基于CDIO工程教育模式的無機化學及實驗教學改革探索

程利平 肖秀珍

[摘 要]CDIO工程教育是西方發(fā)達國家一直推崇的培養(yǎng)模式之一。根據應用型本科無機化學及實驗課程的特點和教學要求，基于CDIO工程教育的理念，對該課程的教學內容、教學方法、“雙師型”師資隊伍的建設、合理有效的成績評價體系的建立等方面進行了改革與探索，取得了較好的教學效果。

[關鍵詞]工程教育 無機化學 教學改革

[中圖分類號] TB1-4;G642.0[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）12-0116-02

CDIO工程教育是西方發(fā)達國家一直推崇的培養(yǎng)模式之一。C代表構思（Conceive），D代表設計（Design），I代表實施（Implement），O代表操作（Operate）。其把從產品研發(fā)到產品運行的一個生命周期作為載體，鼓勵學生以實踐的、主動的、課程之間有機結合的方式學習工程。[1] [2]而目前我國的教育模式培養(yǎng)出的人才存在許多不足，如重視理論而忽視實踐、重視基礎知識的學習而輕視開拓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、重個人學術能力而忽視團隊協作精神等，從而導致培養(yǎng)出的人才與社會需求明顯脫節(jié)，大量畢業(yè)生畢業(yè)后很難找到適合自己的工作。目前大部分高校已清楚地認識到實踐教學的重要性，并逐漸把發(fā)展實踐教學列為提高學生社會職業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競爭力的重要途徑。

應用型本科院校一貫堅持“崇尚實踐、回歸工程教育、成人成材”的教育理念，努力培養(yǎng)出有實踐能力和創(chuàng)新精神、具有國際視野的卓越一線工程師。以往的無機化學課程體系主要針對培養(yǎng)研究型人才所設，對于工程技術型人才的培養(yǎng)如何做到因材施教、因時制宜，以適應社會的需求變化，這給目前的無機化學課程體系帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。一方面，目前無機化學所選用的教材大都是理論性較強的教材，教材的編寫者大多缺少工程實踐的專業(yè)知識，這就不可避免地使理論與實踐脫節(jié)，課程內容缺乏與實際工程應用有關的案例及知識。另一方面，工程教育的實施，良好的師資隊伍是保障。然而，目前各高校無機化學課程教學的任課教師雖然具有豐富的專業(yè)知識，但大都缺乏工程實踐經驗。因此，更新教育理念，開展基于CDIO工程教育理念的無機化學及實驗課程綜合改革具有重要的現實意義。

一、基于工程教育理念的課程改革

基于CDIO工程教育理念的教學，注重的是培養(yǎng)學生良好的工程素養(yǎng)，以及工程實踐能力和創(chuàng)新能力。因此我們需要轉變教育思想，樹立以人為本的先進教育觀念，將教學改革的重點放在培養(yǎng)和提高學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力上。在教學大綱的改革過程中，我們對無機化學課程體系做了調整，并以2014級化學工程與工藝專業(yè)卓越班新生作為實驗班，全面實施無機化學的教學改革?；诠こ探逃砟?，根據無機化學課程的特點，把無機化學劃分為熱化學及化學反應動力學、溶液中的化學、電化學基礎、物質結構、配位化學、元素化學等六大知識模塊。[1]對每一個知識模塊的教學，按照構思—設計—實施—操作的CDIO工程教育模式來實施。

（1）構思階段。這一階段主要以課堂教學為主，注重專業(yè)基礎知識和基本技能的講授，適當淡化和刪減理論性偏深或實用性不強的內容。以實際的工程任務為驅動，從實用性的角度出發(fā)，逐步由易到難、深入淺出地安排課程內容。通過實施“工程對象教學”、“實驗驅動教學”等教學模式，通過基于問題的學習、基于項目的學習、基于案例的學習等學習方式，大大激發(fā)學生對課程知識的興趣，提高學生的學習主動性。

（2）設計階段。該部分的教學目的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力。根據每一知識模塊的知識要點，在教師的指導下設計出相應的實驗項目（每個模塊根據內容可設計1-3個實驗項目）。設計實驗項目時既要考慮理論知識的鞏固和應用，又要考慮項目要依托行業(yè)、服務企業(yè)。通過正確實施實驗設計的“兩環(huán)節(jié)”，即“預習、創(chuàng)新”，轉被動性學習為主動性學習?！邦A習”就是要求學生根據實驗項目內容查找相關文獻，理解實驗原理、明確實驗目的、制訂合理的實驗方案;對用到的實驗儀器設備，要查出其具體使用方法、工作原理和注意事項，對實驗中用到的各種化學試劑要查出其性質、用途和使用注意事項[3];認真思考與本實驗相關的科學問題，并撰寫預習報告。通過此環(huán)節(jié)可以調動學生的學習積極性和主動性，激發(fā)學生的好奇心，鍛煉和培養(yǎng)學生獨立思考的能力?！皠?chuàng)新”就是要求學生在查找文獻資料的基礎上，構思出自己在實驗原理和實驗方法方面的不同見解及創(chuàng)新思路。如對于綜合設計性實驗“從印刷電路爛板液中回收銅”，引導學生獨立設計出與教材不同的實驗方案。根據實驗室提供的試劑：H2SO4（濃）、HCl（濃）H2O2（30%）、還原鐵粉、Na2CO3（固體）、NaOH（3mol / L）、NaCl（固體）、Na2SO3（固體）、無水乙醇等，設計出一種爛版液中回收銅、兩種用銅來合成CuSO4和一種由銅來合成CuCl的實驗途徑。設計過程中要切實做到推陳出新，進一步加深學生對實驗原理和方法、步驟的理解，使其工程實踐和創(chuàng)新能力進一步得到升華。

