CDIO視域下構(gòu)建“五位一體”實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式

謝愛娟等

[摘 要] CDIO 模式是國際工程教育改革的最新成果，目的是培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，有效地解決就業(yè)問題?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)操作與技能、科學(xué)思維與方法、創(chuàng)新意識與能力的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入CDIO理念進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索，構(gòu)建融教學(xué)理念、實(shí)踐主體、實(shí)踐過程、實(shí)踐層次、評價機(jī)制的“五位一體”CDIO實(shí)踐教學(xué)體系，建立和完善CDIO教學(xué)理念下基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，提高學(xué)生的研究創(chuàng)新和工程實(shí)踐能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)CDIO視域下的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生CDIO工程能力，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的“無縫對接”。

[關(guān)鍵詞] 基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；CDIO；實(shí)踐教學(xué) ；五位一體

[中圖分類號] G642.40 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號] 1005-4634（2015）01-0098-04

0 引言

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性基礎(chǔ)課程，是常州大學(xué)化工類專業(yè)本科段學(xué)生的必修課。通過基礎(chǔ)化學(xué)和技能，進(jìn)而掌握基礎(chǔ)化學(xué)的基本理論和基本知識。同時，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)又是對學(xué)生進(jìn)行職業(yè)素質(zhì)訓(xùn)練的理想課程，包括艱苦創(chuàng)業(yè)、勤奮不懈、謙虛好學(xué)、樂于協(xié)作等科學(xué)精神的訓(xùn)練，這些是優(yōu)秀工程技術(shù)人員成功不可缺少的品質(zhì)。

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品的研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，使學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，是近年來國際工程教育改革的最新成果[1]。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)[2]，從而培養(yǎng)既有過硬的專業(yè)技能， 又有良好的職業(yè)道德的國際化工程師[3，4]。

本文結(jié)合常州大學(xué)基本情況，將CDIO教育理念引入基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，構(gòu)建集“一個教學(xué)理念、二個實(shí)踐主體、三個實(shí)踐過程、四個實(shí)踐層次、五個評價機(jī)制”[5]五位于一體的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，建立和完善CDIO教學(xué)模式下基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)CDIO視域下的教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的CDIO能力[6]。

1 “五位一體”實(shí)踐教學(xué)模式的基本內(nèi)涵

實(shí)踐教學(xué)體系包含總體思想、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和效果評價機(jī)制。中南大學(xué)軟件學(xué)院[5]通過分析 CDIO 的基本內(nèi)容，根據(jù)實(shí)踐教學(xué)體系的關(guān)鍵要素，從多個環(huán)節(jié)出發(fā)，從構(gòu)思環(huán)節(jié)形成實(shí)踐教學(xué)體系總體指導(dǎo)思想，從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，從實(shí)施、運(yùn)作環(huán)節(jié)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)過程與層次，以CDIO學(xué)生和教師成熟度模型為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐效果評估機(jī)制，同時將評估結(jié)果作為實(shí)踐教學(xué)體系修正和完善的依據(jù)，將CDIO 工程設(shè)計(jì)理念貫穿到實(shí)踐活動的各個環(huán)節(jié)， 形成集教學(xué)理念、實(shí)踐主體、實(shí)踐過程、實(shí)踐層次、實(shí)踐效果（評價機(jī)制）于一體的實(shí)踐教學(xué)體系（見圖1）。這里“一體”是指以CDIO教學(xué)理念為目標(biāo)，以教師和學(xué)生為主體，實(shí)踐過程從單一到綜合、從簡單到復(fù)雜，實(shí)踐形式從課堂模擬訓(xùn)練到企業(yè)實(shí)習(xí)，彼此相互影響，相互制約，后者以前者為基礎(chǔ)，前者以后者為目標(biāo)，層層遞進(jìn)，構(gòu)成一個完整的CDIO能力培養(yǎng)教學(xué)新體系，為應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供了一個比較完整的實(shí)踐平臺[7]。參照這一模型，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的進(jìn)行大膽探索和改革，以期在教學(xué)模式上有所創(chuàng)新和突破， 實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)與企業(yè)需求的“無縫對接”。

