基于OBE模式进行课程教学整体设计

张 伟 ,罗海南,刘 洋,马 娟,邹丽娟

(1.枣庄学院 化学化工与材料科学学院，山东 枣庄 277160；2.中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州 221116；3.枣庄学院 心理与教育科学学院，山东 枣庄 277160)

OBE是以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式。课程建设质量并不等同于人才培养质量，基于投入(Input-based education，IBE)的课程建设并不能保证基于产出(Output-based education，OBE)的人才培养[1]。我们的教学从“以教师为中心”、“以教为中心”转变为“以学生为中心”、“以学为中心”，将教学评价从IBE 转变为OBE[2]。化工原理是化工类专业的最重要的专业课程之一，教学内容包括化工原理理论教学、化工原理实验及化工原理课程设计。化工传热是其中一个重要组成部分，传热单元过程在化工领域都有着广泛的应用：原料的加热、冷却或者冷凝、蒸发过程；化工设备和管道的保温，以减少热损失；生产中热能的合理使用，余热利用等。而在传统的教学过程中都是以教师为授课主体，学生则是被动地学习，教师叫多少，学生学多少，学生缺乏主动学习的精神。这种填鸭式的教学不利于创新精神的培养，导致课堂上教师讲的很辛苦、学生学的很累，最后课堂效率却不尽理想，这种教学方式最终的结果是影响了我国高校应用型专业人才的培养，导致人才培养质量下降。我们基于OBE模式进行化工教学整体设计，以问题为导向，以培养目标为导向、以教学效果为导向，对化工原理教学进行深入思考、系统设计和综合改革[3]。所以化工原理教学课程体系、教学内容和教学模式设置必须以满足上述基本要求作为落脚点和出发点，利用矩阵设计理念，将知识、能力和素质培养要求落实到教学过程中。

“项目教学法”的特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，项目教学法是师生共同完成项目、共同取得进步的教学方法。主要是通过与教学内容密切相关的任务为载体，学习者在完成项目的过程中充分得到锻炼并获得知识与技能的教学方法[4]。训练的重点是学生通过在完成项目任务的过程中所获取知识的能力，这种教学方法能培养学生的团队协作能力和自主学习能力，体现了以教师为主导、以学生为主体的教学思想，教学效果事半而功倍[5]。

项目教学法就是为完成某一具体的项目而展开的模块化的教学行动。在内容的安排上，改变过去传统的以知识点为主线的方式，改用项目为主线，将项目拆分为若干个具体的任务，以完成任务所需的知识点为线索，最终师生共同完成项目。目前来讲，化工原理课程体系一般由三部分组成，即理论教学、实验教学和化工原理课程设计。化工原理实验和化工原理课程设计是学习、掌握和运用化工原理理论知识必不可少的重要环节，是化工原理理论课的辅助和提升[6-7]。

图1 项目教学法组织框架

通过任务驱动的项目教学法的科学组织和实施，构建由简单单元操作到复杂化工厂生产过程的“多维立体”的化工原理教学体系。项目实施过程中贯穿着化工原理理论、化工原理实验、化工原理课程设计的知识，使学生在分析、反思中掌握扎实的理论基础，提高解决工程问题的能力。接下来我们以传热单元过程为例，分析其教学过程。

1 项目布置及实施

1.1 项目分析

比如在学习传热单元时给学生下达这样一个项目：某石油化工厂将催化裂化得到的粗汽油进行进一步的分馏，现在有一套稳定的精馏塔装置，进精馏塔原料为粗汽油，流量为23000 kg/h；塔底产品为稳定汽油，流量为19000 kg/h，出塔温度为150℃；塔顶产品为液化气和干气等。进塔原料工艺要求是110℃，而粗汽油初温只有90℃，现在要设计一个原料预热的方案，将原料加热至入塔要求的温度。请拟定一个合适的方案，完成此任务，并选择合适的换热设备及其相应的型号规格。

项目下达以后，引导学生将这个项目进行具体的分析：要使90℃的粗汽油升温到110℃，必须有提供热量的热源，那么热源选什么呢？怎样把热源的热量转移给粗汽油？热源的流量是多少?选择什么类型的换热设备以及设备的型号、规格？选择好了换热设备，然后如何正确的操作？传热过程中会有热量损失，那么采用何种办法能减少热量损失？

通过项目的分析，明确了完成项目的目标，将项目拆分为若干个小的项目：(1)预热方案的选择；(2)传热参数确定；(3)预热设备类型与型号；(4)管道保温材料的选择及保温层厚度的确定；(5)技能的训练。下面我们逐个任务进行分析解决，学生在这样的任务驱动下，不断地主动寻找完成任务的方法途径，在完成传热项目的过程中，学生获得相关的知识和技能。

1.2 项目实施

1.2.1 预热方案的选择

化学工业中常用的换热方法有：混合式、蓄热式、间壁式三种。通过对任务分析可知，原油预热任务中，需要预热的粗汽油是不允许与别的加热介质混合的，否则会影响原料的纯度，以致影响精馏操作和产品质量。另外粗汽油本身易挥发、易燃易爆，蓄热式可能导致泄漏造成的爆炸事故，所以我们选择间壁式换热的原油预热方法。

1.2.2 传热参数确定

下面要解决的问题是用什么样的热流体作为加热介质？热流体的流量是多少才能完成上述的工业传热任务?

