CDIO工程教育模式指导下的化学实验教学方法改革

吴宝华，张艳，李晓霞

摘    要：文章从CDIO工程教育的内涵出发，提出了基于CDIO工程教学理念的化学实验教学改革路径，并构建了基于CDIO工程教育的学生成绩评价体系。

关键词：CDIO工程教育;实验教学;化学

中图分类号：G642.0          文献标识码：A          文章编号：1002-4107（2015）03-0019-02

CDIO工程教育模式是工程教育国际化改革取得的最新成果，目前，社会对人才培养特别是创新精神和实践能力的培养提出了更高的要求，我国已经有很多的高校参与到CDIO 工程教育改革之中。

一、CDIO工程教育的内涵

目前，许多高校的实验课都存在着许多问题[1]，例如（1）“重理论、轻实践”现象：实验课程受不到重视，而且往往实验经费不足，这是阻碍实验教学发展的主要因素;（2）“按方抓药”现象：实验教学手段单一，这种填鸭式的教学方法，严重限制了学生创新性思维的发展;（3）“一锤定音”现象：考核方式不合理，考试内容有限，即使发现了学生在基本操作上存在问题，也难以及时纠正，考试成绩无法全面反映学生的学习情况。

那么，目前怎样才能培养出具有一定知识、能力和素质协调发展的创新型工程技术人才，使他们具备团队协作精神、交流沟通能力和对大系统的掌控能力？围绕这一问题，由美国麻省理工学院等4所工程大学发起，经过四年的探索研究，建立了被称为CDIO的新的工程教育模式，其中C代表构思（Conceive）、D代表设计（Design）、I代表实现（Implement）、E代表运作（Operate），它以产品研发运行为载体，让学生以主动的、实践的方式学习工程，通过综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。几年来，各试点高校积极探索国际先进的CDIO工程教育模式在中国高校的实施方法与发展思路，取得了一定的成果[2]。

CDIO 工程教育是以把知识转化成能力为目标，通过仿真教学，培养学生的思维能力、推理能力、解决问题的能力和团队工作与交流能力[3]，并通过一定的教学手段，将工程教育理念潜移默化地植入实验教学、企业实习和科技创新活动中，使得学生在获得知识的同时，其工程教育理念、工程素质和工程实践能力都得到不同程度的锻炼和提高。因此，在化学实践教学体系中引入CDIO工程教育模式具有重要的意义。

二、基于CDIO工程教育的化学实验教学改革路径

（一）CDIO模式指导下化学实验教学环节的改革

按照CDIO工程教育模式要求，更新教育观念，实验教学要体现以人为本、以学生为中心的思想，使知识传授、能力培养、素质教育齐头并进，协调发展。以学生为中心就是要在实验教学中要以学生为主体，教师则处于主导地位，引导学生思考，运用所学知识进行探索和创新[4]。因此，在实验教学过程中，我们通过“查、习、审、训、结”五个步骤的训练加深学生对CDIO工程理念的理解，从而提高学生工程实践能力。

“查”。查的目的是为了激发学生学习的热情，提高学生发现问题的能力，调动学生解决问题的欲望，我们要求学生根据实验题目查找一篇相关文献，包括实验方法是如何提出的、遇到的困难是如何解决的以及该实验方法延伸的当前国内外待解决的科研前沿问题，这样既可以加强学生对该实验原理及方法的理解，启迪学生的好奇心，同时更注重了学生工程理念的形成。

“习”。实验前的预习对于实验的成功至关重要。要求学生根据所查文献，弄清楚实验的目的、原理、化学反应、实验现象、仪器的使用原理及方法，为动手操作做好理论上的准备。在心理学上“预习”这个过程属于可以通过强化来控制的操作行为过程，要保持行为的强度，就必须强化，强化的结果是能驱使学生产生出内在的自发性的心理动力，从而自动、自觉、自发地做好本项工作。

“审”，学生动手实验操作开始前，教师必须要先审查学生的预习报告，检查学生相关文献查找情况，如检查学生对实验目的、实验原理理解的程度，对化学反应和出现的实验现象了解的清晰程度，对实验过程中可能出现的问题是否有解决的预案等问题进行严格把关，对于预习不理想不合格的学生坚决拒之门外，待合格后方可进入实验室，以此培养学生严谨的科学态度和遇到问题从容解决的工程素质。

“训”。这一步骤是学生动手操作的开始，也是实验教学的重点，基本操作、基本技能是提高和培养学生动手能力及工程实践能力的基础和保障，为此在该步骤中我们实施了“三强化”训练。一是“强化基本操作技能训练”，学生必须先了解实验操作视频，熟练模拟规范化操作技能，然后才能被允许进入实验课堂。二是“强化实验记录训练”，学生对观察到的实验现象和实验得到的原始数据必须及时填写，如实记录，实验进行过程中由教师签字，避免涂改实验数据。三是“强化实验报告的撰写训练”，学生必须当堂处理实验数据和对实验结果进行分析并提交实验报告。在实验教学环节按照先基本、后综合、再设计的原则逐步培养学生的动手能力、设计能力和创新能力。