2 CDIO“五位一體”創(chuàng)新型基礎(chǔ)化學(xué)實(shí) 驗(yàn)教學(xué)體系的具體構(gòu)建

2.1 樹立CDIO工程化的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)?；瘜W(xué)教育中培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)思維、創(chuàng)新意識，全面推進(jìn)工程職業(yè)素質(zhì)教育的最基本的教學(xué)形式之一。要達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo)，就必須為學(xué)生提供一個全新的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。學(xué)?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心應(yīng)樹立CDIO工程化能力、培養(yǎng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)與專業(yè)技能訓(xùn)練并重的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念。通過調(diào)整基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個層面的協(xié)調(diào)發(fā)展，全面體現(xiàn)工程化開發(fā)能力和職業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)并重的思路，從而形成融基礎(chǔ)知識、工程實(shí)踐、創(chuàng)新能力為一體的整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)制[8]。

2.2 設(shè)計(jì)教師、學(xué)生兩個實(shí)踐主體CDIO能力培 養(yǎng)方案

CDIO-CMM模型是將CDIO理念與美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)提出的能力成熟度模型（Capability Maturity Model，簡稱CMM）相結(jié)合所構(gòu)建的，該模型將學(xué)生CDIO能力劃分為初始、基礎(chǔ)、專業(yè)和應(yīng)用研究四個等級，不同能力成熟度等級反映了學(xué)生在CDIO工程教育不同階段的不同特征和學(xué)習(xí)內(nèi)容需求[9]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不同年級對應(yīng)不同等級，培養(yǎng)不同的實(shí)驗(yàn)技能（見表1），且相互融合相互促進(jìn)。大一新生通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、開放實(shí)驗(yàn)等教學(xué)活動來提高動手能力、培養(yǎng)基本操作技能；大二學(xué)生在基本技能的基礎(chǔ)上，通過綜合實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)訓(xùn)等培養(yǎng)其基本實(shí)踐技能；大三學(xué)生通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等活動來培養(yǎng)他們的專業(yè)技能；大四學(xué)生主要通過畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）等活動培養(yǎng)他們的工程系統(tǒng)能力即綜合創(chuàng)新能力。

CDIO教學(xué)大綱要求除了培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)學(xué)科知識外，還特別強(qiáng)調(diào)他們的個人能力（Personal）、人際協(xié)調(diào)能力（Interpersonal）、產(chǎn)品、過程及系統(tǒng)構(gòu)建能力等綜合實(shí)踐能力和職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，要達(dá)到這樣的教學(xué)效果，則要求教師要有扎實(shí)的理論知識和良好的工程化知識。TC-CMM模型（Capability Maturity Model for Teacher）是中南大學(xué)軟件學(xué)院為順利實(shí)施CDIO工程教育模式，針對學(xué)院專職教師和外聘企業(yè)教師的特點(diǎn)建立的教師CDIO能力成熟度模型，該模型同樣由初始級、成長級、發(fā)展級和成熟級四個等級組成，每一等級借鑒PDCA循環(huán)管理模型運(yùn)行，即計(jì)劃（P1an）、實(shí)施（Do）、檢查（Check）、處置（Action）[8]。PDCA循環(huán)是一個漸次提高的閉環(huán)系統(tǒng)，如同爬樓梯，一個循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束，即可提高一步，然后再制定下一個循環(huán)，再運(yùn)轉(zhuǎn)、再提高，不斷改進(jìn)，不斷提高[10]。通過引進(jìn)PDCA循環(huán)的TC-CMM持續(xù)改進(jìn)運(yùn)行機(jī)制，可以科學(xué)、規(guī)范、有效地提高教師的CDIO能力，并有較強(qiáng)的可操作性。在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師除了指導(dǎo)課本實(shí)驗(yàn)，還應(yīng)拓寬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引入CDIO理念，積極參與工程實(shí)踐活動，注重產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，與企業(yè)合作開展橫向課題研究，促進(jìn)科研成果向?qū)嵺`項(xiàng)目轉(zhuǎn)化；同時獲取相應(yīng)的職業(yè)資格證書或企業(yè)培訓(xùn)師聘任證書，建立一支由高校教師、工程師和企業(yè)培訓(xùn)師組成的“三位一體”的高素質(zhì)專任教師隊(duì)伍[8]。

2.3 構(gòu)建CDIO工程化基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系的 三個實(shí)踐過程

