CDIO工程教育模式指導下的化學實驗教學方法改革

吳寶華，張艷，李曉霞

摘 ? ?要：文章從CDIO工程教育的內涵出發，提出了基于CDIO工程教學理念的化學實驗教學改革路徑，并構建了基于CDIO工程教育的學生成績評價體系。

關鍵詞：CDIO工程教育;實驗教學;化學

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2015）03-0019-02

CDIO工程教育模式是工程教育國際化改革取得的最新成果，目前，社會對人才培養特別是創新精神和實踐能力的培養提出了更高的要求，我國已經有很多的高校參與到CDIO 工程教育改革之中。

一、CDIO工程教育的內涵

目前，許多高校的實驗課都存在著許多問題[1]，例如（1）“重理論、輕實踐”現象：實驗課程受不到重視，而且往往實驗經費不足，這是阻礙實驗教學發展的主要因素;（2）“按方抓藥”現象：實驗教學手段單一，這種填鴨式的教學方法，嚴重限制了學生創新性思維的發展;（3）“一錘定音”現象：考核方式不合理，考試內容有限，即使發現了學生在基本操作上存在問題，也難以及時糾正，考試成績無法全面反映學生的學習情況。

那么，目前怎樣才能培養出具有一定知識、能力和素質協調發展的創新型工程技術人才，使他們具備團隊協作精神、交流溝通能力和對大系統的掌控能力？圍繞這一問題，由美國麻省理工學院等4所工程大學發起，經過四年的探索研究，建立了被稱為CDIO的新的工程教育模式，其中C代表構思（Conceive）、D代表設計（Design）、I代表實現（Implement）、E代表運作（Operate），它以產品研發運行為載體，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程，通過綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。幾年來，各試點高校積極探索國際先進的CDIO工程教育模式在中國高校的實施方法與發展思路，取得了一定的成果[2]。

CDIO 工程教育是以把知識轉化成能力為目標，通過仿真教學，培養學生的思維能力、推理能力、解決問題的能力和團隊工作與交流能力[3]，并通過一定的教學手段，將工程教育理念潛移默化地植入實驗教學、企業實習和科技創新活動中，使得學生在獲得知識的同時，其工程教育理念、工程素質和工程實踐能力都得到不同程度的鍛煉和提高。因此，在化學實踐教學體系中引入CDIO工程教育模式具有重要的意義。

二、基于CDIO工程教育的化學實驗教學改革路徑

（一）CDIO模式指導下化學實驗教學環節的改革

按照CDIO工程教育模式要求，更新教育觀念，實驗教學要體現以人為本、以學生為中心的思想，使知識傳授、能力培養、素質教育齊頭并進，協調發展。以學生為中心就是要在實驗教學中要以學生為主體，教師則處于主導地位，引導學生思考，運用所學知識進行探索和創新[4]。因此，在實驗教學過程中，我們通過“查、習、審、訓、結”五個步驟的訓練加深學生對CDIO工程理念的理解，從而提高學生工程實踐能力。

“查”。查的目的是為了激發學生學習的熱情，提高學生發現問題的能力，調動學生解決問題的欲望，我們要求學生根據實驗題目查找一篇相關文獻，包括實驗方法是如何提出的、遇到的困難是如何解決的以及該實驗方法延伸的當前國內外待解決的科研前沿問題，這樣既可以加強學生對該實驗原理及方法的理解，啟迪學生的好奇心，同時更注重了學生工程理念的形成。

“習”。實驗前的預習對于實驗的成功至關重要。要求學生根據所查文獻，弄清楚實驗的目的、原理、化學反應、實驗現象、儀器的使用原理及方法，為動手操作做好理論上的準備。在心理學上“預習”這個過程屬于可以通過強化來控制的操作行為過程，要保持行為的強度，就必須強化，強化的結果是能驅使學生產生出內在的自發性的心理動力，從而自動、自覺、自發地做好本項工作。

“審”，學生動手實驗操作開始前，教師必須要先審查學生的預習報告，檢查學生相關文獻查找情況，如檢查學生對實驗目的、實驗原理理解的程度，對化學反應和出現的實驗現象了解的清晰程度，對實驗過程中可能出現的問題是否有解決的預案等問題進行嚴格把關，對于預習不理想不合格的學生堅決拒之門外，待合格后方可進入實驗室，以此培養學生嚴謹的科學態度和遇到問題從容解決的工程素質。

“訓”。這一步驟是學生動手操作的開始，也是實驗教學的重點，基本操作、基本技能是提高和培養學生動手能力及工程實踐能力的基礎和保障，為此在該步驟中我們實施了“三強化”訓練。一是“強化基本操作技能訓練”，學生必須先了解實驗操作視頻，熟練模擬規范化操作技能，然后才能被允許進入實驗課堂。二是“強化實驗記錄訓練”，學生對觀察到的實驗現象和實驗得到的原始數據必須及時填寫，如實記錄，實驗進行過程中由教師簽字，避免涂改實驗數據。三是“強化實驗報告的撰寫訓練”，學生必須當堂處理實驗數據和對實驗結果進行分析并提交實驗報告。在實驗教學環節按照先基本、后綜合、再設計的原則逐步培養學生的動手能力、設計能力和創新能力。

