基于CDIO工程教育模式的无机化学及实验教学改革探索

[摘 要]CDIO工程教育是西方发达国家一直推崇的培养模式之一。根据应用型本科无机化学及实验课程的特点和教学要求，基于CDIO工程教育的理念，对该课程的教学内容、教学方法、“双师型”师资队伍的建设、合理有效的成绩评价体系的建立等方面进行了改革与探索，取得了较好的教学效果。

[关键词]工程教育 无机化学 教学改革

[中图分类号] TB1-4;G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）12-0116-02

CDIO工程教育是西方发达国家一直推崇的培养模式之一。C代表构思（Conceive），D代表设计（Design），I代表实施（Implement），O代表操作（Operate）。其把从产品研发到产品运行的一个生命周期作为载体，鼓励学生以实践的、主动的、课程之间有机结合的方式学习工程。[1] [2]而目前我国的教育模式培养出的人才存在许多不足，如重视理论而忽视实践、重视基础知识的学习而轻视开拓创新能力的培养、重个人学术能力而忽视团队协作精神等，从而导致培养出的人才与社会需求明显脱节，大量毕业生毕业后很难找到适合自己的工作。目前大部分高校已清楚地认识到实践教学的重要性，并逐渐把发展实践教学列为提高学生社会职业素养和就业竞争力的重要途径。

应用型本科院校一贯坚持“崇尚实践、回归工程教育、成人成材”的教育理念，努力培养出有实践能力和创新精神、具有国际视野的卓越一线工程师。以往的无机化学课程体系主要针对培养研究型人才所设，对于工程技术型人才的培养如何做到因材施教、因时制宜，以适应社会的需求变化，这给目前的无机化学课程体系带来了严峻的挑战。一方面，目前无机化学所选用的教材大都是理论性较强的教材，教材的编写者大多缺少工程实践的专业知识，这就不可避免地使理论与实践脱节，课程内容缺乏与实际工程应用有关的案例及知识。另一方面，工程教育的实施，良好的师资队伍是保障。然而，目前各高校无机化学课程教学的任课教师虽然具有丰富的专业知识，但大都缺乏工程实践经验。因此，更新教育理念，开展基于CDIO工程教育理念的无机化学及实验课程综合改革具有重要的现实意义。

一、基于工程教育理念的课程改革

基于CDIO工程教育理念的教学，注重的是培养学生良好的工程素养，以及工程实践能力和创新能力。因此我们需要转变教育思想，树立以人为本的先进教育观念，将教学改革的重点放在培养和提高学生的工程实践能力和创新能力上。在教学大纲的改革过程中，我们对无机化学课程体系做了调整，并以2014级化学工程与工艺专业卓越班新生作为实验班，全面实施无机化学的教学改革。基于工程教育理念，根据无机化学课程的特点，把无机化学划分为热化学及化学反应动力学、溶液中的化学、电化学基础、物质结构、配位化学、元素化学等六大知识模块。[1]对每一个知识模块的教学，按照构思—设计—实施—操作的CDIO工程教育模式来实施。

（1）构思阶段。这一阶段主要以课堂教学为主，注重专业基础知识和基本技能的讲授，适当淡化和删减理论性偏深或实用性不强的内容。以实际的工程任务为驱动，从实用性的角度出发，逐步由易到难、深入浅出地安排课程内容。通过实施“工程对象教学”、“实验驱动教学”等教学模式，通过基于问题的学习、基于项目的学习、基于案例的学习等学习方式，大大激发学生对课程知识的兴趣，提高学生的学习主动性。

（2）设计阶段。该部分的教学目的是培养学生的创新能力和工程实践能力。根据每一知识模块的知识要点，在教师的指导下设计出相应的实验项目（每个模块根据内容可设计1-3个实验项目）。设计实验项目时既要考虑理论知识的巩固和应用，又要考虑项目要依托行业、服务企业。通过正确实施实验设计的“两环节”，即“预习、创新”，转被动性学习为主动性学习。“预习”就是要求学生根据实验项目内容查找相关文献，理解实验原理、明确实验目的、制订合理的实验方案;对用到的实验仪器设备，要查出其具体使用方法、工作原理和注意事项，对实验中用到的各种化学试剂要查出其性质、用途和使用注意事项[3];认真思考与本实验相关的科学问题，并撰写预习报告。通过此环节可以调动学生的学习积极性和主动性，激发学生的好奇心，锻炼和培养学生独立思考的能力。“创新”就是要求学生在查找文献资料的基础上，构思出自己在实验原理和实验方法方面的不同见解及创新思路。如对于综合设计性实验“从印刷电路烂板液中回收铜”，引导学生独立设计出与教材不同的实验方案。根据实验室提供的试剂：H2SO4（浓）、HCl（浓）H2O2（30%）、还原铁粉、Na2CO3（固体）、NaOH（3mol / L）、NaCl（固体）、Na2SO3（固体）、无水乙醇等，设计出一种烂版液中回收铜、两种用铜来合成CuSO4和一种由铜来合成CuCl的实验途径。设计过程中要切实做到推陈出新，进一步加深学生对实验原理和方法、步骤的理解，使其工程实践和创新能力进一步得到升华。

