基于CDIO儀器分析實驗教學體系與管理體系的構建*

盧亞玲，賈清華，陳俊毅，汪河濱

(塔里木大學生命科學學院，新疆 阿拉爾 843300)

為培養適應社會快速發展的高素質人才，應用型人才的培養是高等學校教育辦學的宗旨，而本科院校承擔著培養應用型人才的重任。這是社會發展和經濟轉型升級的需求，體現了學以致用的本質。塔里木大學為一所以農為優勢，多學科協調發展的綜合性大學，怎樣更好的培養應用型人才，增強大學生的實踐和創新能力，提升大學生適應社會的能力，增強為當地經濟服務、增強學生就業能力，需要對專業課程結構進行優化，并有針對性的開展相關課程的教學方法改革。

儀器分析課程是高等院校化學等相關專業重要的基礎課，兼有理論和實踐兩部分，是技術含量非常高的應用型學科[1-2]，對于培養企事業單位需求的專業人才起著重要的作用。儀器分析實驗通過鞏固儀器的基本理論、基本原理、基本方法，讓學生學以致用，并能應用于實際樣品的分析。這對于開拓學生的創新思維，提高學生的科學素質，增強學生的實踐和總結思考能力具有重要的作用[3]。在塔里木大學，該課程涉及的專業為應化，化工，化生，食科，食安，食檢，生技，生科，生藥，資環共10個本(專)科專業。盡管國內外高校對于儀器分析實驗教學內容、教學模式、教學方式等進行了改革，取得了一定的教學效果。但是對于社會的快速發展，各類各層次人才的需求，給高校的發展賦予了新的挑戰。在向南疆發展的過程中，以農為主的高校如何尋求自身的發展，利用地區特色資源，與時俱進地開展儀器分析實驗的教學改革，培養適應社會需求、服務于區域經濟發展的專業應用型人才仍是當前發展的重要方向。

2004年，麻省理工學院等四所大學提出了新的教學模式——CDIO工程教育理念[4]，該教育模式具有很強的可操作性，已成為國際工程教育的公認模式[5-6]。CDIO繼承和發展了20世紀90年代末歐美工程教育改革的最新理念，并提出了系統的工程能力培養大綱、全面的實施指導和結果檢驗標準，在我國工程教育領域也產生了積極而廣泛的影響[7-8]。在CDIO教育中，以學生為主體，教師為主導，通過發現問題、提出問題，引導學生自主思考，主動學習[9]，培養學生學習知識的與應用能力、問題思考分析能力、設計實踐能力、表達交流能力和創新能力等工程能力[10]。

本文結合塔里木大學儀器分析教學現狀，探討在實驗教學中引入 CDIO工程教育理念，構建基于CDIO的教學體系、教學方式、教學內容、評價體系改革，培養學生的應用能力，解決問題的能力和創新能力。

1 CDIO教育理念與儀器分析實驗的融合

實踐教學是實施CDIO的重要載體，培養以知識、技術和能力一體化的CDIO工程化教育人才[11]。在CDIO教育理念中，倡導“做中學”和“基于項目的教育和學習”，讓學生主動的把實踐與理論課程有機結合。在CDIO教學模式中，通過豐富的設計性和綜合性實驗，引導學生主動學習，調動學生的積極性，挖掘學生的潛力，提高學生的創新能力[12]。根據CDIO教育理念，在實驗教學中引入CDIO模式，可提高畢業生的工程素質，增強其競爭優勢。

在儀器分析實驗教學和管理體系中，引入CDIO理念對于提高學生實踐經驗、提升綜合素質，增強其社會競爭力、創新思維能力和團隊合作能力具有重要的作用。在化學實驗教學中，儀器分析實驗是培養高等學校學生實驗技能、科學思維、創新意識、團隊合作意識，全面推進工程化教育理念的重要教學形式之一。在實驗教學中，融入CDIO工程化教育理念，以培養儀器分析實驗技能與理論知識并重的教育理念，使學生在實踐過程中以項目的工程化應用為出發點來思考問題，建立工程概念、養成工程素質、提高科研素質。

