基于CDIO儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與管理體系的構(gòu)建*

盧亞玲，賈清華，陳俊毅，汪河濱

(塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

為培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)快速發(fā)展的高素質(zhì)人才，應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是高等學(xué)校教育辦學(xué)的宗旨，而本科院校承擔(dān)著培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重任。這是社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求，體現(xiàn)了學(xué)以致用的本質(zhì)。塔里木大學(xué)為一所以農(nóng)為優(yōu)勢，多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合性大學(xué)，怎樣更好的培養(yǎng)應(yīng)用型人才，增強(qiáng)大學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，提升大學(xué)生適應(yīng)社會(huì)的能力，增強(qiáng)為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)服務(wù)、增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)能力，需要對專業(yè)課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并有針對性的開展相關(guān)課程的教學(xué)方法改革。

儀器分析課程是高等院?；瘜W(xué)等相關(guān)專業(yè)重要的基礎(chǔ)課，兼有理論和實(shí)踐兩部分，是技術(shù)含量非常高的應(yīng)用型學(xué)科[1-2]，對于培養(yǎng)企事業(yè)單位需求的專業(yè)人才起著重要的作用。儀器分析實(shí)驗(yàn)通過鞏固儀器的基本理論、基本原理、基本方法，讓學(xué)生學(xué)以致用，并能應(yīng)用于實(shí)際樣品的分析。這對于開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐和總結(jié)思考能力具有重要的作用[3]。在塔里木大學(xué)，該課程涉及的專業(yè)為應(yīng)化，化工，化生，食科，食安，食檢，生技，生科，生藥，資環(huán)共10個(gè)本(專)科專業(yè)。盡管國內(nèi)外高校對于儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方式等進(jìn)行了改革，取得了一定的教學(xué)效果。但是對于社會(huì)的快速發(fā)展，各類各層次人才的需求，給高校的發(fā)展賦予了新的挑戰(zhàn)。在向南疆發(fā)展的過程中，以農(nóng)為主的高校如何尋求自身的發(fā)展，利用地區(qū)特色資源，與時(shí)俱進(jìn)地開展儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需求、服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的專業(yè)應(yīng)用型人才仍是當(dāng)前發(fā)展的重要方向。

2004年，麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)提出了新的教學(xué)模式——CDIO工程教育理念[4]，該教育模式具有很強(qiáng)的可操作性，已成為國際工程教育的公認(rèn)模式[5-6]。CDIO繼承和發(fā)展了20世紀(jì)90年代末歐美工程教育改革的最新理念，并提出了系統(tǒng)的工程能力培養(yǎng)大綱、全面的實(shí)施指導(dǎo)和結(jié)果檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，在我國工程教育領(lǐng)域也產(chǎn)生了積極而廣泛的影響[7-8]。在CDIO教育中，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，通過發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，主動(dòng)學(xué)習(xí)[9]，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的與應(yīng)用能力、問題思考分析能力、設(shè)計(jì)實(shí)踐能力、表達(dá)交流能力和創(chuàng)新能力等工程能力[10]。

本文結(jié)合塔里木大學(xué)儀器分析教學(xué)現(xiàn)狀，探討在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入 CDIO工程教育理念，構(gòu)建基于CDIO的教學(xué)體系、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、評(píng)價(jià)體系改革，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

1 CDIO教育理念與儀器分析實(shí)驗(yàn)的融合

實(shí)踐教學(xué)是實(shí)施CDIO的重要載體，培養(yǎng)以知識(shí)、技術(shù)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(dǎo)“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”，讓學(xué)生主動(dòng)的把實(shí)踐與理論課程有機(jī)結(jié)合。在CDIO教學(xué)模式中，通過豐富的設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，挖掘?qū)W生的潛力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力[12]。根據(jù)CDIO教育理念，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入CDIO模式，可提高畢業(yè)生的工程素質(zhì)，增強(qiáng)其競爭優(yōu)勢。

在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理體系中，引入CDIO理念對于提高學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、提升綜合素質(zhì)，增強(qiáng)其社會(huì)競爭力、創(chuàng)新思維能力和團(tuán)隊(duì)合作能力具有重要的作用。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，儀器分析實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)高等學(xué)校學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)思維、創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，全面推進(jìn)工程化教育理念的重要教學(xué)形式之一。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，融入CDIO工程化教育理念，以培養(yǎng)儀器分析實(shí)驗(yàn)技能與理論知識(shí)并重的教育理念，使學(xué)生在實(shí)踐過程中以項(xiàng)目的工程化應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)來思考問題，建立工程概念、養(yǎng)成工程素質(zhì)、提高科研素質(zhì)。

2 儀器分析實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)計(jì)

