基于OBE模式進(jìn)行課程教學(xué)整體設(shè)計(jì)

張 偉 ,羅海南,劉 洋,馬 娟,鄒麗娟

(1.棗莊學(xué)院 化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院，山東 棗莊 277160；2.中國礦業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.棗莊學(xué)院 心理與教育科學(xué)學(xué)院，山東 棗莊 277160)

OBE是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心來組織、實(shí)施和評價(jià)教育的結(jié)構(gòu)模式。課程建設(shè)質(zhì)量并不等同于人才培養(yǎng)質(zhì)量，基于投入(Input-based education，IBE)的課程建設(shè)并不能保證基于產(chǎn)出(Output-based education，OBE)的人才培養(yǎng)[1]。我們的教學(xué)從“以教師為中心”、“以教為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”、“以學(xué)為中心”，將教學(xué)評價(jià)從IBE 轉(zhuǎn)變?yōu)镺BE[2]?；ぴ硎腔ゎ悓I(yè)的最重要的專業(yè)課程之一，教學(xué)內(nèi)容包括化工原理理論教學(xué)、化工原理實(shí)驗(yàn)及化工原理課程設(shè)計(jì)?；鳠崾瞧渲幸粋€(gè)重要組成部分，傳熱單元過程在化工領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用：原料的加熱、冷卻或者冷凝、蒸發(fā)過程；化工設(shè)備和管道的保溫，以減少熱損失；生產(chǎn)中熱能的合理使用，余熱利用等。而在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中都是以教師為授課主體，學(xué)生則是被動(dòng)地學(xué)習(xí)，教師叫多少，學(xué)生學(xué)多少，學(xué)生缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)的精神。這種填鴨式的教學(xué)不利于創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，導(dǎo)致課堂上教師講的很辛苦、學(xué)生學(xué)的很累，最后課堂效率卻不盡理想，這種教學(xué)方式最終的結(jié)果是影響了我國高校應(yīng)用型專業(yè)人才的培養(yǎng)，導(dǎo)致人才培養(yǎng)質(zhì)量下降。我們基于OBE模式進(jìn)行化工教學(xué)整體設(shè)計(jì)，以問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向、以教學(xué)效果為導(dǎo)向，對化工原理教學(xué)進(jìn)行深入思考、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合改革[3]。所以化工原理教學(xué)課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式設(shè)置必須以滿足上述基本要求作為落腳點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)，利用矩陣設(shè)計(jì)理念，將知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)要求落實(shí)到教學(xué)過程中。

“項(xiàng)目教學(xué)法”的特點(diǎn)是“以項(xiàng)目為主線、教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體”，項(xiàng)目教學(xué)法是師生共同完成項(xiàng)目、共同取得進(jìn)步的教學(xué)方法。主要是通過與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的任務(wù)為載體，學(xué)習(xí)者在完成項(xiàng)目的過程中充分得到鍛煉并獲得知識與技能的教學(xué)方法[4]。訓(xùn)練的重點(diǎn)是學(xué)生通過在完成項(xiàng)目任務(wù)的過程中所獲取知識的能力，這種教學(xué)方法能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和自主學(xué)習(xí)能力，體現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的教學(xué)思想，教學(xué)效果事半而功倍[5]。

項(xiàng)目教學(xué)法就是為完成某一具體的項(xiàng)目而展開的模塊化的教學(xué)行動(dòng)。在內(nèi)容的安排上，改變過去傳統(tǒng)的以知識點(diǎn)為主線的方式，改用項(xiàng)目為主線，將項(xiàng)目拆分為若干個(gè)具體的任務(wù)，以完成任務(wù)所需的知識點(diǎn)為線索，最終師生共同完成項(xiàng)目。目前來講，化工原理課程體系一般由三部分組成，即理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和化工原理課程設(shè)計(jì)?；ぴ韺?shí)驗(yàn)和化工原理課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)、掌握和運(yùn)用化工原理理論知識必不可少的重要環(huán)節(jié)，是化工原理理論課的輔助和提升[6-7]。

圖1 項(xiàng)目教學(xué)法組織框架

通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目教學(xué)法的科學(xué)組織和實(shí)施，構(gòu)建由簡單單元操作到復(fù)雜化工廠生產(chǎn)過程的“多維立體”的化工原理教學(xué)體系。項(xiàng)目實(shí)施過程中貫穿著化工原理理論、化工原理實(shí)驗(yàn)、化工原理課程設(shè)計(jì)的知識，使學(xué)生在分析、反思中掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，提高解決工程問題的能力。接下來我們以傳熱單元過程為例，分析其教學(xué)過程。

