基于CDIO仪器分析实验教学体系与管理体系的构建*

卢亚玲，贾清华，陈俊毅，汪河滨

(塔里木大学生命科学学院，新疆 阿拉尔 843300)

为培养适应社会快速发展的高素质人才，应用型人才的培养是高等学校教育办学的宗旨，而本科院校承担着培养应用型人才的重任。这是社会发展和经济转型升级的需求，体现了学以致用的本质。塔里木大学为一所以农为优势，多学科协调发展的综合性大学，怎样更好的培养应用型人才，增强大学生的实践和创新能力，提升大学生适应社会的能力，增强为当地经济服务、增强学生就业能力，需要对专业课程结构进行优化，并有针对性的开展相关课程的教学方法改革。

仪器分析课程是高等院校化学等相关专业重要的基础课，兼有理论和实践两部分，是技术含量非常高的应用型学科[1-2]，对于培养企事业单位需求的专业人才起着重要的作用。仪器分析实验通过巩固仪器的基本理论、基本原理、基本方法，让学生学以致用，并能应用于实际样品的分析。这对于开拓学生的创新思维，提高学生的科学素质，增强学生的实践和总结思考能力具有重要的作用[3]。在塔里木大学，该课程涉及的专业为应化，化工，化生，食科，食安，食检，生技，生科，生药，资环共10个本(专)科专业。尽管国内外高校对于仪器分析实验教学内容、教学模式、教学方式等进行了改革，取得了一定的教学效果。但是对于社会的快速发展，各类各层次人才的需求，给高校的发展赋予了新的挑战。在向南疆发展的过程中，以农为主的高校如何寻求自身的发展，利用地区特色资源，与时俱进地开展仪器分析实验的教学改革，培养适应社会需求、服务于区域经济发展的专业应用型人才仍是当前发展的重要方向。

2004年，麻省理工学院等四所大学提出了新的教学模式——CDIO工程教育理念[4]，该教育模式具有很强的可操作性，已成为国际工程教育的公认模式[5-6]。CDIO继承和发展了20世纪90年代末欧美工程教育改革的最新理念，并提出了系统的工程能力培养大纲、全面的实施指导和结果检验标准，在我国工程教育领域也产生了积极而广泛的影响[7-8]。在CDIO教育中，以学生为主体，教师为主导，通过发现问题、提出问题，引导学生自主思考，主动学习[9]，培养学生学习知识的与应用能力、问题思考分析能力、设计实践能力、表达交流能力和创新能力等工程能力[10]。

本文结合塔里木大学仪器分析教学现状，探讨在实验教学中引入 CDIO工程教育理念，构建基于CDIO的教学体系、教学方式、教学内容、评价体系改革，培养学生的应用能力，解决问题的能力和创新能力。

1 CDIO教育理念与仪器分析实验的融合

实践教学是实施CDIO的重要载体，培养以知识、技术和能力一体化的CDIO工程化教育人才[11]。在CDIO教育理念中，倡导“做中学”和“基于项目的教育和学习”，让学生主动的把实践与理论课程有机结合。在CDIO教学模式中，通过丰富的设计性和综合性实验，引导学生主动学习，调动学生的积极性，挖掘学生的潜力，提高学生的创新能力[12]。根据CDIO教育理念，在实验教学中引入CDIO模式，可提高毕业生的工程素质，增强其竞争优势。

在仪器分析实验教学和管理体系中，引入CDIO理念对于提高学生实践经验、提升综合素质，增强其社会竞争力、创新思维能力和团队合作能力具有重要的作用。在化学实验教学中，仪器分析实验是培养高等学校学生实验技能、科学思维、创新意识、团队合作意识，全面推进工程化教育理念的重要教学形式之一。在实验教学中，融入CDIO工程化教育理念，以培养仪器分析实验技能与理论知识并重的教育理念，使学生在实践过程中以项目的工程化应用为出发点来思考问题，建立工程概念、养成工程素质、提高科研素质。

2 仪器分析实验课程体系设计

仪器分析实验课采用分组教学模式，其实践过程分为基础实践学习、专业技能学习和工程化技能学习三个层次的实践过程。

2.1 开设基础实验

前期的基础实践教学内容中，学生系统熟悉了实验相关知识以及实验室管理各项规章制度，掌握了化学实验的基本操作。在开设仪器分析实验时，开设1～2个实验与基础实验内容衔接，强调基础操作的重要性，规范学生的基本操作技能。

2.2 增开开放性实验

针对不同专业，开展具有专业特色的实验内容，增加开放性实验。对于应化、化工、化生专业，增加大型昂贵仪器如色谱-质谱联用、核磁共振实验的内容，聘请专业教授进行实验兼职授课。对于食品专业学生，实验内容倾向于侧重食品安全的样品处理和分析，如实验分析对象为饮料、饼干中的防腐剂、添加剂的分析，开设饮料中对羟基苯甲酸酯类的测定。对于资环专业，重点侧重于植物、土壤和水体中的成分分析，开设原子吸收法测定水中的钙、镁；原子吸收法测定植物中的铜、锌。在这一部分的实践中，提升学生的动手能力和专业水平。

2.3 增加综合性实验

增加综合性实验，开设1～2个项目化的实验内容，并充分利用创新实验和毕业论文，提升学生的操作水平和技能。加强与校内外实习基地的结合，利用南疆优势资源，与分析测试中心，食品药品监督管理所建立长期合作和实习培训，组建以教育专家、教学骨干教师、企事业专家为实践指导教师，培养学生的团队合作能力和工程实践能力，根据社会需求和专业特点优化教学体系与内容[13]。

