CDIO工程教育模式在递进式物理化学实验教学中的探索

摘要：物理化学实验对培养工科学生的创新能力和实践能力具有重要作用。本文以物理化学实验现状为出发点，探讨了河北联合大学在物理化学实验所进行的教学改革。为增强学生的综合能力以及工程实践能力，提出了cdio工程教育模式在递进式物理化学实验教学改革中的探索。

关键词：CDIO 工程教育模式 物理化学实验 教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

物理化学实验是一门理论性、实践性和技术性很强的课程，其实验技能在应用化学、化学工程、材料科学等诸多专业中具有广泛应用，在相关专业实验课程中占有重要地位。传统的物理化学实验课程教学内容较单一、实验仪器不足、学时分配不平衡、数据处理手段落后等诸多问题，陈旧的教学模式影响了学生积极参与实验的兴趣，不利于培养学生的创新能力，与培养高素质工程人才理念存在很大的差距[1-2]。从2000年开始，麻省理工大学、瑞典皇家工学院、查尔摩斯工业大学和林雪平大学等四所大学，经四年的研究，共同创立CDIO现代工程教育理念。CDIO代表了产品研发运行过程中的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），这种培养方式强调了学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力的培养，是一种同时强调教和学和学中做的全新教学模式，具有很强的可操作性，为工程教学改革提供了模板。2005年，汕头大学在5个本科专业开始实习CDIO工程教育模式，清华大学也在“数据结构”和“数据库原理”两门课程中采用CDIO教学方式，进行了卓有成效的实践探索。除此之外，我国高校的教育工作者对CDIO工程教育理念在教学中的应用进行了卓有成效的探索[3-6]。

笔者在对递进式物理化学实验教学研究的基础上，尝试将CDIO教育理念引入到物理化学实验教学课程的教学改革和实践中，通过改进教学方法和手段，加强基本技能培养，改革可能评价方法，使之能更好地服务专业，适应社会要求，具有重要的理论和实践意义。

1物理化学实验课程现状分析

目前我校物理化学实验课程包括“碳酸钙分解压的测定”、“ 乙醇物性常数的测定”、“ 二元凝聚物系相图”、“ 电动势及电极电势的测定”、“ 过氧化氢的催化分解”、“ 乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”和“溶液表面吸附及表面张力的测定”，共七个实验，主要以基础验证型实验为主，主要侧重于对教科书中的基本概念和基本理论的验证，对于创新实验以及涉及实际生产的内容较少。并且多年来大部分实验内容固定，教学方法陈旧，影响了学生对理论内容的深入理解以及在实践中的应用。

自2006年，在学校、学院和院基础化学实验中心支持下，物理化学实验课程积极开展了教学改革，通过增开了一些综合设计型实验引入现代测试技术和方法，提高传统实验的精度和现代化水平，并采取多种形式提高实验教学内容的综合性，为该课程注入新鲜血液。在近几年的实验教学中，我们从教学模式、实验选题、成绩评定和资料整理等各方面进行教学实践，已取得一些成果。但是随着教学改革的深入和社会对人才需求及要求的变化，以及地方高校应用型人才的培养目标的调整，某些方面已不符合时代的发展和需求。为促进教学思想的更新，培养符合社会发展的优秀工科创新人才，对原有的物理化学实验教学进行进一步改革已变得尤为迫切和重要。

2 CDIO理念在递进式物理化学实验教学中的探索

为了提高工科类学生的创新意识以及工程意识，我们对物理化学实验内容和教学模式进行了积极的探索和实践，在递进式物理化学实验改革与的基础上，进一步将CDIO工程教育理念引入到物理化学实验教学改革中。

（1）教育理念的转变

在应试教育的大环境影响下，我国的教育仍是以课堂灌输式教学方式为主，学生习惯于在教师的讲授下被动的接受知识，对学习内容死记硬背，形成固定的思维模式，最终导致很多大学毕业生缺乏探索未知的创造性和主动性。因此转变教育理念是进行物理化学实验教学改革的根本。我们在传授学生基本实验技能的同时，引导学生有所创新，比如在实验降解以及实验进行过程中，适当介绍一些学科前言领域的知识，以及其在工程上的应用，做到基础与应用的结合，这样既可以提高学生兴趣，还可以提高创新意识。

