基于CDIO工程教育模式的無機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

程利平 肖秀珍

[摘 要]CDIO工程教育是西方發(fā)達(dá)國家一直推崇的培養(yǎng)模式之一。根據(jù)應(yīng)用型本科無機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)和教學(xué)要求，基于CDIO工程教育的理念，對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、“雙師型”師資隊(duì)伍的建設(shè)、合理有效的成績評價(jià)體系的建立等方面進(jìn)行了改革與探索，取得了較好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]工程教育 無機(jī)化學(xué) 教學(xué)改革

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

CDIO工程教育是西方發(fā)達(dá)國家一直推崇的培養(yǎng)模式之一。C代表構(gòu)思（Conceive），D代表設(shè)計(jì)（Design），I代表實(shí)施（Implement），O代表操作（Operate）。其把從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的一個(gè)生命周期作為載體，鼓勵(lì)學(xué)生以實(shí)踐的、主動(dòng)的、課程之間有機(jī)結(jié)合的方式學(xué)習(xí)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(shí)踐、重視基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、重個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等，從而導(dǎo)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(rèn)識到實(shí)踐教學(xué)的重要性，并逐漸把發(fā)展實(shí)踐教學(xué)列為提高學(xué)生社會職業(yè)素養(yǎng)和就業(yè)競爭力的重要途徑。

應(yīng)用型本科院校一貫堅(jiān)持“崇尚實(shí)踐、回歸工程教育、成人成材”的教育理念，努力培養(yǎng)出有實(shí)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(jī)化學(xué)課程體系主要針對培養(yǎng)研究型人才所設(shè)，對于工程技術(shù)型人才的培養(yǎng)如何做到因材施教、因時(shí)制宜，以適應(yīng)社會的需求變化，這給目前的無機(jī)化學(xué)課程體系帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。一方面，目前無機(jī)化學(xué)所選用的教材大都是理論性較強(qiáng)的教材，教材的編寫者大多缺少工程實(shí)踐的專業(yè)知識，這就不可避免地使理論與實(shí)踐脫節(jié)，課程內(nèi)容缺乏與實(shí)際工程應(yīng)用有關(guān)的案例及知識。另一方面，工程教育的實(shí)施，良好的師資隊(duì)伍是保障。然而，目前各高校無機(jī)化學(xué)課程教學(xué)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，更新教育理念，開展基于CDIO工程教育理念的無機(jī)化學(xué)及實(shí)驗(yàn)課程綜合改革具有重要的現(xiàn)實(shí)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(xué)，注重的是培養(yǎng)學(xué)生良好的工程素養(yǎng)，以及工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。因此我們需要轉(zhuǎn)變教育思想，樹立以人為本的先進(jìn)教育觀念，將教學(xué)改革的重點(diǎn)放在培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力上。在教學(xué)大綱的改革過程中，我們對無機(jī)化學(xué)課程體系做了調(diào)整，并以2014級化學(xué)工程與工藝專業(yè)卓越班新生作為實(shí)驗(yàn)班，全面實(shí)施無機(jī)化學(xué)的教學(xué)改革?；诠こ探逃砟?，根據(jù)無機(jī)化學(xué)課程的特點(diǎn)，把無機(jī)化學(xué)劃分為熱化學(xué)及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、溶液中的化學(xué)、電化學(xué)基礎(chǔ)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、配位化學(xué)、元素化學(xué)等六大知識模塊。[1]對每一個(gè)知識模塊的教學(xué)，按照構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—操作的CDIO工程教育模式來實(shí)施。

（1）構(gòu)思階段。這一階段主要以課堂教學(xué)為主，注重專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本技能的講授，適當(dāng)?shù)蛣h減理論性偏深或?qū)嵱眯圆粡?qiáng)的內(nèi)容。以實(shí)際的工程任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，從實(shí)用性的角度出發(fā)，逐步由易到難、深入淺出地安排課程內(nèi)容。通過實(shí)施“工程對象教學(xué)”、“實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)教學(xué)”等教學(xué)模式，通過基于問題的學(xué)習(xí)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、基于案例的學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式，大大激發(fā)學(xué)生對課程知識的興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

