CDIO工程教育模式在遞進式物理化學實驗教學中的探索

摘要：物理化學實驗對培養工科學生的創新能力和實踐能力具有重要作用。本文以物理化學實驗現狀為出發點，探討了河北聯合大學在物理化學實驗所進行的教學改革。為增強學生的綜合能力以及工程實踐能力，提出了CDIO工程教育模式在遞進式物理化學實驗教學改革中的探索。

關鍵詞：CDIO 工程教育模式 物理化學實驗 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

物理化學實驗是一門理論性、實踐性和技術性很強的課程，其實驗技能在應用化學、化學工程、材料科學等諸多專業中具有廣泛應用，在相關專業實驗課程中占有重要地位。傳統的物理化學實驗課程教學內容較單一、實驗儀器不足、學時分配不平衡、數據處理手段落后等諸多問題，陳舊的教學模式影響了學生積極參與實驗的興趣，不利于培養學生的創新能力，與培養高素質工程人才理念存在很大的差距[1-2]。從2000年開始，麻省理工大學、瑞典皇家工學院、查爾摩斯工業大學和林雪平大學等四所大學，經四年的研究，共同創立CDIO現代工程教育理念。CDIO代表了產品研發運行過程中的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），這種培養方式強調了學生在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力的培養，是一種同時強調教和學和學中做的全新教學模式，具有很強的可操作性，為工程教學改革提供了模板。2005年，汕頭大學在5個本科專業開始實習CDIO工程教育模式，清華大學也在“數據結構”和“數據庫原理”兩門課程中采用CDIO教學方式，進行了卓有成效的實踐探索。除此之外，我國高校的教育工作者對CDIO工程教育理念在教學中的應用進行了卓有成效的探索[3-6]。

筆者在對遞進式物理化學實驗教學研究的基礎上，嘗試將CDIO教育理念引入到物理化學實驗教學課程的教學改革和實踐中，通過改進教學方法和手段，加強基本技能培養，改革可能評價方法，使之能更好地服務專業，適應社會要求，具有重要的理論和實踐意義。

1物理化學實驗課程現狀分析

目前我校物理化學實驗課程包括“碳酸鈣分解壓的測定”、“ 乙醇物性常數的測定”、“ 二元凝聚物系相圖”、“ 電動勢及電極電勢的測定”、“ 過氧化氫的催化分解”、“ 乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定”和“溶液表面吸附及表面張力的測定”，共七個實驗，主要以基礎驗證型實驗為主，主要側重于對教科書中的基本概念和基本理論的驗證，對于創新實驗以及涉及實際生產的內容較少。并且多年來大部分實驗內容固定，教學方法陳舊，影響了學生對理論內容的深入理解以及在實踐中的應用。

自2006年，在學校、學院和院基礎化學實驗中心支持下，物理化學實驗課程積極開展了教學改革，通過增開了一些綜合設計型實驗引入現代測試技術和方法，提高傳統實驗的精度和現代化水平，并采取多種形式提高實驗教學內容的綜合性，為該課程注入新鮮血液。在近幾年的實驗教學中，我們從教學模式、實驗選題、成績評定和資料整理等各方面進行教學實踐，已取得一些成果。但是隨著教學改革的深入和社會對人才需求及要求的變化，以及地方高校應用型人才的培養目標的調整，某些方面已不符合時代的發展和需求。為促進教學思想的更新，培養符合社會發展的優秀工科創新人才，對原有的物理化學實驗教學進行進一步改革已變得尤為迫切和重要。

2 CDIO理念在遞進式物理化學實驗教學中的探索

為了提高工科類學生的創新意識以及工程意識，我們對物理化學實驗內容和教學模式進行了積極的探索和實踐，在遞進式物理化學實驗改革與的基礎上，進一步將CDIO工程教育理念引入到物理化學實驗教學改革中。

（1）教育理念的轉變

在應試教育的大環境影響下，我國的教育仍是以課堂灌輸式教學方式為主，學生習慣于在教師的講授下被動的接受知識，對學習內容死記硬背，形成固定的思維模式，最終導致很多大學畢業生缺乏探索未知的創造性和主動性。因此轉變教育理念是進行物理化學實驗教學改革的根本。我們在傳授學生基本實驗技能的同時，引導學生有所創新，比如在實驗降解以及實驗進行過程中，適當介紹一些學科前言領域的知識，以及其在工程上的應用，做到基礎與應用的結合，這樣既可以提高學生興趣，還可以提高創新意識。

