基于CDIO 模式的有機化學實驗教學改革探索

□田 林 李 昭 岳 瑋

CDIO 是Concieve(構思)、Design(設計)、Implement(實施)、Operate(運行)的縮寫。它由麻省理工學院與其他幾所高等院校聯合研究探索的一種新型的工程教育模式，不僅關注學生的知識積累，更重視培養學生的實踐能力、團隊合作意識以及創新能力。有機化學實驗是以實驗為基礎的自然科學，是一門理論與實踐相結合的課程，所以CDIO 的理念非常適合應用到有機化學實驗教學過程中。傳統的有機化學實驗教學以驗證性教學為主，教師采用灌輸式教學，而學生處于被動學習的狀態，只是按照老師的思維單純驗證所學的知識，缺乏獨立思考和自主創新的意識，這種教學模式下學生的積極性和主動性得不到發揮。要想培養出具有創新能力的人才必須改革傳統的教學內容體系，改變實驗課的作用只是理論教學的輔助及驗證手段的錯誤偏見。因此，將CDIO 工程教育模式引入到有機化學實驗教學過程中，以綜合設計性實驗為主要實驗內容，將基本實驗操作融匯在綜合設計實驗中，通過教學內容、教學方法和考核方式的改革，達成理論、實踐和創新合為一體，知識、能力和素質緊密結合，實現理論、實踐和團隊合作等綜合能力全面培養的目的。

一、有機化學試驗教學內容的改革

一是整合基本操作。把有對照性的基本操作綜合在一起，再將基本操作訓練與一些合成實驗結合起來，對一些重點難點的基本操作反復訓練，對一些較易掌握的基本操作與較難的實驗結合起來，如水蒸汽蒸餾實驗采用橘子皮蒸餾出檸檬烯，檸檬烯具有光學活性，這樣可以將水蒸氣蒸餾和旋光度測定實驗結合到一起進行。二是將整學期的實驗內容串聯起來形成系列實驗，即前面實驗的產品是后續實驗的原料，這樣不僅加深了學生知識的系統化，并且促使學生認真對待每個實驗，在一定程度上不僅節約了藥品還實現了有機實驗的綠色化。三是安排綜合性實驗。教師給定實驗項目，讓學生通過查閱文獻資料，自行設計實驗方案、準備實驗儀器和藥品、實施實驗和評估結果。在整個實施過程中，教師主要負責監督和指導，比如選擇一種天然藥物，設計提取制備天然藥物中有效成分的工藝路線和檢測方法。這種實驗有利于學生思維能力、創造能力和初步科研能力的培養，同時還可以提高學生的人際交往能力，培養相互合作研討問題的群體意識。

二、有機化學試驗教學方法的改革

傳統的有機化學實驗教學方法以教師準備好實驗用品，學生按照教師要求或者按照課本上的實驗步驟進行單純的驗證實驗。這種教學方法不利于培養學生的自主學習能力，CDIO 的教育模式要求以學生為中心，以知識的學以致用為目的，基于此，將有機化學實驗的教學方法進行改革。一是利用多媒體輔助有機實驗教學。利用多媒體技術對有機化學實驗基本操作如回流、蒸餾等進行模擬組裝，對一些易制毒、具有危險性的實驗采用虛擬仿真教學，一方面可以提高學生的學習積極性，另一方面還可以無化學品的消耗、減少環境的污染。二是改革實驗預習。原先的預習學生只是簡單地抄寫實驗課本，教師的檢查也流于形式，這種方式對學生知識的掌握沒有絲毫的幫助。CDIO 教學模式下，預習檢查改為學生自主準備實驗所需藥品及儀器，這在實驗前一天進行，教師通過檢查學生實驗準備的情況可以很好地了解學生預習的效果，期間教師以提問的方式檢查學生對本次實驗中所需注意的問題、實驗原理、實驗操作的理解。

表1

三、有機化學實驗考核方法的改革

依據CDIO 的理念，考試應當注重學生能力的考核。一是每次的實驗課都是總成績的一部分，如每次的基本操作規范程度、實驗產品的合格率，實驗結果的分析與評價等都是考核評分的內容。二是增加綜合性實驗考核，這一項作為加分項，根據學生完成綜合性實驗的難易程度、完成的質量高低，進行加分獎勵。這樣不僅有利于學生自身能力的提高，還增加了他們的學習積極性。

四、有機化學實驗改革的效果

在CDIO 的理念下，對2013 級進行了有機化學實驗教學改革，針對一學期以來學生的學習情況，制定了問卷調查，對收回的100 份問卷統計結果見表1。

總之，以CDIO 教育理念的指導下實施的有機化學實驗的課程改革不僅調動了學生參與有機化學實驗的積極性，而且學生的綜合能力也得到了顯著的提高。這對于學生以后參加工作或者考取研究生都具有很大的幫助，CDIO 工程教育模式對有機化學實驗教學改革具有深遠的意義。

［1］顧佩華，包能勝，康全禮等.CDIO 在中國(上)［J］.高等教育研究，2012

［2］王碩旺，洪成文.CDIO:美國麻省理工學院工程教育的經典模式——基于對CDIO 課程大綱的解讀［J］.理工高教研究，2009

［3］郭珍，尹大學，劉西茜.有機化學實驗教學改革之CDIO 理念［J］.教育與教學研究，2013