容，可以最大化地調動學生自主解決問題能力。

其次雖然一些高校頻頻發生實驗室安全事故，化工實驗室安全理應受到很大重視，可相反化工安全工程類課程卻基本沒有配套實驗課程，原因是目前高校偏重基礎化學實驗培訓，對化工安全類實驗設備投資嚴重不足，或者干脆沒有安排實驗課，距離工程培養目標有很大差距，授課內容徹底變成紙上談兵。

最后涉及化工安全方向的實踐教學(參觀實習、模擬實習)受限于實習地點與環節的限制，雖然目的是針對化工安全的實踐，可實習單位反而要重點考慮學生的人身安全，很難去深入接觸一些關鍵安全設施，當然，并不是需要讓學生去操作一些危險設備，安全問題更有重視安全。總之學生只是簡單的參觀設備，走馬觀花，將來工作時就缺少了對一些重要設備及相應安全措施的了解。

2 “化工安全技術”課程教學反思和課程建設與改革思路

從教學內容及模式上分析，現有的化工安全工程教學中存在較多問題，無法滿足企業對化工安全工程師人才的需要，而CDIO的教學模式則提供了解決的可能性。通過將課程與CDIO教學理念相結合，讓學生在“做中學”的過程中更好地掌握知識，提高能力，通過一個個真實的工程案例，去研究問題、發現問題[6]。這樣，學生才能具有獲取相關知識去解決問題的動力。在此過程中，重要的不是解決了一個具體的問題或者掌握了相關的知識，而是在于學會如何發現問題、分析問題并可以通過所學知識去解決問題，從而獲得一定的經驗總結。同時，工程師培養可以加強學生相互間溝通的能力以及團隊合作的能力。為了實現這一目標，這就要求教師需要具有相對扎實的工程實際和理論的背景知識，指導學生在課題初期盡快進入課題角色，隨著課題的進展，學生要自己獲取更多的相關知識，并進行深入的研究，應用知識去解決問題。

學生之前從未接觸過工程課程，缺乏工程概念，因而在能源化學工程及應用化學專業的《化工安全工程》教學中，結合CDIO教學理念，對該課程進行改革，將教材內容按照構思-設計-實現-運作的CDIO教育模式進行構建整合。教師在強調基本概念及原理的同時，更加注重實際運用和學生工程實踐能力的提升。要求學生選擇一個虛擬的工程項目，訓練學生選題、設計、實現和運行化工安全生產的能力。為了實現CDIO的教學目標，改變了傳統的教學目標、教學內容和教學方法，確定了以虛擬項目設計為導向、以工程能力培養為目標的《化工安全工程》CDIO教學模式，將學生主動學習過程及工程培養結合一體。

具體實施如下：

(1)首先課堂教學內容充分跟工程案例設計訓練結合，做到理論跟實踐結合，將理論知識和化工安全的實際生產知識、技術等做為重點。

(2)利用唐山市一些企業的化工安全崗位的工作過程為背景(例如危險性較高的焦化項目)，設計教學虛擬項目。幾名學生按照需要組成獨立項目小組，項目組成員按照分配的不同工段，不同生產工藝。首先確定工藝安全隱患，通過查閱資料及小組討論，從職業工程師的角度，設計出保證企業安全生產的各項安全工程措施。這一過程即培養了學生的工程能力同時又提高學生的安全素養和實踐能力。由于任務的復雜性，單個學生也難以完成，促使學生相互交流合作，鍛煉學生綜合應用知識的能力，增強團隊協作能力。模擬項目使每個學生都變成為工程技術人員，激發學生學習熱情，培養學生工程意識和團隊協作精神，取得了很好的教學效果。

(3)鑒于學生仍然欠缺一些專業知識及分析理解錯誤，采用專家論證會的形式，對每個虛擬項目進行評價。一個小組的學生進行項目簡述及方案匯報，其余學生作為專家對不足之處進行分析。這樣可以使全體學生鞏固了化工安全工程的基本概念和基本原理，同時也鍛煉了學生構思設計實現的能力，增強了學生表達及交流能力，培養學生的工程意識，幫助學生更全面了解化工生產過程的各類安全措施，提高學生學習的積極主動性。

(4)為了更好的與實際相結合，激發學生職業意識，完成CDIO模式最后的運作部分，同時結合企業的實際情況。選取虛擬項目分析全面，方案具有可行性的一組學生作為代表，深入到相關企業與第一線的化工安全技術人員做深入交流，按照

工藝流程一步步探究考慮方案的可行性及存在的問題，此時的學生已經從紙上談兵進入了實踐階段，積累了豐富的經驗為進一步實現高素質化工安全人才培養打下基礎。

(5)CDIO模式也不是一個純粹的自我學習過程，學生積極參與虛擬項目培訓的同時，授課教師自身也要積極與化工企業安全技術人員多交流，保證每一屆學生都可以有最全面的相關內容講授。有機會要深入企業調研，參加實踐鍛煉保證具有較高的教學水平。

3 結語

以培養具有解決實際化工生產安全問題的工程技術人才為目的，將CDIO的理念引入到能源化學工程及應用化學專業的化工安全工程教學當中。通過改革整合教學大綱及授課內容，注重學生工程實際能力的培養，提高學生分析和解決工程問題的能力。利用虛擬項目實踐教學模式和化工企業實地訓練為學生提供更多實踐機會，培養學生的團隊合作，對安全工程問題的分析解決能力。

課程改革突出以下幾點：

(1)以CDIO理念為指導，培養既具備化工安全專業知識、又具備一定實際工程應用能力的優秀人才；(2)人才培養模式建設要充分體現“會分析構思設計、懂工程解決實現、能實踐運作”的專業工程師人才培養思想；(3)課程體系化工安全工程理論基礎課、重視學生團隊及個人工程教育培養、重視實踐環節。

基于CDIO理念的化工安全工程課程的改革，對培養出具有扎實理論基礎，能在化工企業及相關單位具有工程應用能力的技術人才具有重要意義。