CDIO工程教育模式在遞進式物理化學(xué)實驗教學(xué)中的探索

摘要：物理化學(xué)實驗對培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力具有重要作用。本文以物理化學(xué)實驗現(xiàn)狀為出發(fā)點，探討了河北聯(lián)合大學(xué)在物理化學(xué)實驗所進行的教學(xué)改革。為增強學(xué)生的綜合能力以及工程實踐能力，提出了CDIO工程教育模式在遞進式物理化學(xué)實驗教學(xué)改革中的探索。

關(guān)鍵詞：CDIO 工程教育模式 物理化學(xué)實驗 教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

物理化學(xué)實驗是一門理論性、實踐性和技術(shù)性很強的課程，其實驗技能在應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程、材料科學(xué)等諸多專業(yè)中具有廣泛應(yīng)用，在相關(guān)專業(yè)實驗課程中占有重要地位。傳統(tǒng)的物理化學(xué)實驗課程教學(xué)內(nèi)容較單一、實驗儀器不足、學(xué)時分配不平衡、數(shù)據(jù)處理手段落后等諸多問題，陳舊的教學(xué)模式影響了學(xué)生積極參與實驗的興趣，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，與培養(yǎng)高素質(zhì)工程人才理念存在很大的差距[1-2]。從2000年開始，麻省理工大學(xué)、瑞典皇家工學(xué)院、查爾摩斯工業(yè)大學(xué)和林雪平大學(xué)等四所大學(xué)，經(jīng)四年的研究，共同創(chuàng)立CDIO現(xiàn)代工程教育理念。CDIO代表了產(chǎn)品研發(fā)運行過程中的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），這種培養(yǎng)方式強調(diào)了學(xué)生在工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力的培養(yǎng)，是一種同時強調(diào)教和學(xué)和學(xué)中做的全新教學(xué)模式，具有很強的可操作性，為工程教學(xué)改革提供了模板。2005年，汕頭大學(xué)在5個本科專業(yè)開始實習(xí)CDIO工程教育模式，清華大學(xué)也在“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”和“數(shù)據(jù)庫原理”兩門課程中采用CDIO教學(xué)方式，進行了卓有成效的實踐探索。除此之外，我國高校的教育工作者對CDIO工程教育理念在教學(xué)中的應(yīng)用進行了卓有成效的探索[3-6]。

筆者在對遞進式物理化學(xué)實驗教學(xué)研究的基礎(chǔ)上，嘗試將CDIO教育理念引入到物理化學(xué)實驗教學(xué)課程的教學(xué)改革和實踐中，通過改進教學(xué)方法和手段，加強基本技能培養(yǎng)，改革可能評價方法，使之能更好地服務(wù)專業(yè)，適應(yīng)社會要求，具有重要的理論和實踐意義。

1物理化學(xué)實驗課程現(xiàn)狀分析

目前我校物理化學(xué)實驗課程包括“碳酸鈣分解壓的測定”、“ 乙醇物性常數(shù)的測定”、“ 二元凝聚物系相圖”、“ 電動勢及電極電勢的測定”、“ 過氧化氫的催化分解”、“ 乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測定”和“溶液表面吸附及表面張力的測定”，共七個實驗，主要以基礎(chǔ)驗證型實驗為主，主要側(cè)重于對教科書中的基本概念和基本理論的驗證，對于創(chuàng)新實驗以及涉及實際生產(chǎn)的內(nèi)容較少。并且多年來大部分實驗內(nèi)容固定，教學(xué)方法陳舊，影響了學(xué)生對理論內(nèi)容的深入理解以及在實踐中的應(yīng)用。

自2006年，在學(xué)校、學(xué)院和院基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心支持下，物理化學(xué)實驗課程積極開展了教學(xué)改革，通過增開了一些綜合設(shè)計型實驗引入現(xiàn)代測試技術(shù)和方法，提高傳統(tǒng)實驗的精度和現(xiàn)代化水平，并采取多種形式提高實驗教學(xué)內(nèi)容的綜合性，為該課程注入新鮮血液。在近幾年的實驗教學(xué)中，我們從教學(xué)模式、實驗選題、成績評定和資料整理等各方面進行教學(xué)實踐，已取得一些成果。但是隨著教學(xué)改革的深入和社會對人才需求及要求的變化，以及地方高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標的調(diào)整，某些方面已不符合時代的發(fā)展和需求。為促進教學(xué)思想的更新，培養(yǎng)符合社會發(fā)展的優(yōu)秀工科創(chuàng)新人才，對原有的物理化學(xué)實驗教學(xué)進行進一步改革已變得尤為迫切和重要。

2 CDIO理念在遞進式物理化學(xué)實驗教學(xué)中的探索

為了提高工科類學(xué)生的創(chuàng)新意識以及工程意識，我們對物理化學(xué)實驗內(nèi)容和教學(xué)模式進行了積極的探索和實踐，在遞進式物理化學(xué)實驗改革與的基礎(chǔ)上，進一步將CDIO工程教育理念引入到物理化學(xué)實驗教學(xué)改革中。