2 儀器分析實驗課程體系設計

儀器分析實驗課采用分組教學模式，其實踐過程分為基礎實踐學習、專業技能學習和工程化技能學習三個層次的實踐過程。

2.1 開設基礎實驗

前期的基礎實踐教學內容中，學生系統熟悉了實驗相關知識以及實驗室管理各項規章制度，掌握了化學實驗的基本操作。在開設儀器分析實驗時，開設1～2個實驗與基礎實驗內容銜接，強調基礎操作的重要性，規范學生的基本操作技能。

2.2 增開開放性實驗

針對不同專業，開展具有專業特色的實驗內容，增加開放性實驗。對于應化、化工、化生專業，增加大型昂貴儀器如色譜-質譜聯用、核磁共振實驗的內容，聘請專業教授進行實驗兼職授課。對于食品專業學生，實驗內容傾向于側重食品安全的樣品處理和分析，如實驗分析對象為飲料、餅干中的防腐劑、添加劑的分析，開設飲料中對羥基苯甲酸酯類的測定。對于資環專業，重點側重于植物、土壤和水體中的成分分析，開設原子吸收法測定水中的鈣、鎂；原子吸收法測定植物中的銅、鋅。在這一部分的實踐中，提升學生的動手能力和專業水平。

2.3 增加綜合性實驗

增加綜合性實驗，開設1～2個項目化的實驗內容，并充分利用創新實驗和畢業論文，提升學生的操作水平和技能。加強與校內外實習基地的結合，利用南疆優勢資源，與分析測試中心，食品藥品監督管理所建立長期合作和實習培訓，組建以教育專家、教學骨干教師、企事業專家為實踐指導教師，培養學生的團隊合作能力和工程實踐能力，根據社會需求和專業特點優化教學體系與內容[13]。

3 改進教學方式，提高教師授課能力

在歷年的儀器分析實驗教學中，由教師按照實驗教材或講義講授實驗內容。培養基于CDIO教學模式的應用型人才，不僅要求教師具有該課程的教學能力，還應具備科研能力和工程實踐能力。為提高實驗教師的教學水平，提升創新能力，提出了一系列措施。

(1)對不同層次學生的培養要求，設計開發新的綜合性、設計性實驗項目。根據實驗條件，制定詳細的實驗儀器操作指南，制定完整的實驗方案、實驗步驟、實驗注意事項。(2)開展走訪調研，針對校內外大型分析儀器使用中存在的問題，分析問題產生的原因，歸納常見問題的解決方案。了解企事業對人才的需求，根據需要適當調整培養方案及開設的實驗項目。(3)鼓勵教師從事儀器分析相關橫向項目的科學研究，加強與本地企事業單位的交流合作，進一步推進科研成果的轉化。(4)鼓勵教師參加學校舉辦的實驗講課競賽，提升講解實驗的水平，完整掌握實驗講解過程中的重點，難點，進一步發現問題和解決問題。(5)定期參加實驗儀器的培訓工作。(6)將實驗教學模式更改為可視化教學，將儀器操作、實驗內容整理成圖片，文字或視頻，掛在課程網站上，供學生提前預習。在所有理論課完成之后，對每個開設的實驗在理論課上進行演示，加深學生對知識點的理解。

4 優化教學內容，提升學生操作技能

4.1 提高學生基本操作能力

儀器分析實驗需要一定的分析實驗操作能力，如標準溶液的配制，移液，定容的操作。在實驗項目中，大多數實驗都需要做標準曲線，標準曲線的配制過程是否準確，直接影響定量的結果。在這些基本實驗操作的基礎上，體現CDIO中的設計與構思，拓展各基本操作之間的銜接。如在講液相的外標法時，需要介紹內標法，歸一化法的操作。并要講授色譜法中的外標法與紫外-可見光譜法中的外標法，原子吸收中的外標法之間的區別與聯系。這些操作技術具有相通性，實用性很強，應用非常廣泛。

