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当前，为积极应对新一轮科技革命与产业变革，国家通过“中国制造2025”等战略规划，着力推进制造业、建筑业等领域的跨越式发展。在此背景下，材料科学领域的突破尤为重要，以有机化学实验为基础的催化剂设计、高分子材料合成等研究，正在为新型复合材料开发提供关键技术支持。高校通过构建模块化有机合成实验体系，培养学生对材料合成路径设计和绿色反应优化的实践能力，有助于有效衔接理论创新与产业应用[1]。

1 有机化学实验教学当前模式分析

1.1 传统教学模式现状与局限性

（1）教师主导的单一化教学。多数院校仍以“教师讲解—学生模拟”为主，实验内容以验证性操作为核心（如蒸馏、萃取等基础操作），学生被动接受知识，缺乏独立设计实验的机会。实验步骤固定化，学生机械重复操作流程，难以理解反应机理与实际应用场景的关联性，导致理论与实践脱节。

（2）课程内容复杂度与学习效率的矛盾。有机化学实验项目庞杂，如多步骤合成、复杂产物分离，但课时有限，学生难以在短时间内掌握核心技能，如绿色合成工艺优化、光谱分析等。部分实验危险性高，如强酸/强碱使用、高温高压反应，传统课堂难以保障安全性与操作容错率，抑制学生探索积极性[2]。

1.2 有机化学实验改革实践与创新模式探索现状

（1）混合式教学模式主要内容包括：①虚拟仿真平台辅助。通过微反应器连续合成模拟、危险反应三维动画演示等虚拟实验，突破场地与设备限制，强化预习与重复训练效果。②翻转课堂应用。学生课前通过视频学习实验原理，课堂时间聚焦操作优化与问题解决，提升学习效率［3，4］。

（2）项目式与问题导向教学（PBL）模式主要内容包括：①真实产业问题驱动。例如以“天然产物柠檬烯提取工艺改进”为项目，要求学生结合微波辅助萃取技术与经济性分析，输出工业化可行性报告。②跨学科任务设计。融合化学、工程与环境科学，通过实验方案迭代培养系统思维与创新能力[5]。

（3）在教学内容上强调课程内容与思政融合，例如：①科学伦理教育：结合“反应停事件”等案例，在实验教学中渗透科研诚信与责任意识；②绿色化学理念强化：在实验报告中增设溶剂毒性评估、废弃物处理方案等环节，引导学生践行可持续发展原则。

（4）在教学模式改革探索的同时，建立了多元化评价体系，涵盖以下内容：①过程性考核指标：涵盖实验设计（20%）、操作规范（30%）、数据分析（25%）、团队协作（15%）等维度，强调CDIO全流程能力评估；②产教协同评价：引入企业工程师对实验成果（如药物合成工艺报告）进行工业化适配性评审，建立教学与产业需求对接机制。

1.3 现存挑战与发展方向

（1）分层教学需求凸显。学生基础差异导致传统“一刀切”教学模式难以满足个性化发展需求，需进一步细化实验难度分级（基础→综合→创新）。

（2）前沿技术融合不足。微反应器连续合成、光催化反应等新兴技术尚未全面纳入实验体系，需加快教学内容更新速度。

（3）师资能力转型压力。教师需从“操作示范者”转向“项目引导者”，掌握虚拟仿真工具使用、工程案例解析等复合技能。

当前模式正从知识传授型向能力培养型转型，通过技术赋能（虚拟实验）、场景重构（产学协同）与评价革新（多维考核），逐步破解传统教学困境。

2 OBE-CDIO教育理念简述

OBE（成果导向教育）由美国学者Spady提出，强调以学习成果为核心反向设计教学体系。该模式自1980年代起在美、澳等国基础教育中广泛应用，其核心理念强调学校应为学生创设合作性学习环境，充分激发个体潜能。实施过程中要求教育者预先规划学生毕业时应达成的能力目标，并据此构建课程体系与教学方法。经过数十年发展，OBE已形成完整理论框架，成为工程教育改革的重要方向［6-9］。

CDIO工程教育模式由麻省理工学院等高校研发，通过“构思—设计—实施—运行”的系统化培养，构建理论与实践深度融合的以学生为中心的教学体系。该模式突破传统教学“重演示、轻探索”的局限，采用结果与过程并重的评价机制，强调工程实践的系统性和学习主动性，有效解决实验课程与理论脱节、学生实践困难及创新性不足等问题，促进学生以主动、深度、系统化的方式完成实验学习［10-12］。

3 基于OBE-CDIO教育理念的有机化学实验教学设计

3.1 课程设计理念

（1）成果导向与工程思维结合

以学生能力达成为核心目标（OBE理念），围绕有机化学实验的“构思—设计—实施—运行”（CDIO四阶段）设计实验项目。例如，通过模拟工业合成流程，引导学生完成从分子设计到产物纯化的完整工程实践。实验内容设置需分层递进，如基础实验（验证性操作）→综合实验（多步骤合成）→创新实验（开放性课题），逐步提升学生解决复杂问题的能力。

（2）实验项目与真实需求对接

引入企业案例或科研成果，如药物中间体合成、绿色催化反应等，增强实验与产业需求的关联性。通过设计性实验，如“目标产物合成路线优化”，培养学生创新思维和团队协作能力。