“結”。要求學生通過實驗操作完成實驗后，要進行創新性小結，提出一條較為合理的實驗方法和實驗步驟改進的建議，以及如何讓學生最大限度發揮創新能力的教學方法方面改進的建議，做到推陳出新，進一步加深學生對實驗方法步驟和文獻的理解，工程理念和創新能力得到反復強化。

（二）企業實踐環節的改革

企業培養是CDIO工程教育模式培養過程中較為重要的實踐環節，它的培養目標就是以提高工程實踐能力、創新意識和創新精神為宗旨，以企業真實工程環境為平臺，以解決工程實際問題為中心，借助企業的技術培訓和非技術性訓練，通過參與企業的實際生產運作、工程項目以及產品的研發過程，使學生系統掌握工程領域扎實的專業知識和專業技能，了解和掌握生產與運作系統的工藝流程、運行過程和維護等知識，了解企業文化，培養學生交流溝通能力、團隊合作精神、職業道德、職業素質及社會責任感，將學生培養成為知識、能力、人格協調統一，滿足行業企業要求的高級工程技術開發應用型人才。

為此，化工學院與山東京博控股股份有限公司建立了校企合作關系。山東京博是一家歷史悠久和生產能力較強的廠家，我們將在校的大三學生送往該企業進行實地訓練，在企業學生不但親眼觀看，親耳傾聽，而且還親自參與到生產實際當中，在工人師傅的帶領下實行三班倒，每個人負責不同的工段。經過生產實習，學生都基本熟悉了工藝流程。對于每一個儲罐、閥門、管路以及各種塔還有泵，都能清楚地知道是干什么的，有什么作用。做到了將理論知識與工程實際的有機結合，實現理論知識和工程實踐的融合，實現教師與學生工程創新能力的同步提高，實現良好工程職業道德習慣的養成。

另外，京博的企業文化也深深地影響著學生，在京博，學生得到了忠孝仁愛儒家文化的現實熏陶，比在課堂學習德育課的效果要強百倍。在京博實習，深感到企業為學生們付出了很多，充分體現了企業的社會責任感，另一方面師傅們敬業愛崗和吃苦耐勞的精神也深深地感染了學生，使學生養成良好工程職業道德習慣，形成了良好的品德，提高了克服困難應對挑戰的能力，為使學生成為對社會有用的人才打下基礎。

（三）科技創新活動的改革

大學生科技創新活動，是指課堂教學以外的一切科技活動。這種科技活動，其實就是一種創新的實踐活動，它有利于大學生創新意識的開啟，有利于大學生創造能力的培養，這對高校實踐教學改革的進一步推進具有十分重要的意義。

為了提高學生的實踐能力和創新精神，培養學生的團隊合作能力，我們鼓勵學生踴躍參加校級開放實驗或校級創新實驗以及化工設計大賽等等大學生課外科研訓練活動。我們根據學生報名時的準備情況進行擇優選擇。例如，在創新性實驗《原子吸收光譜法測定香煙中Cr、Cd含量的研究》中，從實驗材料的整理、申報，整個實驗操作、中期檢查再到結題答辯都是以學生為主體完成的。化工學院由五名學生組成的“夢舞冰城”代表隊在2013年“中國石化—三井化學”第七屆全國大學生化工大賽中榮獲了一等獎的好成績;在2013年東北地區舉辦的“天順杯”大學化工設計大賽中學院有一名學生獲得一等獎，兩名學生獲得二等獎。

三、構建基于CDIO工程教育的學生成績評價

體系

學生實驗成績的評定要能全面、真實、公平反映學生的知識、能力和素質，因此，成績的評定要面向實驗教學的全過程，這樣才能使成績的評定更加合理。

在教學過程中，針對“查、習、審、訓、結”五個步驟建立了多層次、多方面考核的新方法，形成了實驗成績評價的新體系，即針對不同的學生采取不同的評價考核方法。按照優秀、良好、中等、及格和不及格給出學生的平時成績（該成績占期末總成績的50%）;另外，筆試成績占期末總成績的50%。

在企業實踐教學環節和科技創新活動中，按照學生創新能力，采取加分激勵的方法進行成績考核。例如：對于企業實踐教學環節按加40分計算：對于在企業的生產實踐過程中能夠發現問題、提出問題和解決問題的學生，給予20分加分，針對實習總結報告具有一定創新性的學生，給予20分加分;對于科技創新活動按加40分計算：積極參加校級創新實驗，并在解題時取得優異成績的給予15分加分，積極參加競賽活動并取得名次的學生給予25分加分。

總之，化學是一門實踐性較強的科學，實踐教學在化學教學的全過程中占有特殊重要的地位。用CDIO工程教育理念指導化學實踐教學，對于樹立學生的創新意識、培養工程教育理念、提高工程實踐能力，具有十分深遠的意義。

參考文獻：

[1]許晶.分析化學實驗教學的改革與實踐[J].實驗室科學，2010，（1）.

[2]王銀華.CDIO工程教育理念下教學模式改革的研究[J].教學研究，2012，（2）.

[3]趙樹恩，李玉玲.基于CDIO教育理念的工程實踐教學模式研究與探索[J].重慶交通大學學報，2012，（5）.

[4]謝鵬.分析化學開放性實驗的探索與實踐[J].科技信息，2012，（4）.