基于CDIO模式的實踐教學改革
——以“原子吸收光譜分析實驗”為例

鄖海麗 孫翠紅 任 蕾 雷 霓 張媛媛 王文雅

1.石家莊學院化工學院 河北石家莊 050035；2.石家莊幼兒師范高等專科學校 河北石家莊 050228

CDIO模式是一種適用于工程教學模式，將對學生的理論教育與實踐教育融合在一起，源自于杜威“做中學”的教學理念，包含構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)、運行(Operate)四大板塊[1-2]。在構思、設計、實施和運行四大板塊中，重點突出以學生為主體，以工程為學習中心，以項目為目的驅動，面向工程實際問題，提出解決問題的綜合設計方案，以學生積極、主動、實踐性的學習，培養學生解決實際問題的創造能力和綜合能力，培養學生團隊的協同創作精神[3-5]。本文以“原子吸收光譜學實驗”為例，討論在工科學生實驗教學中，具體針對工科學生的專業特點，進行實驗教學改革。

將CDIO教學模式應用于高校本科學生的原子吸收光譜分析實驗中，開展項目式教學模式，有利于從理論基礎、個人能力、團隊協作能力和工程系統能力四個層面對學生能力進行綜合培養，有助于培養應用型、綜合型專業人才[6-7]。

1 原子吸收光譜分析實驗教學的目前狀況

原子吸收光譜分析實驗是高校儀器分析實驗中一項重要的儀器分析內容，是化學、化工、食品、生物等多個專業開設的基礎實驗項目。原子吸收光譜分析是借助于原子吸收光譜儀對物質里的微量或痕量的金屬元素進行定性或定量的分析，廣泛應用于化工、食品、生物、醫藥等多個領域。原子吸收光譜分析實驗作為儀器分析實驗中的經典實驗項目，開設時間較長，目前在實驗教學開展過程中存在一些問題。

1.1 教學模式單一

原子吸收光譜分析實驗教學多采用傳統的“教師講”“學生聽”的單一教學模式，這種教學模式是以教師為主體，學生處于被動聽講地位，弱化學生主體，學生缺少參與課堂的積極能動性。在課堂教學中，學生主要依賴教師講授，課程教學質量、學生學習質量均難以提高，不利于激發學生的創造能力和發現問題的能力。在完成實驗過程中，學生機械地重復教師演示的操作，缺少積極的思考，不利于激發學生的獨立思考能力和解決問題能力。

1.2 缺乏專業特色

原子吸收光譜分析實驗最早開設時受儀器資源匱乏、試劑耗材昂貴等因素影響，開設專業有限，課堂內容單一，開設內容多為演示型、驗證型的實驗，實驗目的主要是讓學生了解原子吸收光譜儀的主要構造及操作方法、原子吸收光譜分析的原理，學生按照實驗講義的具體步驟完成實驗操作。作為多個專業開設的基礎實驗項目，原子吸收光譜分析不能很好地適應各個不同專業，更好地服務于各學科的發展建設。實驗過程中，難以將實驗項目與專業工程項目實際相結合，脫離企業對人才培養的需求，不利于激發學生的工程能力和創造能力。

1.3 評價體系單一

在原子吸收光譜分析實驗教學中，主要依靠學生的課堂表現、實驗操作、實驗報告進行學習質量評價。對于驗證型的實驗，學生缺少主觀積極性，容易養成學習的惰性。對于實驗內容，只能簡單重復實驗操作，機械記錄實驗數據，根據公式計算實驗結果。在整個實驗過程中，缺乏對學生綜合能力的培養與考察，評價體系缺乏全面性和科學性，達不到預期的實驗教學效果[8]。

2 基于CDIO模式的原子吸收光譜分析實驗教學改革

根據CDIO模式的工程教學理念，在教學過程中要從理論基礎、個人能力、團隊協作能力和工程系統能力四個層面對學生進行綜合能力的培養，其核心是以學生為學習主體，讓學生積極主動參與到課程學習中，在課程項目設計和項目實施運作中，發揮自己的主觀能動性，主觀獨立地解決問題[9-11]。原子吸收光譜分析實驗是化學、化工、食品、藥劑等多個專業開設的基礎實驗項目，服務于各專業學科的發展與建設，基于這樣的理念，針對不同的教學內容板塊采取不同的改革措施。

2.1 課程教學模式改革

2.1.1 驗證性實驗教學改革

改變以往傳統的實驗教學模式，針對不同的專業需求及特色開設不同的實驗內容，適應不同專業的發展需求，更好地服務于各個專業。對于藥物制劑和制藥工程專業，將藥物質量評價與原子吸收光譜分析更好地結合在一起，檢測分析原料藥和藥物的重金屬限度；對于食品專業，將食品營養與衛生融入原子吸收光譜實驗中，檢測食品中的人體所需微量元素含量。與傳統教學內容相比，改革后的實驗教學更好地與所學專業相結合，實驗內容更加多元化，有助于學生更好地理解和融入專業工程項目中，培養學生的專業能力。