3.2 教学模式创新

（1）混合式教学方法

课前：采用引导式预习（如微课视频+虚拟仿真实验），帮助学生掌握实验原理和安全规范。

课中：实施“互助式讨论+示范式操作”，教师通过问题链引导学生分析实验关键点，例如反应条件对产率的影响。

课后：增加拓展任务（如文献调研、实验方案改进报告），强化自主学习和成果输出。

（2）课程思政融入

在实验案例中渗透科学伦理与工程责任。例如，通过“手性药物合成实验”强调对映体分离的重要性，结合“反应停事件”警示严谨科研态度。在实验报告中要求学生分析实验的环保性（如溶剂选择、废物处理），培养学生绿色化学意识。

3.3 评价体系优化

（1）多维过程性考核

考核涵盖实验设计（20%）、操作规范性（30%）、数据分析（25%）、创新性（15%）、团队贡献（10%），避免单一依赖实验报告。引入“学生互评+教师点评”机制，例如在小组展示环节，其他组员可针对实验方案的可行性提出改进建议。

（2）成果导向的反馈机制

通过后测（Post-assessment）检验目标达成度，如对比实验数据与理论预测的偏差，分析学生知识盲区。建立动态评价档案，记录学生从实验技能到创新能力的成长轨迹。

3.4 持续改进方向

（1）动态调整实验内容

根据行业技术发展（如光催化、电化学合成）更新实验项目，确保教学内容的前沿性。定期收集学生反馈，优化实验难度梯度与课时分配。

（2）校企协同育人

邀请企业工程师参与实验方案设计，或组织学生参观有机合成生产线，强化工程实践认知。

3.5 教学实例

本文以对氨基苯磺酰胺合成与工艺优化实验（贯穿CDIO四阶段）进行设计。

（1）构思阶段（Conceive）

目标导向：以“设计对氨基苯磺酰胺合成工艺”为最终目标，要求学生查阅文献，分析反应机理与环保性要求，做好工艺设计。

任务设计：小组讨论确定合成路线，绘制反应流程图，并预判可能出现的副反应及其控制方法。

（2）设计阶段（Design）

实验方案：基于成本、产率、绿色化指标，设计反应条件（温度、投料比、反应时间）及梯度实验。

风险评估：要求学生标注实验中的危险操作，制定应急预案。

（3）实施阶段（Implement）

操作实践：分步完成对乙酰氨基苯磺酰胺合成、对氨基苯磺酰胺合成、重结晶及产率计算，记录关键数据。

过程迭代：若产率低于预期，引导学生分析实验中出现的问题，提出改进措施（如延长反应时间）。

（4）运行阶段（Operate）

成果输出：提交对氨基苯磺酰胺及工艺报告，需包含成本核算（原料单价/产率）、废弃物处理方案。

拓展应用：结合磺胺类药物的应用，讨论药物安全性的影响，提升社会责任感。

4 结语

OBE-CDIO模式通过整合OBE的目标导向性与CDIO的工程实践性，依托CDIO四阶段流程（构思—设计—实施—运行），以项目实践强化团队协作、工程创新与实践能力培养，实现理论教学与工程实践的系统化整合。该模式能够有效提升学生在有机化学实验中的创新能力、工程素养及社会责任感，为应用型人才培养提供支撑。

参考文献

[1] 天津大学．教育部：“新工科”建设行动路线（“天大行动”）［EB/OL］．（2017-04-12）［2025-04-08］．https://news.tju.edu.cn/info/1003/22332.htm．

[2] 杨进．高校有机化学实验教学改革探析［J］．广西科技师范学院学报，2018，33（6）：95-98．

[3] 潘其明，贾智若．SPOC理念下基于雨课堂的有机化学实验混合式教学改革研究［J］．山东化工，2021，50（21）：169-170．

[4] 刘佳奇．高校有机化学实验在混合式教学中的实践——以常压蒸馏实验为例［J］．探索科学，2020（6）：75-75．

[5] 李靖．基于项目学习的有机化学实验教学［J］．青年时代，2019（10）：194-195．

[6] 申天恩，斯蒂文·洛克．论成果导向的教育理念［J］．高校教育管理，2016（5）：47-51．

[7] 施晓秋．遵循专业认证OBE理念的课程教学设计与实施［J］．高等工程教育研究，2018（5）：154-160．

[8] 张辉．地方本科高校LU-OBE工程教育模式的探索与实践［J］．现代教育科学（高教研究），2018（1）：117-122，128．

[9] 刘珊珊，韩艳阳，冯凯，等．OBE教育理念下应用化学专业综合实验课程的创新实践［J］．大学化学，2021（11）：120-124．

[10] 黄美灵．CDIO理念下高校创新创业教育与专业教育融合路径构建［J］．武汉职业技术学院学报，2019（3）：104-107．

[11] 王留芳，曲凌，混合式工程实践的教学重构［J］．中国大学教学，2019（5）：24-28．

[12] 戴涛涛，朱启铭，陈军．基于“CDIO-OBE”理念的食品化学实验课程改革探索［J］．食品界，2024（5）：86-88．