三個實(shí)踐過程（基礎(chǔ)實(shí)踐過程、專業(yè)實(shí)踐過程和綜合實(shí)踐過程）即工程化技能實(shí)踐過程（見圖2）。在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，一方面要根據(jù)CDIO理念設(shè)置以培養(yǎng)職業(yè)素質(zhì)為主的教學(xué)方式，以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為主線把實(shí)驗(yàn)課程乃至化工類專業(yè)所需的知識、應(yīng)達(dá)到的能力、應(yīng)具備的素質(zhì)等培養(yǎng)目標(biāo)融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中。比如大一新生在進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之前，需在線觀看實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識以及實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度，逐步培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)安全意識、職業(yè)環(huán)保意識、自覺遵守操作規(guī)程等基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和良好的職業(yè)道德。另一方面，通過專業(yè)實(shí)踐過程進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能。對傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，多增加一些拓展性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)、學(xué)中做”。不同專業(yè)的學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際，開設(shè)一些實(shí)訓(xùn)拓展內(nèi)容，如針對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，可開設(shè)用氧化還原滴定法測定葡萄園中常用的膽礬中五水硫酸銅含量的測定；食品專業(yè)可開設(shè)分光光度法同時測定蔬菜中的維生素 C 和維生素 E 的含量；制藥專業(yè)開設(shè)高效液相色譜法測定鹽酸環(huán)丙沙星片中鹽酸環(huán)丙沙星的含量等。綜合實(shí)踐過程即工程技能實(shí)踐過程則是在學(xué)生具備足夠的動手能力和專業(yè)技能基礎(chǔ)上的升華，因此在這部分實(shí)踐過程中，應(yīng)以基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，拓寬實(shí)習(xí)渠道，建立緊密結(jié)合的校內(nèi)外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，培養(yǎng)學(xué)生的CDIO工程化開發(fā)能力。

2.4 建立CDIO-CMM模型指導(dǎo)下“基礎(chǔ)-綜合 -應(yīng)用-創(chuàng)新”四個實(shí)踐層次

四個實(shí)踐層次，即基礎(chǔ)技能培養(yǎng)層、系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)層、應(yīng)用能力培養(yǎng)層和創(chuàng)新能力培養(yǎng)層，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)貫穿于四個實(shí)踐層次中，與科學(xué)研究、企業(yè)實(shí)踐、科技創(chuàng)新緊密結(jié)合[11]，這兩塊內(nèi)容與上小節(jié)的三個實(shí)踐過程形成343模式（見圖2）。三模塊各自獨(dú)立、分段實(shí)施、有各自完整的教學(xué)環(huán)節(jié)，但又相互影響，相互制約，后者以前者為基礎(chǔ)，前者以后者為目標(biāo)，層次遞進(jìn)，構(gòu)成一個完整的CDIO能力培養(yǎng)教學(xué)新體系[7]?；A(chǔ)層強(qiáng)調(diào)基本技能及個人能力的培養(yǎng)，主要通過基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)及參與一年一度的化學(xué)技能大賽、高級分析工與分析技師的培訓(xùn)和考試來提升學(xué)生的動手能力和心理素質(zhì)；綜合層強(qiáng)調(diào)綜合設(shè)計(jì)能力及人際協(xié)調(diào)能力的培養(yǎng)，主要由開放實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、化工設(shè)計(jì)競賽等完成。在剛剛落下帷幕的2014“恒逸-三井化學(xué)杯”第八屆全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽中，5名化工專業(yè)學(xué)生組成的“Runners”團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的作品“中國石化集團(tuán)連云港石化100萬噸/年對二甲苯項(xiàng)目”喜獲特等獎、“銀杯獎”及“最佳工程圖紙質(zhì)量獎”；應(yīng)用層強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品、過程與系統(tǒng)構(gòu)建技能的培養(yǎng)，主要是讓學(xué)生通過專業(yè)綜合實(shí)踐、畢業(yè)實(shí)習(xí)等方式參與企業(yè)產(chǎn)品過程開發(fā)，培養(yǎng)工程開發(fā)能力和職業(yè)素養(yǎng)。為鼓勵學(xué)生參與開發(fā)的積極性，江蘇華達(dá)化工集團(tuán)有限公司在學(xué)院設(shè)立了華達(dá)獎學(xué)金、華達(dá)助學(xué)金，是學(xué)院開展工程實(shí)踐教育合作的大型企業(yè)之一；創(chuàng)新層強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力的提高，主要通過參與教師科研項(xiàng)目或大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目等方式完成[8]。這次競賽中“Runners”團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目主要有兩大創(chuàng)新：一是突破性地采用了吸附-結(jié)晶耦合工藝，減少生產(chǎn)能耗20%～30%；二是項(xiàng)目工程中的每一條管線和設(shè)備都進(jìn)行了安全性分析，并且采取對應(yīng)的保護(hù)措施，通過模擬測算出的各項(xiàng)廢棄物均低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。通過校企聯(lián)盟和設(shè)計(jì)大賽鼓勵學(xué)生參與企業(yè)橫向課題開發(fā)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)研相結(jié)合，在“做中學(xué)、學(xué)中研、研中創(chuàng)”，學(xué)會實(shí)驗(yàn)，學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會研究，學(xué)會創(chuàng)新[12]，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.5 完善CDIO能力的五個實(shí)踐教學(xué)評價機(jī)制