3 改进教学方式，提高教师授课能力

在历年的仪器分析实验教学中，由教师按照实验教材或讲义讲授实验内容。培养基于CDIO教学模式的应用型人才，不仅要求教师具有该课程的教学能力，还应具备科研能力和工程实践能力。为提高实验教师的教学水平，提升创新能力，提出了一系列措施。

(1)对不同层次学生的培养要求，设计开发新的综合性、设计性实验项目。根据实验条件，制定详细的实验仪器操作指南，制定完整的实验方案、实验步骤、实验注意事项。(2)开展走访调研，针对校内外大型分析仪器使用中存在的问题，分析问题产生的原因，归纳常见问题的解决方案。了解企事业对人才的需求，根据需要适当调整培养方案及开设的实验项目。(3)鼓励教师从事仪器分析相关横向项目的科学研究，加强与本地企事业单位的交流合作，进一步推进科研成果的转化。(4)鼓励教师参加学校举办的实验讲课竞赛，提升讲解实验的水平，完整掌握实验讲解过程中的重点，难点，进一步发现问题和解决问题。(5)定期参加实验仪器的培训工作。(6)将实验教学模式更改为可视化教学，将仪器操作、实验内容整理成图片，文字或视频，挂在课程网站上，供学生提前预习。在所有理论课完成之后，对每个开设的实验在理论课上进行演示，加深学生对知识点的理解。

4 优化教学内容，提升学生操作技能

4.1 提高学生基本操作能力

仪器分析实验需要一定的分析实验操作能力，如标准溶液的配制，移液，定容的操作。在实验项目中，大多数实验都需要做标准曲线，标准曲线的配制过程是否准确，直接影响定量的结果。在这些基本实验操作的基础上，体现CDIO中的设计与构思，拓展各基本操作之间的衔接。如在讲液相的外标法时，需要介绍内标法，归一化法的操作。并要讲授色谱法中的外标法与紫外-可见光谱法中的外标法，原子吸收中的外标法之间的区别与联系。这些操作技术具有相通性，实用性很强，应用非常广泛。

4.2 加强仪器基本操作技能

仪器分析实验涉及的仪器价格比较昂贵，由于经费有限，同型号仪器的台套数一般1～2台，不同仪器厂家开发的操作软件界面区别较大。而学生在学习仪器分析理论课程之后，需要间隔一段时间才能进行仪器分析实验，对于仪器的结构、原理、应用需要重新熟悉。在实验开展之前，每个仪器的操作指南分发给学生熟悉，并提供操作讲解ppt让学生提前预习，这样将CDIO中的实施模块能充分运行，达到较好的实验效果。

4.3 增加大型贵重科研仪器演示实验

综合利用学校资源，利用各类重点科研平台的大型仪器设备，引入实践性强的实验指导教师和最新的大型仪器，开设演示实验。如对应用化学专业班级，借用分析测试中心的实验条件，增加质谱仪的演示实验，让学生了解各种型号的质谱仪，不同的仪器厂家质谱仪之间的差异，更好的应用CDIO进行构思设想，在感官上有充分的认识。利用塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室的条件，增加核磁的演示实验，使学生对仪器的理论与实践应用具有明确的思路，为更好的开发工程化的实践应用提供感性认识，也为学生后期的创新实验、毕业论文的实践操作提供项目化的指导。

4.4 以CDIO模式开设综合设计性实验

为提高学生科学思维和创造能力，训练学生独立操作仪器的能力，仪器分析实验开设1～2个综合性实验。学生根据实验要求，设计实验方案，实验步骤，溶液配制过程，仪器操作过程，数据分析和结果讨论，提出实验的改进和过程问题的分析。综合设计性实验可衔接多个基础操作，对学生的基础知识，操作水平，创新能力和团队合作能力都提出了要求[14]。在实验开展过程中，由学生报名组队，团队在CDIO模式下设计、开展和完成实验项目，团队讨论实验对象，内容，方法，分工。由指导教师对实验内容进行审核和指导，根据已有的实验条件，设计实验方案，团队进行实验操作、数据分析、结果讨论和分析。通过这类完成不同的实验项目的项目式教学，对于学生实验技能的提高，团队协作能力的提升，创新能力的发展都具有很好的作用，也体现了CDIO理念的全部思想。对于培养应用型、创新型和综合复合性高素质人才具有重要的意义。

5 基于CDIO 的实验成绩考核和教学质量评价体系

5.1 学生实验成绩考核体系

为保证教学效果，使仪器分析实验教学体系良性开展，对实验过程各环节进行有效评价[15]，建立易于操作可行的考核和评价体系。对于学生实验成绩考核，采用“三维式”的考核模式，实验成绩由实验教师考核、学生互评，实验报告组成，形成立体化的考评结构。

5.2 教师教学质量评价体系

教师教学质量的考核，在采用学校教务系统的学生评价体系的同时，还有学校同行教师和学校督导评价。但由于仪器分析实验教学与理论教学教师不是同一人，且无单独的实验教学评价。因而对于实验教学质量的评价，采用学生评价和教师评价体系。学生评价主要对教师的授课态度，授课质量进行评价，每个实验开展过程都要有迹可循，符合规定和程序教师评价主要是互评，对授课内容、实验讲解、操作技能、实验完成质量进行评价。

6 结 语

在仪器分析实验教学和管理中引入CDIO，构建基于CDIO的教学体系、教学方式、教学内容、评价体系。以CDIO模式为指导，科学设计仪器分析实验体系，提升教师水平，优化教学方法和内容，建立CDIO学生考核和教学质量评价体系，构建基于CDIO模式对大型仪器进行管理和实验室开放，探索应用型、创新性人才的培养模式，增强学生的分析问题、解决问题的问题，提高学生的团队协作能力和创新能力。