（3）實施階段。學生進入實驗室，任課教師需要檢查實驗方案的合理性、創(chuàng)新性及預習報告的書寫情況，提出修改建議，并在評定成績時根據學生實驗方案提出問題的合理度和創(chuàng)新程度給出激勵評價，從而培養(yǎng)學生獨立思考問題的能力和創(chuàng)新能力。要求學生嚴格按照自行設計的實驗方案進行實驗，以驗證實驗方案的合理性和可行性。此階段是培養(yǎng)學生實踐能力的關鍵階段，如果實驗失敗，也要求學生尊重實驗事實，如實記錄實驗數據，然后分析原因，并認真做好相關實驗記錄，適當給出激勵評價。

（4）操作階段。重視嚴謹規(guī)范的實驗基本操作技能的培養(yǎng)。基礎化學制備實驗所涉及的各項基本操作，如加熱、溶解、稱量、過濾、蒸發(fā)和結晶等，每一步操作都給予一定的評價成績并告知學生。這樣一方面使學生知道了操作的關鍵步驟并規(guī)范操作，另一方面也合理分配了各步實驗成績，避免使學生因某一步操作失誤而影響總體成績。[3]操作階段以培養(yǎng)工程素質為基礎，以突出能力為目標，以學生為主體，以實訓為手段，把學生置于“創(chuàng)造”的氣氛之中，讓學生體會創(chuàng)新的樂趣。

二、“雙師型”師資隊伍的建設

在實施基于工程教育理念的教學過程中，最根本、最關鍵的要素是師資隊伍。目前，高等教育與生產實踐嚴重脫節(jié)，一個最根本的原因就是教師本身缺少對生產和實踐的深入了解。在政策引導方面，要求教師想企業(yè)所需，為企業(yè)分憂解難，通過協助企業(yè)來培養(yǎng)學生，通過培養(yǎng)學生來協助企業(yè)。學校采取請進來、走出去的辦法，實施了教師產學研計劃、企業(yè)專家進課堂計劃和“雙師型”教師隊伍建設計劃，讓教師真正了解工程知識，在課堂上傳授真正有用的知識。將相關行業(yè)和企業(yè)的新理念、新知識和新技術及時融入課堂，推動課程改革，確保學生在校所學知識與企業(yè)實際生產需求無縫銜接。堅持企業(yè)專家參與人才培養(yǎng)方案制訂、參與課堂教學、參與畢業(yè)設計和論文指導的導向，將工程實踐教學貫穿于人才培養(yǎng)全過程。

三、合理有效的成績評價體系的建立

工程教育理念下的高等教育，可以說是以能力為本位的培養(yǎng)模式。本課程在教學改革的過程中，初步建立了科學合理的成績評價體系。在理論和實踐教學環(huán)節(jié)，按照學生的工程實踐和創(chuàng)新能力，采取激勵的方法進行成績評價。[4]如在實踐教學環(huán)節(jié)，除了結合理論測試（30%）、基本操作（30%）、實驗報告（10%）以外，增加創(chuàng)新能力激勵項目（30%）。對于設計階段提出的“兩環(huán)節(jié)”，在“預習”環(huán)節(jié)，根據學生查閱文獻的創(chuàng)新性與前沿性，給予相應的激勵分值（但不能超出10%）;在“創(chuàng)新”環(huán)節(jié)，對于勤于思考、研究思路新穎、創(chuàng)新能力強的學生，根據完成情況給予激勵評價（但不能超出20%的激勵分值）。

總之，經過兩年多的基于CDIO工程教育模式的改革與探索，我們在無機化學理論及實驗教學中已取得比較顯著的教學效果。將工程教育理念貫穿于理論及實驗教學的全過程，提高了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，同時培養(yǎng)了學生良好的工程素養(yǎng)。

[ 注 釋 ]

[1] 秦梅.工程教育理念在無機化學課程體系改革中的應用[J].華章，2012（24）：138，149.

[2] 王剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考[J].中國高教研究，2009（5）：86-87.

[3] 周祖新，王愛民，程利平，郭曉明.基礎化學實驗考核的探索[J].化學教育，2014（4）：31-33.

[4] 吳寶華，張輝.工程教育理念在實踐教學中的應用[J].科技與管理，2014（5）：116-120.

[責任編輯：覃侶冰]