CDIO教育模式的运用与探讨

姜俊艳　孙晓君　魏金枝

摘要：结合多年的理论教学和实验教学经验，将CDIO工程教育模式引入到物理化学实验课教学中，从实验教学模式、实验内容、实验与理论的融合、考核评价方式等方面进行了改革探索，使学生的动手能力和综合素质得到提高，为培养创新型人才提供了一定的参考。

关键词：创新人才；教学模式；CDIO

中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：10017836（2016）06005302

实验教学是培养学生实践能力和科研能力的重要环节。物理化学实验主要是同时使用多种仪器设备对某一理化性质进行间接测定后，再利用数学方法加以运算、整理和综合，最终得到实验结果，所以物理化学实验能全面提高学生的动手能力、综合运用能力及分析问题、解决问题能力[1]。CDIO是近年来国际创新型工程教育的最新模式[2]，在物理化学实验教学中引入CDIO工程教学模式，让学生在“做中学”[3—4]，对我们培养创新型人才具有很好的启示与重要的意义。如何将这种全新的教育模式贯彻到在物理化学实验教学中？课题组从以下几方面进行了改革探索，取得了较好的效果。

一、改革实验教学模式、转变教学观念

过去的物理化学实验教学中大多采用“灌输式”教学方法[5]73，学生做实验完全依赖教师，缺乏主动性和积极性，当教师对实验内容进行详细讲解之后，学生“照方抓药”，应付了事。其对实验内容、原理、方法等并没有真正理解和掌握，只是被动操作，不能独立思考问题，即使完成实验，也只能是知其然而不知其所以然，这种教学模式已经不能满足当前高等工程教育需求，因此必须转变教学理念，改革现有的实验教学方法，要以培养学生的创新意识和综合能力为指导思想[6]54，确立学生的主体地位，让学生做“演员”，而不是“观众”。改变“讲解—做实验—处理数据—写报告”的传统教学模式[7]60，采用“自主式”“探究式”“合作式”的实验教学方法[8]82，使学生真正从实验中获益。为此，我们的主要教学思路如下：

1以教师为主的实验项目精选和优化

以往物理化学实验多以验证性实验为主，主要目的是培养学生基本实验操作技能，加深和巩固学生对基础理论知识的理解和掌握。在科技快速发展的今天，这些内容过于简单陈旧，不利于素质教育中应用型人才的培养，因此必须对现有实验项目进行精选和优化。即保留少而精的验证性实验，增加或调整综合性实验，同时要有开发学生潜能，增加代表现代物理化学新进展、新技术的设计性实验[6]54。

验证性实验的选择，要考虑与理论课紧密相关，达到理论与实践相结合[7]60；综合性实验主要从训练学生的动手能力及团结协作能力入手，培养学生的综合应用能力和素质；设计性实验则要培养学生的科研能力和创新能力[6]54。为此，我们在实验室现有条件下，删除了滴定分析、电导率测定等基础实验；增加了粘度法测高聚物的摩尔质量、丙酮碘化反应级数及速率常数测定、碳钢极化曲线测定等综合实验；重新调整了二元液系相图的绘制、燃烧热测定。同时，还开设了用吊环法测定正丁醇的表面张力等设计性实验。从而构建了“基础—综合—创新设计”多层次的实验教学体系[5]72。

2以学生为主的分组预习

实验前的预习，是学生顺利完成实验的重要环节和基本保证。因此，我们结合实验教学实际，在实验前一周，把实验教学的相关内容、材料和要求发到班级QQ群中，建立一个实验预习场所，为学生讨论实验内容提供方便[9]64。鼓励学生“合作预习”，共同探讨实验内容，确定实验方案，最终2—4人一组，写出预习报告。同时，要求学生的预习报告简单易懂，一目了然，避免长篇大论。重点写出实验步骤、存在问题、注意事项等。实验步骤要以表格、方框图、箭号等形式表示。鼓励学生撰写有独到的见解、新颖的预习报告。

3团队协作下的实验操作，集思广益的结果讨论研究

在实验过程中，要以学生为主体，教师为主导，加强学生动手能力训练。营造一个能体现学生主体地位的积极向上、生气勃勃、充满亲和力的教育氛围，建立良好的“教—学”互动体系，加强学生与教师、学生与学生之间的“多边”交流。学生在实验过程中如果遇到一些不能自行解决的问题，教师不要急于回答，先让学生之间进行讨论，相互启发、相互补充，倡导团队合作的完成方式；鼓励学生质疑探索，发挥特长、张扬个性[10]。通过对问题的思考、讨论与回答，调动学生学习的积极性与主动性，培养他们交流与合作的能力及分析问题与解决问题的能力，真正实现了CDIO理念中“做中学”的要求。