1 項(xiàng)目布置及實(shí)施

1.1 項(xiàng)目分析

比如在學(xué)習(xí)傳熱單元時(shí)給學(xué)生下達(dá)這樣一個(gè)項(xiàng)目：某石油化工廠將催化裂化得到的粗汽油進(jìn)行進(jìn)一步的分餾，現(xiàn)在有一套穩(wěn)定的精餾塔裝置，進(jìn)精餾塔原料為粗汽油，流量為23000 kg/h；塔底產(chǎn)品為穩(wěn)定汽油，流量為19000 kg/h，出塔溫度為150℃；塔頂產(chǎn)品為液化氣和干氣等。進(jìn)塔原料工藝要求是110℃，而粗汽油初溫只有90℃，現(xiàn)在要設(shè)計(jì)一個(gè)原料預(yù)熱的方案，將原料加熱至入塔要求的溫度。請擬定一個(gè)合適的方案，完成此任務(wù)，并選擇合適的換熱設(shè)備及其相應(yīng)的型號規(guī)格。

項(xiàng)目下達(dá)以后，引導(dǎo)學(xué)生將這個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行具體的分析：要使90℃的粗汽油升溫到110℃，必須有提供熱量的熱源，那么熱源選什么呢？怎樣把熱源的熱量轉(zhuǎn)移給粗汽油？熱源的流量是多少?選擇什么類型的換熱設(shè)備以及設(shè)備的型號、規(guī)格？選擇好了換熱設(shè)備，然后如何正確的操作？傳熱過程中會(huì)有熱量損失，那么采用何種辦法能減少熱量損失？

通過項(xiàng)目的分析，明確了完成項(xiàng)目的目標(biāo)，將項(xiàng)目拆分為若干個(gè)小的項(xiàng)目：(1)預(yù)熱方案的選擇；(2)傳熱參數(shù)確定；(3)預(yù)熱設(shè)備類型與型號；(4)管道保溫材料的選擇及保溫層厚度的確定；(5)技能的訓(xùn)練。下面我們逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行分析解決，學(xué)生在這樣的任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，不斷地主動(dòng)尋找完成任務(wù)的方法途徑，在完成傳熱項(xiàng)目的過程中，學(xué)生獲得相關(guān)的知識和技能。

1.2 項(xiàng)目實(shí)施

1.2.1 預(yù)熱方案的選擇

化學(xué)工業(yè)中常用的換熱方法有：混合式、蓄熱式、間壁式三種。通過對任務(wù)分析可知，原油預(yù)熱任務(wù)中，需要預(yù)熱的粗汽油是不允許與別的加熱介質(zhì)混合的，否則會(huì)影響原料的純度，以致影響精餾操作和產(chǎn)品質(zhì)量。另外粗汽油本身易揮發(fā)、易燃易爆，蓄熱式可能導(dǎo)致泄漏造成的爆炸事故，所以我們選擇間壁式換熱的原油預(yù)熱方法。

1.2.2 傳熱參數(shù)確定

下面要解決的問題是用什么樣的熱流體作為加熱介質(zhì)？熱流體的流量是多少才能完成上述的工業(yè)傳熱任務(wù)?

工業(yè)上常用的加熱劑有：飽和水蒸汽、熱水、熔鹽及煙道氣、礦物油、聯(lián)苯混合物等,工業(yè)上常用的冷卻劑有水、空氣和各種冷凍劑。上述工業(yè)換熱任務(wù)是加熱粗汽油到110℃，飽和水蒸氣、聯(lián)苯混合物、四氯聯(lián)苯都可以加熱粗汽油到110℃，而聯(lián)苯混合物價(jià)值昂貴，易滲透軟性石棉填料，蒸汽易燃燒，會(huì)刺激人的鼻粘膜；四氯聯(lián)苯蒸汽可以使人肝臟發(fā)生疾病，聯(lián)苯混合物一般用于100～300℃范圍內(nèi)的加熱，此處如果用聯(lián)苯成本太高；飽和水蒸氣溫度范圍接近，易于調(diào)節(jié)，冷凝潛熱大，熱利用率高，無毒、價(jià)廉，所以飽和水蒸氣是粗汽油加熱劑的一個(gè)很好的選擇。但是從經(jīng)濟(jì)利益角度考慮卻不太合適，盡量考慮預(yù)熱利用。由于在穩(wěn)定精餾塔裝置中,塔底產(chǎn)品出塔溫度為150℃，工藝要求冷卻至120℃，這部分能量可以加以利用。

在本工業(yè)任務(wù)中，冷介質(zhì)為粗汽油，CPc=2.65 kJ/kg·℃，Wc=23000 kg/h，溫度從90℃加熱至110℃，根據(jù)熱量守恒，先計(jì)算所需吸收的熱量，再根據(jù)熱量守恒計(jì)算需要的加熱劑的流量。

1.2.3 換熱設(shè)備的類型、型號

要完成上述工業(yè)換熱的項(xiàng)目任務(wù)，選擇好了間壁式換熱方式，加熱介質(zhì)為穩(wěn)定塔塔底產(chǎn)品，流量根據(jù)熱量衡算可以計(jì)算出來。那下一步必須選擇一個(gè)合適的換熱設(shè)備，它必須能滿足工藝和操作上的要求，確保安全生產(chǎn)，并且能節(jié)省操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用。根據(jù)完成項(xiàng)目任務(wù)的進(jìn)度，在這里和學(xué)生一起學(xué)習(xí)換熱器的分類以及不同換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)。