儀器分析實(shí)驗(yàn)課采用分組教學(xué)模式，其實(shí)踐過程分為基礎(chǔ)實(shí)踐學(xué)習(xí)、專業(yè)技能學(xué)習(xí)和工程化技能學(xué)習(xí)三個(gè)層次的實(shí)踐過程。

2.1 開設(shè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

前期的基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中，學(xué)生系統(tǒng)熟悉了實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)以及實(shí)驗(yàn)室管理各項(xiàng)規(guī)章制度，掌握了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作。在開設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，開設(shè)1～2個(gè)實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容銜接，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)操作的重要性，規(guī)范學(xué)生的基本操作技能。

2.2 增開開放性實(shí)驗(yàn)

針對不同專業(yè)，開展具有專業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加開放性實(shí)驗(yàn)。對于應(yīng)化、化工、化生專業(yè)，增加大型昂貴儀器如色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、核磁共振實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，聘請專業(yè)教授進(jìn)行實(shí)驗(yàn)兼職授課。對于食品專業(yè)學(xué)生，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容傾向于側(cè)重食品安全的樣品處理和分析，如實(shí)驗(yàn)分析對象為飲料、餅干中的防腐劑、添加劑的分析，開設(shè)飲料中對羥基苯甲酸酯類的測定。對于資環(huán)專業(yè)，重點(diǎn)側(cè)重于植物、土壤和水體中的成分分析，開設(shè)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(shí)踐中，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和專業(yè)水平。

2.3 增加綜合性實(shí)驗(yàn)

增加綜合性實(shí)驗(yàn)，開設(shè)1～2個(gè)項(xiàng)目化的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并充分利用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)論文，提升學(xué)生的操作水平和技能。加強(qiáng)與校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地的結(jié)合，利用南疆優(yōu)勢資源，與分析測試中心，食品藥品監(jiān)督管理所建立長期合作和實(shí)習(xí)培訓(xùn)，組建以教育專家、教學(xué)骨干教師、企事業(yè)專家為實(shí)踐指導(dǎo)教師，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和工程實(shí)踐能力，根據(jù)社會(huì)需求和專業(yè)特點(diǎn)優(yōu)化教學(xué)體系與內(nèi)容[13]。

3 改進(jìn)教學(xué)方式，提高教師授課能力

在歷年的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由教師按照實(shí)驗(yàn)教材或講義講授實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。培養(yǎng)基于CDIO教學(xué)模式的應(yīng)用型人才，不僅要求教師具有該課程的教學(xué)能力，還應(yīng)具備科研能力和工程實(shí)踐能力。為提高實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)水平，提升創(chuàng)新能力，提出了一系列措施。

(1)對不同層次學(xué)生的培養(yǎng)要求，設(shè)計(jì)開發(fā)新的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，制定詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)儀器操作指南，制定完整的實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。(2)開展走訪調(diào)研，針對校內(nèi)外大型分析儀器使用中存在的問題，分析問題產(chǎn)生的原因，歸納常見問題的解決方案。了解企事業(yè)對人才的需求，根據(jù)需要適當(dāng)調(diào)整培養(yǎng)方案及開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。(3)鼓勵(lì)教師從事儀器分析相關(guān)橫向項(xiàng)目的科學(xué)研究，加強(qiáng)與本地企事業(yè)單位的交流合作，進(jìn)一步推進(jìn)科研成果的轉(zhuǎn)化。(4)鼓勵(lì)教師參加學(xué)校舉辦的實(shí)驗(yàn)講課競賽，提升講解實(shí)驗(yàn)的水平，完整掌握實(shí)驗(yàn)講解過程中的重點(diǎn)，難點(diǎn)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。(5)定期參加實(shí)驗(yàn)儀器的培訓(xùn)工作。(6)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式更改為可視化教學(xué)，將儀器操作、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整理成圖片，文字或視頻，掛在課程網(wǎng)站上，供學(xué)生提前預(yù)習(xí)。在所有理論課完成之后，對每個(gè)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)在理論課上進(jìn)行演示，加深學(xué)生對知識(shí)點(diǎn)的理解。

4 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生操作技能

4.1 提高學(xué)生基本操作能力

儀器分析實(shí)驗(yàn)需要一定的分析實(shí)驗(yàn)操作能力，如標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制，移液，定容的操作。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都需要做標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制過程是否準(zhǔn)確，直接影響定量的結(jié)果。在這些基本實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)CDIO中的設(shè)計(jì)與構(gòu)思，拓展各基本操作之間的銜接。如在講液相的外標(biāo)法時(shí)，需要介紹內(nèi)標(biāo)法，歸一化法的操作。并要講授色譜法中的外標(biāo)法與紫外-可見光譜法中的外標(biāo)法，原子吸收中的外標(biāo)法之間的區(qū)別與聯(lián)系。這些操作技術(shù)具有相通性，實(shí)用性很強(qiáng)，應(yīng)用非常廣泛。