（2）設(shè)計(jì)階段。該部分的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。根據(jù)每一知識模塊的知識要點(diǎn)，在教師的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（每個(gè)模塊根據(jù)內(nèi)容可設(shè)計(jì)1-3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目）。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)既要考慮理論知識的鞏固和應(yīng)用，又要考慮項(xiàng)目要依托行業(yè)、服務(wù)企業(yè)。通過正確實(shí)施實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的“兩環(huán)節(jié)”，即“預(yù)習(xí)、創(chuàng)新”，轉(zhuǎn)被動(dòng)性學(xué)習(xí)為主動(dòng)性學(xué)習(xí)。“預(yù)習(xí)”就是要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容查找相關(guān)文獻(xiàn)，理解實(shí)驗(yàn)原理、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、制訂合理的?shí)驗(yàn)方案;對用到的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，要查出其具體使用方法、工作原理和注意事項(xiàng)，對實(shí)驗(yàn)中用到的各種化學(xué)試劑要查出其性質(zhì)、用途和使用注意事項(xiàng)[3];認(rèn)真思考與本實(shí)驗(yàn)相關(guān)的科學(xué)問題，并撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告。通過此環(huán)節(jié)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的好奇心，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力?！皠?chuàng)新”就是要求學(xué)生在查找文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，構(gòu)思出自己在實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法方面的不同見解及創(chuàng)新思路。如對于綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)“從印刷電路爛板液中回收銅”，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)出與教材不同的實(shí)驗(yàn)方案。根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)途徑。設(shè)計(jì)過程中要切實(shí)做到推陳出新，進(jìn)一步加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理和方法、步驟的理解，使其工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力進(jìn)一步得到升華。

（3）實(shí)施階段。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，任課教師需要檢查實(shí)驗(yàn)方案的合理性、創(chuàng)新性及預(yù)習(xí)報(bào)告的書寫情況，提出修改建議，并在評定成績時(shí)根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案提出問題的合理度和創(chuàng)新程度給出激勵(lì)評價(jià)，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力和創(chuàng)新能力。要求學(xué)生嚴(yán)格按照自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案的合理性和可行性。此階段是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的關(guān)鍵階段，如果實(shí)驗(yàn)失敗，也要求學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后分析原因，并認(rèn)真做好相關(guān)實(shí)驗(yàn)記錄，適當(dāng)給出激勵(lì)評價(jià)。

（4）操作階段。重視嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)基本操作技能的培養(yǎng)?；A(chǔ)化學(xué)制備實(shí)驗(yàn)所涉及的各項(xiàng)基本操作，如加熱、溶解、稱量、過濾、蒸發(fā)和結(jié)晶等，每一步操作都給予一定的評價(jià)成績并告知學(xué)生。這樣一方面使學(xué)生知道了操作的關(guān)鍵步驟并規(guī)范操作，另一方面也合理分配了各步實(shí)驗(yàn)成績，避免使學(xué)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(zhì)為基礎(chǔ)，以突出能力為目標(biāo)，以學(xué)生為主體，以實(shí)訓(xùn)為手段，把學(xué)生置于“創(chuàng)造”的氣氛之中，讓學(xué)生體會創(chuàng)新的樂趣。

二、“雙師型”師資隊(duì)伍的建設(shè)

在實(shí)施基于工程教育理念的教學(xué)過程中，最根本、最關(guān)鍵的要素是師資隊(duì)伍。目前，高等教育與生產(chǎn)實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)，一個(gè)最根本的原因就是教師本身缺少對生產(chǎn)和實(shí)踐的深入了解。在政策引導(dǎo)方面，要求教師想企業(yè)所需，為企業(yè)分憂解難，通過協(xié)助企業(yè)來培養(yǎng)學(xué)生，通過培養(yǎng)學(xué)生來協(xié)助企業(yè)。學(xué)校采取請進(jìn)來、走出去的辦法，實(shí)施了教師產(chǎn)學(xué)研計(jì)劃、企業(yè)專家進(jìn)課堂計(jì)劃和“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)計(jì)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(guān)行業(yè)和企業(yè)的新理念、新知識和新技術(shù)及時(shí)融入課堂，推動(dòng)課程改革，確保學(xué)生在校所學(xué)知識與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求無縫銜接。堅(jiān)持企業(yè)專家參與人才培養(yǎng)方案制訂、參與課堂教學(xué)、參與畢業(yè)設(shè)計(jì)和論文指導(dǎo)的導(dǎo)向，將工程實(shí)踐教學(xué)貫穿于人才培養(yǎng)全過程。

三、合理有效的成績評價(jià)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(xué)改革的過程中，初步建立了科學(xué)合理的成績評價(jià)體系。在理論和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，按照學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，采取激勵(lì)的方法進(jìn)行成績評價(jià)。[4]如在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，除了結(jié)合理論測試（30%）、基本操作（30%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（10%）以外，增加創(chuàng)新能力激勵(lì)項(xiàng)目（30%）。對于設(shè)計(jì)階段提出的“兩環(huán)節(jié)”，在“預(yù)習(xí)”環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)生查閱文獻(xiàn)的創(chuàng)新性與前沿性，給予相應(yīng)的激勵(lì)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(qiáng)的學(xué)生，根據(jù)完成情況給予激勵(lì)評價(jià)（但不能超出20%的激勵(lì)分值）。

總之，經(jīng)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(jī)化學(xué)理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已取得比較顯著的教學(xué)效果。將工程教育理念貫穿于理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過程，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生良好的工程素養(yǎng)。

[ 注 釋 ]

[1] 秦梅.工程教育理念在無機(jī)化學(xué)課程體系改革中的應(yīng)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(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)考核的探索[J].化學(xué)教育，2014（4）：31-33.

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

[責(zé)任編輯：覃侶冰]