確定了使用固定管板式換熱器后，下一步要確定管程流體和殼程流體。通過課上的引導(dǎo)分析，讓學(xué)生來自己分析并得出結(jié)論：冷流體原料粗汽油為管程流體，熱流體塔釜產(chǎn)品穩(wěn)定汽油為殼程流體。

1.2.4 管道保溫材料的選擇及保溫層厚度的確定

這這個(gè)任務(wù)中，我們主要解決保溫問題及保溫層厚度的確定。一般化工設(shè)備當(dāng)其壁溫超過50℃或低于零度就需要進(jìn)行保溫和保冷。石棉是化工設(shè)備中常用的保溫材料，各種石棉灰可用于填充式結(jié)構(gòu)的隔熱，石棉制品則常用于高溫設(shè)備及管道的隔熱。石棉材料的導(dǎo)熱系數(shù)小，孔隙率大，容重??；化學(xué)穩(wěn)定性較好，耐火、耐酸、耐堿，導(dǎo)熱系數(shù)小，原料比較豐富，容易加工成各種石棉制品。在本任務(wù)中，我們選取碳酸鎂石棉作為保溫材料。保溫層厚度的計(jì)算需要介紹傅里葉定律和平壁熱傳導(dǎo)、平壁多層熱傳導(dǎo)、圓筒壁熱傳導(dǎo)等相關(guān)知識點(diǎn)。

1.2.5 技能的訓(xùn)練

完成換熱項(xiàng)目的理論分析之后，接下來學(xué)生要完成換熱過程的技能訓(xùn)練?；ぴ碚n程是理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，通過學(xué)生的親自動(dòng)手訓(xùn)練使學(xué)生加深理解和鞏固化工原理課程中的理論知識,培養(yǎng)解決工程問題的能力，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析、實(shí)驗(yàn)操作以及數(shù)據(jù)處理等過程培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力[8]。在化工實(shí)驗(yàn)中引入模擬和仿真輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生先進(jìn)行仿真實(shí)訓(xùn)，這樣可以更容易熟悉流程，更加容易操作，消除緊張感，可以反復(fù)練習(xí)直至達(dá)到要求再進(jìn)行傳熱單元現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)。通過仿真訓(xùn)練強(qiáng)化了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，大大地降低了現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)過程的錯(cuò)誤率,提高了實(shí)訓(xùn)的教學(xué)效率,減少了實(shí)驗(yàn)室的耗材消耗，使學(xué)生的實(shí)踐能力顯著增強(qiáng)[9]。

2 考核評價(jià)

最后要對學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程以及結(jié)果進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)采用多元的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評價(jià)強(qiáng)調(diào)達(dá)成學(xué)習(xí)的內(nèi)涵和個(gè)人的進(jìn)步，進(jìn)行針對性的評價(jià)，通過對知識點(diǎn)的掌握程度，為教學(xué)方式方法的持續(xù)改進(jìn)提供參考。同時(shí)在評價(jià)體系中引入了學(xué)生的互評機(jī)制，這樣不僅加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作，又促進(jìn)了團(tuán)隊(duì)成員之間的相互監(jiān)督，提高了團(tuán)隊(duì)成員解決項(xiàng)目任務(wù)時(shí)的參與

性[10]。同時(shí)，根據(jù)各個(gè)環(huán)節(jié)項(xiàng)目完成的情況，教師進(jìn)行總結(jié)評述?？偨Y(jié)評述是項(xiàng)目教學(xué)法的重要環(huán)節(jié),它是對項(xiàng)目教學(xué)過程的概括和總結(jié),主要目的是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)歸納，使學(xué)生開闊視野，更深刻的理解知識，更深入地思考過程的得與失,從而增強(qiáng)工程觀念,提高解決化工問題的能力[11]。

3 結(jié)語

基于OBE模式進(jìn)行化工教學(xué)改革，通過以問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向、以教學(xué)效果為導(dǎo)向，對化工教學(xué)進(jìn)行深入思考、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和綜合改革。革新教學(xué)方式，以學(xué)生為中心，基于學(xué)生自主學(xué)習(xí)理念進(jìn)行教學(xué)過程設(shè)計(jì)，從“手把手”到教師指導(dǎo)下的自主學(xué)習(xí)，變教師講授為學(xué)生的主動(dòng)探究。學(xué)生能夠在完成任務(wù)的過程中主動(dòng)獲得相關(guān)知識與技能。要引導(dǎo)學(xué)生對給予的任務(wù)項(xiàng)目進(jìn)行分析和整理，將項(xiàng)目分解成若干個(gè)小任務(wù)，知識技能的學(xué)習(xí)就在解決任務(wù)的過程中完成，有效地激發(fā)了學(xué)生的積極性，使學(xué)生在實(shí)踐、思考和反思中掌握了扎實(shí)的知識技能，提高解決化工工程問題的能力。