工业上常用的加热剂有：饱和水蒸汽、热水、熔盐及烟道气、矿物油、联苯混合物等,工业上常用的冷却剂有水、空气和各种冷冻剂。上述工业换热任务是加热粗汽油到110℃，饱和水蒸气、联苯混合物、四氯联苯都可以加热粗汽油到110℃，而联苯混合物价值昂贵，易渗透软性石棉填料，蒸汽易燃烧，会刺激人的鼻粘膜；四氯联苯蒸汽可以使人肝脏发生疾病，联苯混合物一般用于100～300℃范围内的加热，此处如果用联苯成本太高；饱和水蒸气温度范围接近，易于调节，冷凝潜热大，热利用率高，无毒、价廉，所以饱和水蒸气是粗汽油加热剂的一个很好的选择。但是从经济利益角度考虑却不太合适，尽量考虑预热利用。由于在稳定精馏塔装置中,塔底产品出塔温度为150℃，工艺要求冷却至120℃，这部分能量可以加以利用。

在本工业任务中，冷介质为粗汽油，CPc=2.65 kJ/kg·℃，Wc=23000 kg/h，温度从90℃加热至110℃，根据热量守恒，先计算所需吸收的热量，再根据热量守恒计算需要的加热剂的流量。

1.2.3 换热设备的类型、型号

要完成上述工业换热的项目任务，选择好了间壁式换热方式，加热介质为稳定塔塔底产品，流量根据热量衡算可以计算出来。那下一步必须选择一个合适的换热设备，它必须能满足工艺和操作上的要求，确保安全生产，并且能节省操作费用和设备费用。根据完成项目任务的进度，在这里和学生一起学习换热器的分类以及不同换热器的优缺点。

确定了使用固定管板式换热器后，下一步要确定管程流体和壳程流体。通过课上的引导分析，让学生来自己分析并得出结论：冷流体原料粗汽油为管程流体，热流体塔釜产品稳定汽油为壳程流体。

1.2.4 管道保温材料的选择及保温层厚度的确定

这这个任务中，我们主要解决保温问题及保温层厚度的确定。一般化工设备当其壁温超过50℃或低于零度就需要进行保温和保冷。石棉是化工设备中常用的保温材料，各种石棉灰可用于填充式结构的隔热，石棉制品则常用于高温设备及管道的隔热。石棉材料的导热系数小，孔隙率大，容重小；化学稳定性较好，耐火、耐酸、耐碱，导热系数小，原料比较丰富，容易加工成各种石棉制品。在本任务中，我们选取碳酸镁石棉作为保温材料。保温层厚度的计算需要介绍傅里叶定律和平壁热传导、平壁多层热传导、圆筒壁热传导等相关知识点。

1.2.5 技能的训练

完成换热项目的理论分析之后，接下来学生要完成换热过程的技能训练。化工原理课程是理论性和实践性都很强的课程，通过学生的亲自动手训练使学生加深理解和巩固化工原理课程中的理论知识,培养解决工程问题的能力，通过实验现象的分析、实验操作以及数据处理等过程培养学生解决问题的能力[8]。在化工实验中引入模拟和仿真辅助实验教学，学生先进行仿真实训，这样可以更容易熟悉流程，更加容易操作，消除紧张感，可以反复练习直至达到要求再进行传热单元现场实训。通过仿真训练强化了学生的实验技能，大大地降低了现场实训过程的错误率,提高了实训的教学效率,减少了实验室的耗材消耗，使学生的实践能力显著增强[9]。

2 考核评价

最后要对学生在完成项目的过程以及结果进行评价。评价采用多元的评价标准，评价强调达成学习的内涵和个人的进步，进行针对性的评价，通过对知识点的掌握程度，为教学方式方法的持续改进提供参考。同时在评价体系中引入了学生的互评机制，这样不仅加强了团队成员的协作，又促进了团队成员之间的相互监督，提高了团队成员解决项目任务时的参与

性[10]。同时，根据各个环节项目完成的情况，教师进行总结评述。总结评述是项目教学法的重要环节,它是对项目教学过程的概括和总结,主要目的是引导学生进行总结归纳，使学生开阔视野，更深刻的理解知识，更深入地思考过程的得与失,从而增强工程观念,提高解决化工问题的能力[11]。

3 结语

基于OBE模式进行化工教学改革，通过以问题为导向，以培养目标为导向、以教学效果为导向，对化工教学进行深入思考、系统设计和综合改革。革新教学方式，以学生为中心，基于学生自主学习理念进行教学过程设计，从“手把手”到教师指导下的自主学习，变教师讲授为学生的主动探究。学生能够在完成任务的过程中主动获得相关知识与技能。要引导学生对给予的任务项目进行分析和整理，将项目分解成若干个小任务，知识技能的学习就在解决任务的过程中完成，有效地激发了学生的积极性，使学生在实践、思考和反思中掌握了扎实的知识技能，提高解决化工工程问题的能力。