在CDIO工程教育模式下，要保證基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的良性運(yùn)行，需要有與之適應(yīng)的課程教學(xué)評價方法，評價應(yīng)是以學(xué)為主的成效評價，評價范圍面向整個教學(xué)環(huán)節(jié)，特別注重學(xué)生CDIO能力培養(yǎng)效果，因此根據(jù)評價主體及評價項(xiàng)目的不同，擬建立以下五個評價機(jī)制即學(xué)生課程學(xué)習(xí)評價機(jī)制（權(quán)重0.2）、學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)評價機(jī)制（權(quán)重0.3）、學(xué)生實(shí)訓(xùn)評價機(jī)制（權(quán)重0.2）、企業(yè)實(shí)習(xí)評價機(jī)制（權(quán)重0.3）及教師工作評價機(jī)制[5]。系統(tǒng)性地評估學(xué)生的CDIO能力既要著眼于CDIO標(biāo)準(zhǔn)，還要考慮實(shí)驗(yàn)過程中的分析解決問題的能力，既要系統(tǒng)考察基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識和專業(yè)實(shí)踐活動，還要考察綜合設(shè)計(jì)能力和人際協(xié)調(diào)能力。對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的方法、態(tài)度、情感、意志等動態(tài)性的因素，采取知識評價與方法、能力與態(tài)度評價相結(jié)合；形成性評價與定量、定性評價相結(jié)合，書面考試和實(shí)踐應(yīng)用并重的多元評價模式，做出綜合性評價。

教師是教學(xué)活動的主要實(shí)施者，教師評價是不可缺少的要素，教師的工作能力評價，除了具有對教師教學(xué)工作的評價外，需更強(qiáng)調(diào)教師的CDIO能力和職業(yè)素養(yǎng)評估，根據(jù)這些評價內(nèi)容，運(yùn)用“教學(xué)反應(yīng)”型評價、“實(shí)態(tài)把握”型評價、“成果把握”型評價、“認(rèn)可”型評價等評價方式，由學(xué)院學(xué)生、同行教師和學(xué)校督導(dǎo)組成評價主體，各評價主體所占權(quán)重不同，評價時按照各項(xiàng)指標(biāo)分別給出客觀評分， 保證評價的客觀、權(quán)威和有效。

3 結(jié)束語

將CDIO工程教育理念與基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)融合，構(gòu)建了集教學(xué)理念、實(shí)踐主體、實(shí)踐過程、實(shí)踐層次及評價機(jī)制“五位一體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。以CDIO-CMM、TC-CMM能力成熟度模型為指導(dǎo)，探索培養(yǎng)學(xué)生、教師兩個實(shí)踐主體的CDIO能力，構(gòu)建科學(xué)合理的工程化基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程體系及實(shí)踐層次，完善了CDIO模式下的實(shí)踐教學(xué)評價機(jī)制，使學(xué)生通過CDIO視域下的主動學(xué)習(xí)、主動實(shí)踐，熟練掌握了基本實(shí)驗(yàn)技能和專業(yè)實(shí)踐技能，增強(qiáng)了科研創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通表達(dá)能力和綜合職業(yè)素養(yǎng)等，成長為復(fù)合型、創(chuàng)新型、開放型工程技術(shù)人才，實(shí)現(xiàn)CDIO的教學(xué)目標(biāo)。

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