4.2 加強(qiáng)儀器基本操作技能

儀器分析實(shí)驗(yàn)涉及的儀器價(jià)格比較昂貴，由于經(jīng)費(fèi)有限，同型號(hào)儀器的臺(tái)套數(shù)一般1～2臺(tái)，不同儀器廠家開發(fā)的操作軟件界面區(qū)別較大。而學(xué)生在學(xué)習(xí)儀器分析理論課程之后，需要間隔一段時(shí)間才能進(jìn)行儀器分析實(shí)驗(yàn)，對于儀器的結(jié)構(gòu)、原理、應(yīng)用需要重新熟悉。在實(shí)驗(yàn)開展之前，每個(gè)儀器的操作指南分發(fā)給學(xué)生熟悉，并提供操作講解ppt讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，這樣將CDIO中的實(shí)施模塊能充分運(yùn)行，達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果。

4.3 增加大型貴重科研儀器演示實(shí)驗(yàn)

綜合利用學(xué)校資源，利用各類重點(diǎn)科研平臺(tái)的大型儀器設(shè)備，引入實(shí)踐性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師和最新的大型儀器，開設(shè)演示實(shí)驗(yàn)。如對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)班級(jí)，借用分析測試中心的實(shí)驗(yàn)條件，增加質(zhì)譜儀的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解各種型號(hào)的質(zhì)譜儀，不同的儀器廠家質(zhì)譜儀之間的差異，更好的應(yīng)用CDIO進(jìn)行構(gòu)思設(shè)想，在感官上有充分的認(rèn)識(shí)。利用塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的條件，增加核磁的演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對儀器的理論與實(shí)踐應(yīng)用具有明確的思路，為更好的開發(fā)工程化的實(shí)踐應(yīng)用提供感性認(rèn)識(shí)，也為學(xué)生后期的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文的實(shí)踐操作提供項(xiàng)目化的指導(dǎo)。

4.4 以CDIO模式開設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

為提高學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)造能力，訓(xùn)練學(xué)生獨(dú)立操作儀器的能力，儀器分析實(shí)驗(yàn)開設(shè)1～2個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)步驟，溶液配制過程，儀器操作過程，數(shù)據(jù)分析和結(jié)果討論，提出實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和過程問題的分析。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可銜接多個(gè)基礎(chǔ)操作，對學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，操作水平，創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力都提出了要求[14]。在實(shí)驗(yàn)開展過程中，由學(xué)生報(bào)名組隊(duì)，團(tuán)隊(duì)在CDIO模式下設(shè)計(jì)、開展和完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)討論實(shí)驗(yàn)對象，內(nèi)容，方法，分工。由指導(dǎo)教師對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行審核和指導(dǎo)，根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果討論和分析。通過這類完成不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的項(xiàng)目式教學(xué)，對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的提升，創(chuàng)新能力的發(fā)展都具有很好的作用，也體現(xiàn)了CDIO理念的全部思想。對于培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型和綜合復(fù)合性高素質(zhì)人才具有重要的意義。

5 基于CDIO 的實(shí)驗(yàn)成績考核和教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

5.1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績考核體系

為保證教學(xué)效果，使儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系良性開展，對實(shí)驗(yàn)過程各環(huán)節(jié)進(jìn)行有效評(píng)價(jià)[15]，建立易于操作可行的考核和評(píng)價(jià)體系。對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績考核，采用“三維式”的考核模式，實(shí)驗(yàn)成績由實(shí)驗(yàn)教師考核、學(xué)生互評(píng)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告組成，形成立體化的考評(píng)結(jié)構(gòu)。

5.2 教師教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

教師教學(xué)質(zhì)量的考核，在采用學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)的學(xué)生評(píng)價(jià)體系的同時(shí)，還有學(xué)校同行教師和學(xué)校督導(dǎo)評(píng)價(jià)。但由于儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)教師不是同一人，且無單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)。因而對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)，采用學(xué)生評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)體系。學(xué)生評(píng)價(jià)主要對教師的授課態(tài)度，授課質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)開展過程都要有跡可循，符合規(guī)定和程序教師評(píng)價(jià)主要是互評(píng)，對授課內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)講解、操作技能、實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

6 結(jié) 語

在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理中引入CDIO，構(gòu)建基于CDIO的教學(xué)體系、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、評(píng)價(jià)體系。以CDIO模式為指導(dǎo)，科學(xué)設(shè)計(jì)儀器分析實(shí)驗(yàn)體系，提升教師水平，優(yōu)化教學(xué)方法和內(nèi)容，建立CDIO學(xué)生考核和教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，構(gòu)建基于CDIO模式對大型儀器進(jìn)行管理和實(shí)驗(yàn)室開放，探索應(yīng)用型、創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)模式，增強(qiáng)學(xué)生的分析問題、解決問題的問題，提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。