（1）教育理念的轉(zhuǎn)變

在應(yīng)試教育的大環(huán)境影響下，我國的教育仍是以課堂灌輸式教學(xué)方式為主，學(xué)生習(xí)慣于在教師的講授下被動的接受知識，對學(xué)習(xí)內(nèi)容死記硬背，形成固定的思維模式，最終導(dǎo)致很多大學(xué)畢業(yè)生缺乏探索未知的創(chuàng)造性和主動性。因此轉(zhuǎn)變教育理念是進行物理化學(xué)實驗教學(xué)改革的根本。我們在傳授學(xué)生基本實驗技能的同時，引導(dǎo)學(xué)生有所創(chuàng)新，比如在實驗降解以及實驗進行過程中，適當介紹一些學(xué)科前言領(lǐng)域的知識，以及其在工程上的應(yīng)用，做到基礎(chǔ)與應(yīng)用的結(jié)合，這樣既可以提高學(xué)生興趣，還可以提高創(chuàng)新意識。

（2）教學(xué)內(nèi)容的更新

在物理化學(xué)實驗中，有部分內(nèi)容在之前的無機化學(xué)實驗等前導(dǎo)課程中已進行講授，重復(fù)性工作會造成學(xué)時的浪費，因此我們在保證授課質(zhì)量的前提下對部分教學(xué)內(nèi)容進行適當?shù)膲嚎s。此外，為了滿足CDIO理念中“做中學(xué)”的要求，我們對物理化學(xué)實驗內(nèi)容進行了更新，以遞進式教學(xué)的模式將實驗內(nèi)容分為四個模塊，即基礎(chǔ)性模塊、綜合性模塊、創(chuàng)新性模塊和拓展性模塊，尤其在創(chuàng)新性和拓展性模塊中增加了與教師科研和與工程技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容，在三個模塊中落實培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和實踐能力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才的目標。

（3）具體方案的實施

與物理化學(xué)實驗關(guān)聯(lián)的理論內(nèi)容應(yīng)用范圍很廣，涉及到工程生產(chǎn)很多方面。因而在理論教學(xué)和實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生積極參與到教師的科研工作中，進一步培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和工程理念，為以后的實際工作打下基礎(chǔ)。我們將學(xué)生實驗與教師科研結(jié)合起來，利用實驗室現(xiàn)有的裝置與教師科研設(shè)備搭建出具有科研功能和實踐功能的平臺。比如，筆者在進行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，以“二氧化鈦復(fù)合光催化劑的合成及光催化性能研究”與物理化學(xué)實驗中的動力學(xué)催化實驗內(nèi)容貫穿起來，將理論課以及實驗課中學(xué)到的速率方程和反應(yīng)機理理論應(yīng)用到實際反應(yīng)中。具體方案為：利用液相沉積法制備二氧化鈦復(fù)合光催化劑，通過改變催化劑投入量、光照強度、光照時間和有機污染物濃度及加入量，探討其與反應(yīng)速率的關(guān)系；通過加入維生素C、碳酸氫鈉和異丙醇等淬滅劑除去反應(yīng)中產(chǎn)生的不同活性組分，研究其對反應(yīng)速率的影響，從而探討光催化降解過程中的反應(yīng)機理。這個方案將物理化學(xué)實驗中的動力學(xué)部分與科學(xué)研究以及污水處理生產(chǎn)實踐貫穿起來，對傳統(tǒng)的實驗進行了有效的擴充，是基于項目的教育和學(xué)習(xí)，真正體現(xiàn)了CDIO工程教育理念中的“做中學(xué)”。

同時，我院與旭陽化工廠、宣鋼焦化廠、唐鋼焦化廠、開灤中潤煤化工、唐山佳華焦化廠等多家企業(yè)開展了廣泛合作，開展了新型銅材阻垢緩蝕劑、焦化廢水處理等多類橫向課題，并與旭陽化工廠建立了河北省煤化工工程技術(shù)研究中心，進行深度合作。我院已有大量教師和學(xué)生有組織的參與其中，在生產(chǎn)一線的鍛煉過程中，對行業(yè)新技術(shù)、新工業(yè)及時了解，提高教師自身的工程教育能力和學(xué)生的實踐能力。

3結(jié)語

在理工類物理化學(xué)實驗課程的教學(xué)改革中，我們將CDIO體系中先進的工程人才培養(yǎng)模式與實驗課程相結(jié)合，對傳統(tǒng)的教學(xué)方式進行改革和創(chuàng)新，不僅提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，還能循序漸進地提高學(xué)生的綜合能力和工程實踐能力，為學(xué)生全面發(fā)展提供了良好的平臺。

參考文獻

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