2.1.2 綜合性實驗教學改革

原子吸收光譜分析除服務于高校本科生教學之外，還要服務于高校教師和學生的科研項目，基于科研項目開展的原子吸收光譜分析實驗教學，能更有效地培養學生的發現問題、解決問題、團隊協作等能力。從本科一年級開始，各專業學生積極參與到教師的科研團隊中，實際參與到科研項目的開展實施過程中，在目的性更強的綜合性實驗教學過程中，學生參與的興趣更為濃厚，更好地體現了學生的積極性、主觀能動性，真正鍛煉了學生的解決問題能力和工程能力。與科研項目相結合的綜合性實驗大大提高了大型分析測試儀器的使用率，學生有機會充分利用大型分析測試儀器，實驗教學內容更具專業性、綜合性和先進性，為培養高素質學生奠定了基礎。以“原子吸收光譜法測定覆盆子中四種金屬元素”項目為例[12]，說明綜合性實驗具體實施過程。

(1)實驗方案構思。確定了“原子吸收光譜法測定覆盆子中的金屬元素”這一題目后，學生團隊為主體，認真查閱相關文獻資料，學習原子吸收光譜分析的理論知識及數據處理，討論實驗方案思路，最終確定鐵、鎂、鈉、鋅等四種元素為測定元素，并根據所學原子吸收光譜的理論知識，確定鐵、鎂、鋅元素采用原子吸收光譜測定，而鈉原子測定因具特殊性，采用原子發射光譜法測定。

(2)實驗過程設計。學生團隊確定了實驗題目及測定內容后，對實驗過程細節進行設計，包括藥材覆盆子的樣品前處理方案、標準溶液配制計劃等內容。并將設計方案與指導教師進行溝通，指導教師對擬定實施方案進行論證，確保學生團隊的實驗過程設計正確合理。

(3)實驗過程操作。經過指導教師對實驗方案確認及前期實驗理論、操作指導后，學生分組進行實驗操作，包括藥材覆盆子的干燥、消解、溶液配制，標準溶液的配制，各元素測定條件的優化，金屬元素的測定等內容。

(4)實驗項目運行。金屬元素含量測定結束后，學生對實驗記錄及數據進行整理匯總，并對實驗結果進行討論分析，將所有實驗數據材料歸納總結，完成論文撰寫，項目結題。

在“原子吸收光譜法測定覆盆子中的金屬元素”項目整個實施過程中，學生團隊作為項目完成的主體，自主完成項目的構思、設計、實施、運行等四大板塊，真正體現了“以學生為主體”“做中學”的CDIO理念，在項目整個實施過程中，學生完美結合了無機化學、分析化學、儀器分析等學科的理論知識和樣品前處理、溶液配制、原子吸收光譜儀使用等實驗操作，鍛煉了學生的創新能力、自主思考能力、實驗操作能力、團隊協作能力等多種能力，學生的綜合素質得到明顯提高。

2.1.3 開放性實驗教學改革

開放性原子吸收光譜分析實驗主要針對參與各項競賽的學生團隊開設。開放性實驗采用項目式教學手段，按照學生所擬訂的項目進行實施，包括整個項目的方案構思、產品準備、儀器使用、問題解決、數據處理等多方面。在整個項目實施過程中，遵循“構思—設計—實現—運行”的CDIO工程思路，融合理論基礎、個人能力、團隊協作能力和工程系統能力四個層面，體現杜威“做中學”的理念，培養學生的獨立思考能力、創造能力、解決問題能力和團結協作能力[13-14]。參加各項競賽更有助于激發學生濃厚的實驗興趣，提高學生的實踐動手能力。我校開設校級“大學生創新創業項目”，推薦優秀學生參加省級、國家級“大學生創新創業項目”，院系和實驗中心開設“學生創新創業項目基金”，鼓勵學生積極參與創新研究，充分調動個人和團隊的積極性、創造性，更好地達到培養學生綜合能力的目的。

2.2 課程評價體系改革

不同于傳統授課方式的評價體系，CDIO教學模式從理論基礎、個人能力、團隊協作能力和工程系統能力四個層面對學生能力進行綜合評價，評價貫穿于學生實驗的整個過程。

(1)理論基礎。理論基礎的評價主要側重于對原子吸收光譜理論知識的掌握，包括原子吸收光譜原理、郎伯比爾定律、工作曲線法和標準加入法等基礎知識和實驗數據的處理，考查學生知識點的掌握情況。

(2)個人能力。個人能力的評價主要側重于學生的實驗操作能力和在實驗實施過程中的其他能力。考查學生對各類文獻資料的搜集整理能力，基礎性實驗操作的掌握能力，根據理論原理提出實施方案的獨立思考能力，以及實驗過程中處理問題的創新能力。

(3)團隊協作能力。團隊協作能力主要考查學生團隊互相之間的配合與合作能力。整個實驗過程中，既有學生的個人操作，又有小組整體的分工、交流、協調、合作。采用教師評價和學生互評相結合的方法對學生的團隊協作能力進行評價。

(4)工程系統能力。工程系統能力主要考查學生的綜合能力，包括對項目實施的具體設計思路、實驗過程中的關鍵技術掌握程度、對實驗原理的掌握和綜合運用、實驗實施具體操作過程、實驗過程中發現及解決問題等多種能力的綜合。在項目整個實施過程中，學生從“學明白”到“想明白”到“做明白”，再到“說明白”[15-17]。

結語

實踐證明，基于CDIO理念改革原子吸收光譜分析實驗是切實可行的，對于學生綜合能力的培養和綜合素質的提高是有幫助的。改革后的實驗教學，強調學生的學習主體作用，突出“做中學”的理念，有利于提高學生的動手能力、獨立思考能力、創新能力、工程實踐能力、團隊協作能力等綜合能力。實驗教學改革后，學生更加善于發現問題、提出問題和解決問題，為應用型人才的培養奠定了堅實的基礎。