（2）教学内容的更新

在物理化学实验中，有部分内容在之前的无机化学实验等前导课程中已进行讲授，重复性工作会造成学时的浪费，因此我们在保证授课质量的前提下对部分教学内容进行适当的压缩。此外，为了满足CDIO理念中“做中学”的要求，我们对物理化学实验内容进行了更新，以递进式教学的模式将实验内容分为四个模块，即基础性模块、综合性模块、创新性模块和拓展性模块，尤其在创新性和拓展性模块中增加了与教师科研和与工程技术相关的内容，在三个模块中落实培养具有创新能力和实践能力的高素质工程技术人才的目标。

（3）具体方案的实施

与物理化学实验关联的理论内容应用范围很广，涉及到工程生产很多方面。因而在理论教学和实验教学的基础上，引导学生积极参与到教师的科研工作中，进一步培养他们的创新意识和工程理念，为以后的实际工作打下基础。我们将学生实验与教师科研结合起来，利用实验室现有的装置与教师科研设备搭建出具有科研功能和实践功能的平台。比如，笔者在进行充分调研的基础上，以“二氧化钛复合光催化剂的合成及光催化性能研究”与物理化学实验中的动力学催化实验内容贯穿起来，将理论课以及实验课中学到的速率方程和反应机理理论应用到实际反应中。具体方案为：利用液相沉积法制备二氧化钛复合光催化剂，通过改变催化剂投入量、光照强度、光照时间和有机污染物浓度及加入量，探讨其与反应速率的关系；通过加入维生素C、碳酸氢钠和异丙醇等淬灭剂除去反应中产生的不同活性组分，研究其对反应速率的影响，从而探讨光催化降解过程中的反应机理。这个方案将物理化学实验中的动力学部分与科学研究以及污水处理生产实践贯穿起来，对传统的实验进行了有效的扩充，是基于项目的教育和学习，真正体现了CDIO工程教育理念中的“做中学”。

同时，我院与旭阳化工厂、宣钢焦化厂、唐钢焦化厂、开滦中润煤化工、唐山佳华焦化厂等多家企业开展了广泛合作，开展了新型铜材阻垢缓蚀剂、焦化废水处理等多类横向课题，并与旭阳化工厂建立了河北省煤化工工程技术研究中心，进行深度合作。我院已有大量教师和学生有组织的参与其中，在生产一线的锻炼过程中，对行业新技术、新工业及时了解，提高教师自身的工程教育能力和学生的实践能力。

3结语

在理工类物理化学实验课程的教学改革中，我们将CDIO体系中先进的工程人才培养模式与实验课程相结合，对传统的教学方式进行改革和创新，不仅提高了课程的教学质量和效果，还能循序渐进地提高学生的综合能力和工程实践能力，为学生全面发展提供了良好的平台。

参考文献

[1] 邓立志，侯安新，席美云. 关于物理化学实验教学改革的几点思考 [J]. 大学化学，2006， 21（4）：25-27.

[2] 王桂香，张西慧，韩恩山. 物理化学实验的一些改进 [J]. 实验室科学，2007， 3：70-72.

[3] 顾佩华， 包能胜， 康全礼， 等. CDIO 在中国 （上）[J]. 高等工程教育研究， 2012， 3： 24-40.

[4] 顾佩华， 包能胜， 康全礼， 等. CDIO 在中国 （下）[J]. 高等工程教育研究， 2012， 5： 34-45.

[5] 郝勇静， 孟晓彩， 谢娟， 等. 基于 CDIO 教育理念的工科物理化学课程教学改革与实践[J]. 邯郸职业技术学院学报， 2013， 26（4）： 74-76.

[6] 潘华英， 黄晓英. 基于 CDIO 模式的分析化学课程改革[J]. 化学教育， 2014， 35（2）： 33-36.