4.2 加強儀器基本操作技能

儀器分析實驗涉及的儀器價格比較昂貴，由于經費有限，同型號儀器的臺套數一般1～2臺，不同儀器廠家開發的操作軟件界面區別較大。而學生在學習儀器分析理論課程之后，需要間隔一段時間才能進行儀器分析實驗，對于儀器的結構、原理、應用需要重新熟悉。在實驗開展之前，每個儀器的操作指南分發給學生熟悉，并提供操作講解ppt讓學生提前預習，這樣將CDIO中的實施模塊能充分運行，達到較好的實驗效果。

4.3 增加大型貴重科研儀器演示實驗

綜合利用學校資源，利用各類重點科研平臺的大型儀器設備，引入實踐性強的實驗指導教師和最新的大型儀器，開設演示實驗。如對應用化學專業班級，借用分析測試中心的實驗條件，增加質譜儀的演示實驗，讓學生了解各種型號的質譜儀，不同的儀器廠家質譜儀之間的差異，更好的應用CDIO進行構思設想，在感官上有充分的認識。利用塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室的條件，增加核磁的演示實驗，使學生對儀器的理論與實踐應用具有明確的思路，為更好的開發工程化的實踐應用提供感性認識，也為學生后期的創新實驗、畢業論文的實踐操作提供項目化的指導。

4.4 以CDIO模式開設綜合設計性實驗

為提高學生科學思維和創造能力，訓練學生獨立操作儀器的能力，儀器分析實驗開設1～2個綜合性實驗。學生根據實驗要求，設計實驗方案，實驗步驟，溶液配制過程，儀器操作過程，數據分析和結果討論，提出實驗的改進和過程問題的分析。綜合設計性實驗可銜接多個基礎操作，對學生的基礎知識，操作水平，創新能力和團隊合作能力都提出了要求[14]。在實驗開展過程中，由學生報名組隊，團隊在CDIO模式下設計、開展和完成實驗項目，團隊討論實驗對象，內容，方法，分工。由指導教師對實驗內容進行審核和指導，根據已有的實驗條件，設計實驗方案，團隊進行實驗操作、數據分析、結果討論和分析。通過這類完成不同的實驗項目的項目式教學，對于學生實驗技能的提高，團隊協作能力的提升，創新能力的發展都具有很好的作用，也體現了CDIO理念的全部思想。對于培養應用型、創新型和綜合復合性高素質人才具有重要的意義。

5 基于CDIO 的實驗成績考核和教學質量評價體系

5.1 學生實驗成績考核體系

為保證教學效果，使儀器分析實驗教學體系良性開展，對實驗過程各環節進行有效評價[15]，建立易于操作可行的考核和評價體系。對于學生實驗成績考核，采用“三維式”的考核模式，實驗成績由實驗教師考核、學生互評，實驗報告組成，形成立體化的考評結構。

5.2 教師教學質量評價體系

教師教學質量的考核，在采用學校教務系統的學生評價體系的同時，還有學校同行教師和學校督導評價。但由于儀器分析實驗教學與理論教學教師不是同一人，且無單獨的實驗教學評價。因而對于實驗教學質量的評價，采用學生評價和教師評價體系。學生評價主要對教師的授課態度，授課質量進行評價，每個實驗開展過程都要有跡可循，符合規定和程序教師評價主要是互評，對授課內容、實驗講解、操作技能、實驗完成質量進行評價。

6 結 語

在儀器分析實驗教學和管理中引入CDIO，構建基于CDIO的教學體系、教學方式、教學內容、評價體系。以CDIO模式為指導，科學設計儀器分析實驗體系，提升教師水平，優化教學方法和內容，建立CDIO學生考核和教學質量評價體系，構建基于CDIO模式對大型儀器進行管理和實驗室開放，探索應用型、創新性人才的培養模式，增強學生的分析問題、解決問題的問題，提高學生的團隊協作能力和創新能力。