（3）实施阶段。学生进入实验室，任课教师需要检查实验方案的合理性、创新性及预习报告的书写情况，提出修改建议，并在评定成绩时根据学生实验方案提出问题的合理度和创新程度给出激励评价，从而培养学生独立思考问题的能力和创新能力。要求学生严格按照自行设计的实验方案进行实验，以验证实验方案的合理性和可行性。此阶段是培养学生实践能力的关键阶段，如果实验失败，也要求学生尊重实验事实，如实记录实验数据，然后分析原因，并认真做好相关实验记录，适当给出激励评价。

（4）操作阶段。重视严谨规范的实验基本操作技能的培养。基础化学制备实验所涉及的各项基本操作，如加热、溶解、称量、过滤、蒸发和结晶等，每一步操作都给予一定的评价成绩并告知学生。这样一方面使学生知道了操作的关键步骤并规范操作，另一方面也合理分配了各步实验成绩，避免使学生因某一步操作失误而影响总体成绩。[3]操作阶段以培养工程素质为基础，以突出能力为目标，以学生为主体，以实训为手段，把学生置于“创造”的气氛之中，让学生体会创新的乐趣。

二、“双师型”师资队伍的建设

在实施基于工程教育理念的教学过程中，最根本、最关键的要素是师资队伍。目前，高等教育与生产实践严重脱节，一个最根本的原因就是教师本身缺少对生产和实践的深入了解。在政策引导方面，要求教师想企业所需，为企业分忧解难，通过协助企业来培养学生，通过培养学生来协助企业。学校采取请进来、走出去的办法，实施了教师产学研计划、企业专家进课堂计划和“双师型”教师队伍建设计划，让教师真正了解工程知识，在课堂上传授真正有用的知识。将相关行业和企业的新理念、新知识和新技术及时融入课堂，推动课程改革，确保学生在校所学知识与企业实际生产需求无缝衔接。坚持企业专家参与人才培养方案制订、参与课堂教学、参与毕业设计和论文指导的导向，将工程实践教学贯穿于人才培养全过程。

三、合理有效的成绩评价体系的建立

工程教育理念下的高等教育，可以说是以能力为本位的培养模式。本课程在教学改革的过程中，初步建立了科学合理的成绩评价体系。在理论和实践教学环节，按照学生的工程实践和创新能力，采取激励的方法进行成绩评价。[4]如在实践教学环节，除了结合理论测试（30%）、基本操作（30%）、实验报告（10%）以外，增加创新能力激励项目（30%）。对于设计阶段提出的“两环节”，在“预习”环节，根据学生查阅文献的创新性与前沿性，给予相应的激励分值（但不能超出10%）;在“创新”环节，对于勤于思考、研究思路新颖、创新能力强的学生，根据完成情况给予激励评价（但不能超出20%的激励分值）。

总之，经过两年多的基于CDIO工程教育模式的改革与探索，我们在无机化学理论及实验教学中已取得比较显著的教学效果。将工程教育理念贯穿于理论及实验教学的全过程，提高了学生的工程实践能力和创新能力，同时培养了学生良好的工程素养。

[ 注 释 ]

[1] 秦梅.工程教育理念在无机化学课程体系改革中的应用[J].华章，2012（24）：138，149.

[2] 王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009（5）：86-87.

[3] 周祖新，王爱民，程利平，郭晓明.基础化学实验考核的探索[J].化学教育，2014（4）：31-33.

[4] 吴宝华，张辉.工程教育理念在实践教学中的应用[J].科技与管理，2014（5）：116-120.

[责任编辑：覃侣冰]