“结”。要求学生通过实验操作完成实验后，要进行创新性小结，提出一条较为合理的实验方法和实验步骤改进的建议，以及如何让学生最大限度发挥创新能力的教学方法方面改进的建议，做到推陈出新，进一步加深学生对实验方法步骤和文献的理解，工程理念和创新能力得到反复强化。

（二）企业实践环节的改革

企业培养是CDIO工程教育模式培养过程中较为重要的实践环节，它的培养目标就是以提高工程实践能力、创新意识和创新精神为宗旨，以企业真实工程环境为平台，以解决工程实际问题为中心，借助企业的技术培训和非技术性训练，通过参与企业的实际生产运作、工程项目以及产品的研发过程，使学生系统掌握工程领域扎实的专业知识和专业技能，了解和掌握生产与运作系统的工艺流程、运行过程和维护等知识，了解企业文化，培养学生交流沟通能力、团队合作精神、职业道德、职业素质及社会责任感，将学生培养成为知识、能力、人格协调统一，满足行业企业要求的高级工程技术开发应用型人才。

为此，化工学院与山东京博控股股份有限公司建立了校企合作关系。山东京博是一家历史悠久和生产能力较强的厂家，我们将在校的大三学生送往该企业进行实地训练，在企业学生不但亲眼观看，亲耳倾听，而且还亲自参与到生产实际当中，在工人师傅的带领下实行三班倒，每个人负责不同的工段。经过生产实习，学生都基本熟悉了工艺流程。对于每一个储罐、阀门、管路以及各种塔还有泵，都能清楚地知道是干什么的，有什么作用。做到了将理论知识与工程实际的有机结合，实现理论知识和工程实践的融合，实现教师与学生工程创新能力的同步提高，实现良好工程职业道德习惯的养成。

另外，京博的企业文化也深深地影响着学生，在京博，学生得到了忠孝仁爱儒家文化的现实熏陶，比在课堂学习德育课的效果要强百倍。在京博实习，深感到企业为学生们付出了很多，充分体现了企业的社会责任感，另一方面师傅们敬业爱岗和吃苦耐劳的精神也深深地感染了学生，使学生养成良好工程职业道德习惯，形成了良好的品德，提高了克服困难应对挑战的能力，为使学生成为对社会有用的人才打下基础。

（三）科技创新活动的改革

大学生科技创新活动，是指课堂教学以外的一切科技活动。这种科技活动，其实就是一种创新的实践活动，它有利于大学生创新意识的开启，有利于大学生创造能力的培养，这对高校实践教学改革的进一步推进具有十分重要的意义。

为了提高学生的实践能力和创新精神，培养学生的团队合作能力，我们鼓励学生踊跃参加校级开放实验或校级创新实验以及化工设计大赛等等大学生课外科研训练活动。我们根据学生报名时的准备情况进行择优选择。例如，在创新性实验《原子吸收光谱法测定香烟中Cr、Cd含量的研究》中，从实验材料的整理、申报，整个实验操作、中期检查再到结题答辩都是以学生为主体完成的。化工学院由五名学生组成的“梦舞冰城”代表队在2013年“中国石化—三井化学”第七届全国大学生化工大赛中荣获了一等奖的好成绩;在2013年东北地区举办的“天顺杯”大学化工设计大赛中学院有一名学生获得一等奖，两名学生获得二等奖。

三、构建基于CDIO工程教育的学生成绩评价

体系

学生实验成绩的评定要能全面、真实、公平反映学生的知识、能力和素质，因此，成绩的评定要面向实验教学的全过程，这样才能使成绩的评定更加合理。

在教学过程中，针对“查、习、审、训、结”五个步骤建立了多层次、多方面考核的新方法，形成了实验成绩评价的新体系，即针对不同的学生采取不同的评价考核方法。按照优秀、良好、中等、及格和不及格给出学生的平时成绩（该成绩占期末总成绩的50%）;另外，笔试成绩占期末总成绩的50%。

在企业实践教学环节和科技创新活动中，按照学生创新能力，采取加分激励的方法进行成绩考核。例如：对于企业实践教学环节按加40分计算：对于在企业的生产实践过程中能够发现问题、提出问题和解决问题的学生，给予20分加分，针对实习总结报告具有一定创新性的学生，给予20分加分;对于科技创新活动按加40分计算：积极参加校级创新实验，并在解题时取得优异成绩的给予15分加分，积极参加竞赛活动并取得名次的学生给予25分加分。

总之，化学是一门实践性较强的科学，实践教学在化学教学的全过程中占有特殊重要的地位。用CDIO工程教育理念指导化学实践教学，对于树立学生的创新意识、培养工程教育理念、提高工程实践能力，具有十分深远的意义。

参考文献：

[1]许晶.分析化学实验教学的改革与实践[J].实验室科学，2010，（1）.

[2]王银华.CDIO工程教育理念下教学模式改革的研究[J].教学研究，2012，（2）.

[3]赵树恩，李玉玲.基于CDIO教育理念的工程实践教学模式研究与探索[J].重庆交通大学学报，2012，（5）.

[4]谢鹏.分析化学开放性实验的探索与实践[J].科技信息，2012，（4）.