（2）教學內容的更新

在物理化學實驗中，有部分內容在之前的無機化學實驗等前導課程中已進行講授，重復性工作會造成學時的浪費，因此我們在保證授課質量的前提下對部分教學內容進行適當的壓縮。此外，為了滿足CDIO理念中“做中學”的要求，我們對物理化學實驗內容進行了更新，以遞進式教學的模式將實驗內容分為四個模塊，即基礎性模塊、綜合性模塊、創新性模塊和拓展性模塊，尤其在創新性和拓展性模塊中增加了與教師科研和與工程技術相關的內容，在三個模塊中落實培養具有創新能力和實踐能力的高素質工程技術人才的目標。

（3）具體方案的實施

與物理化學實驗關聯的理論內容應用范圍很廣，涉及到工程生產很多方面。因而在理論教學和實驗教學的基礎上，引導學生積極參與到教師的科研工作中，進一步培養他們的創新意識和工程理念，為以后的實際工作打下基礎。我們將學生實驗與教師科研結合起來，利用實驗室現有的裝置與教師科研設備搭建出具有科研功能和實踐功能的平臺。比如，筆者在進行充分調研的基礎上，以“二氧化鈦復合光催化劑的合成及光催化性能研究”與物理化學實驗中的動力學催化實驗內容貫穿起來，將理論課以及實驗課中學到的速率方程和反應機理理論應用到實際反應中。具體方案為：利用液相沉積法制備二氧化鈦復合光催化劑，通過改變催化劑投入量、光照強度、光照時間和有機污染物濃度及加入量，探討其與反應速率的關系；通過加入維生素C、碳酸氫鈉和異丙醇等淬滅劑除去反應中產生的不同活性組分，研究其對反應速率的影響，從而探討光催化降解過程中的反應機理。這個方案將物理化學實驗中的動力學部分與科學研究以及污水處理生產實踐貫穿起來，對傳統的實驗進行了有效的擴充，是基于項目的教育和學習，真正體現了CDIO工程教育理念中的“做中學”。

同時，我院與旭陽化工廠、宣鋼焦化廠、唐鋼焦化廠、開灤中潤煤化工、唐山佳華焦化廠等多家企業開展了廣泛合作，開展了新型銅材阻垢緩蝕劑、焦化廢水處理等多類橫向課題，并與旭陽化工廠建立了河北省煤化工工程技術研究中心，進行深度合作。我院已有大量教師和學生有組織的參與其中，在生產一線的鍛煉過程中，對行業新技術、新工業及時了解，提高教師自身的工程教育能力和學生的實踐能力。

3結語

在理工類物理化學實驗課程的教學改革中，我們將CDIO體系中先進的工程人才培養模式與實驗課程相結合，對傳統的教學方式進行改革和創新，不僅提高了課程的教學質量和效果，還能循序漸進地提高學生的綜合能力和工程實踐能力，為學生全面發展提供了良好的平臺。

參考文獻

[1] 鄧立志，侯安新，席美云. 關于物理化學實驗教學改革的幾點思考 [J]. 大學化學，2006， 21（4）：25-27.

[2] 王桂香，張西慧，韓恩山. 物理化學實驗的一些改進 [J]. 實驗室科學，2007， 3：70-72.

[3] 顧佩華， 包能勝， 康全禮， 等. CDIO 在中國 （上）[J]. 高等工程教育研究， 2012， 3： 24-40.

[4] 顧佩華， 包能勝， 康全禮， 等. CDIO 在中國 （下）[J]. 高等工程教育研究， 2012， 5： 34-45.

[5] 郝勇靜， 孟曉彩， 謝娟， 等. 基于 CDIO 教育理念的工科物理化學課程教學改革與實踐[J]. 邯鄲職業技術學院學報， 2013， 26（4）： 74-76.

[6] 潘華英， 黃曉英. 基于 CDIO 模式的分析化學課程改革[J]. 化學教育， 2014， 35（2）： 33-36.