4数据处理与实验报告的撰写

物理化学实验的特点是实验数据多，结果处理烦琐，综合性强，往往需要大量的数学计算、绘制表格或作图。人工处理这些数据费时、费力，效率低，且误差大。因此，对实验数据的处理，要求学生用计算机来完成，学会使用Origin、 Excel等软件[5]73；学会科学地分析处理实验数据。此外，对一些实验图形要求学生进行线性拟合，再由拟合得到的直线方程斜率或截距求得需要的参数，从而提高学生的学习兴趣，培养学生的实验数据处理能力、作图能力和综合运用能力[9]64，同时减少手工作图带来的误差，提高工作效率[5]73。实验报告的书写要规范，鼓励学生有个性，避免千篇一律，并思路清晰，语言表达准确，同时重视对实验结果的分析、综合和讨论。全面训练学生的综合应用能力，提高综合素质，为毕业设计环节打下基础，对学生今后的科研和工作也有很大的益处。

二、密切联系理论知识，达到实验与理论的融合统一

理论是在实验的基础上形成并逐渐发展建立起来的，理论指导实验，而实验又反过来验证理论的正确性和可靠性。在实验教学过程中，要注重实验内容和理论知识的联系，找出它们之间的“切入点”，将二者有机地融合为一体，深化教学内容，提高学生理论联系实际的能力。并结合生活实例和前沿科技，提高学生的学习兴趣。引导学生用所学的理论知识分析、解释实验现象及问题，让基础理论在科学研究和实际应用的实例中展现其活力。培养学生由“印证理论型”向“创新能力和素质提高型”[11]转变，并使学生从实验中领会科研探索的思路和研究方法。

三、完善考核制度，采用多元的考核评价方式

目前实验课程缺乏系统的考核办法，实验成绩主要依据学生平时的实验报告，重视结果，而忽视了实验过程的评价[5]73，因此要完善、细化实验考核环节，增加考核内容，全面地评估学生对物理化学实验内容的掌握情况。为此，我们将实验成绩分成两部分，即平时成绩和期末考试成绩，平时成绩包括实验预习、实验操作、问题与讨论、结果的数据处理与作图、实验报告等。

最终学生实验成绩用数学公式表示：Z=P+K而P=Y+C+W+S+B；Z：总成绩（100分）；P：平时成绩（70分）；K：考试成绩（30分）；其中Y：预习成绩15分；C：操作成绩15分；W：提问或讨论成绩10分；S：数据处理与作图成绩15分；B：报告成绩15分。

这种多元考核方式的建立，能全面客观地评价学生的真实水平和能力，切实培养学生的综合素质[8]83。

四、结束语

通过在物理化学实验教学中贯彻CDIO教学模式，调动了学生学习的积极性和主动性，培养了他们的创新意识和创新能力，提高了学生的综合素质。今后的教学过程中将不断更新教学理念和实验方法，逐步建立一套符合哈尔滨理工大学学生实际，适应素质教育和创新人才培养的较为科学合理、便于实施和推广的实验体系，为全面提高教学质量打下良好的基础。

参考文献：

[1]张凯，黄晓敏.浅谈物理化学实验对大学生科学研究能力培养[J].黄冈师范学院学报，2014，34（3）：82—92.

[2]陈冬松.国际创新型工程教育模式中国化研究述评[J].化工高等教育，2010，（6）：4—7.

[3]刘栋，李跃华，崔文权.CDIO工程教育模式在递进式物理化学实验教学中的探索[J].科技创新导报，2015，（13）：167—169.

[4]蔡靖.基于CDIO的“高等土力学”课程实验教学改革[J].实验室研究与探索，2011，30（3）：296—298.

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[6]张洪林，杜敏，孟显丽.物理化学实验理论、实践、科研三结合教学模式的探索[J].绍兴文理学院学报，2010，30（8）.

[7]向翠丽，邹勇进.物理化学实验教学的改革与创新[J].科技视界，2015，（16）：60.

[8]赵明，钟志宇，李宏刚.物理化学实验教学改革与创新[J].实验科学与技术，2014，12（3）.

[9]武银桃，赵玉英，逯宝娣，等.新建本科大学物理化学实验课程建设的实践与研究[J].化工时刊，2011，25（6）.

[10]姜俊艳，张艳，魏金枝，等.培养创新型人才的教育教学模式改革实践[J].管理观察，2010，（1）：203—204.

[11]苗敬芝，唐仕荣，刘辉.食品分析实验教学的改革与探索[J].科技视界，2014，（5）：16—17.

（责任编辑：侯秀梅）