基于CDIO模式的生物工程實(shí)踐創(chuàng)新教育體系的建立

張蕾蕾　常雅寧　李鵬飛　徐昭遠(yuǎn)

摘要：為了培養(yǎng)適應(yīng)時(shí)代需求的卓越人才，生物工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心基于CDIO模式，在大工程理念、學(xué)生主體理念、張揚(yáng)個(gè)性理念、一體化理念和開(kāi)放式理念的基礎(chǔ)上進(jìn)行人才培養(yǎng)，同時(shí)，根據(jù)CDIO模式，建立了具有專業(yè)特色的生物工程實(shí)踐創(chuàng)新教育體系，并在人才培養(yǎng)過(guò)程中取得了一些成果。

關(guān)鍵詞：CDIO模式；生物工程；實(shí)踐創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）17-0115-02

一、引言

CDIO模式是由麻省理工學(xué)院所創(chuàng)導(dǎo)的工程教育新模式，意義分別是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)行（Operate）[1-3]，目標(biāo)是培養(yǎng)工科學(xué)生具備在現(xiàn)代工程環(huán)境下生存和成長(zhǎng)的知識(shí)、能力和素質(zhì)。CDIO“做中學(xué)”的理念和方法[4，5]強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)的工作環(huán)境中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)個(gè)人能力、交往能力以及對(duì)產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)的建造能力，最終成為適應(yīng)時(shí)代需求的卓越人才。

工科人才培養(yǎng)是目前高等教育的一個(gè)重要方面，尤其是工科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的一個(gè)重要手段[6]。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，亟需對(duì)高校的工科類教育進(jìn)行一系列改革，開(kāi)拓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和人才培養(yǎng)的新途徑[7]。華東理工大學(xué)生物工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心基于CDIO模式構(gòu)建了生物工程實(shí)踐創(chuàng)新教育體系，目標(biāo)是培養(yǎng)更多的創(chuàng)新型卓越人才。

二、基于CDIO模式進(jìn)行人才培養(yǎng)的理念

1.大工程的理念——建立體驗(yàn)式實(shí)踐教學(xué)環(huán)境。生物工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心依托學(xué)科強(qiáng)大的科研背景設(shè)置多條模擬生產(chǎn)裝置：酸奶生產(chǎn)線、啤酒生產(chǎn)線、生物煉制微型工廠、香蘭素生產(chǎn)線、符合GMP要求的中試藥物車間、雙螺桿擠壓機(jī)均與實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)相似，給予學(xué)生真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境下生物產(chǎn)品制造的真實(shí)體驗(yàn)，彌補(bǔ)了學(xué)校和工作崗位之間的斷層。以一種系統(tǒng)宏觀的視角來(lái)培養(yǎng)工程人才，使學(xué)生將來(lái)能在現(xiàn)代組織管理模式和市場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制下實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行。

2.學(xué)生主體的理念——建立基于主動(dòng)學(xué)習(xí)的實(shí)踐教學(xué)。貫徹CDIO的理念，就是要樹(shù)立“以學(xué)生為主體”的教育、教學(xué)觀念，正確處理“教”和“學(xué)”的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)一體化，讓學(xué)生體會(huì)做中學(xué)的精髓，我們?cè)O(shè)計(jì)了完全開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該開(kāi)放實(shí)驗(yàn)包括以下幾點(diǎn)要素：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全開(kāi)放；資源共享完全開(kāi)放；日程安排完全開(kāi)放；實(shí)驗(yàn)評(píng)定完全開(kāi)放。這種教學(xué)模式以同時(shí)獲得知識(shí)和培養(yǎng)能力為目標(biāo)，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生自身能力、團(tuán)隊(duì)合作能力及建造產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)讓學(xué)生參與到教育活動(dòng)中來(lái)，學(xué)生自己教育自己，自己管理自己，充分發(fā)揮學(xué)生在教育內(nèi)容的設(shè)計(jì)，教學(xué)活動(dòng)的組織，教學(xué)效果的考核、評(píng)估方面的作用。

3.張揚(yáng)個(gè)性的理念——實(shí)施激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新欲望的實(shí)踐教學(xué)。自由是大學(xué)教育不可或缺的精神，貫徹CDIO的理念就是要遵循高等教育的內(nèi)在邏輯，尊重高等教育的核心價(jià)值[8]。

本中心注重科研成果向教學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化：保證每年一定比例的教學(xué)實(shí)驗(yàn)是新鮮“出爐”的，提供菜單式的服務(wù)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好組織自己的實(shí)驗(yàn)課程菜單，給學(xué)生最大的自由度。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心開(kāi)設(shè)的趣味微生物大賽和人類癌癥易感基因大賽已舉辦了七屆，每次都吸引上千名學(xué)生參與。大賽的宗旨是“只要你有興趣，就可以參與”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的興趣發(fā)展。

除此之外我們還開(kāi)設(shè)了不同層次的創(chuàng)新項(xiàng)目，期望加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，挖掘?qū)W生的創(chuàng)新潛能。創(chuàng)新項(xiàng)目的選題可來(lái)自教師，也可來(lái)自學(xué)生，項(xiàng)目分校級(jí)優(yōu)秀生項(xiàng)目、校級(jí)、市級(jí)、國(guó)家級(jí)創(chuàng)新項(xiàng)目共四層次，該計(jì)劃將學(xué)生分成3～4人一組，在老師指導(dǎo)下歷時(shí)一年完成，并撰寫論文，進(jìn)行論文評(píng)審。

4.一體化的理念——開(kāi)設(shè)多要素、多層次整合的綜合實(shí)驗(yàn)。一體化就是強(qiáng)調(diào)科學(xué)整合，有機(jī)結(jié)合，相互補(bǔ)充，相得益彰[9]。我們的實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)注重三個(gè)層面的整合，即構(gòu)成要素整合、結(jié)構(gòu)層次和研究思路與方法的整合。該層次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，融合了多門學(xué)科的知識(shí)，給學(xué)生整體的理念，而不是將思維固定在一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)面上。比如分子生物學(xué)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，整體思路是交給學(xué)生一個(gè)基因，最后學(xué)生交給老師的是一個(gè)產(chǎn)品，并通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)產(chǎn)品的活性。該實(shí)驗(yàn)融合了分子生物學(xué)、發(fā)酵、分離及細(xì)胞多學(xué)科的知識(shí)，該層次實(shí)驗(yàn)教會(huì)學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，再次體會(huì)“做中學(xué)”的樂(lè)趣。

5.開(kāi)放式的理念——重視校企合作，加強(qiáng)學(xué)生的國(guó)際化視野。打破學(xué)科、專業(yè)、地域、校企之間的界限，全方位最大限度地整合教育教學(xué)資源，開(kāi)放式地制定人才培養(yǎng)方案，開(kāi)放式地建設(shè)師資隊(duì)伍，開(kāi)放式地組織教育教學(xué)活動(dòng)，開(kāi)放式地進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)[10]。中心重視校企合作，立足國(guó)內(nèi)，走向世界，拓展學(xué)生的國(guó)際化視野，探索人才培養(yǎng)新模式。目前，一批在國(guó)內(nèi)有相當(dāng)實(shí)力、研究?jī)?nèi)容與教學(xué)目標(biāo)相適應(yīng)的企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)成為學(xué)生主要的教學(xué)科研實(shí)習(xí)基地。

三、CDIO模式的成效

近三年取得的效益和成果如下：

1.每屆均有330名學(xué)生參與培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施，三年內(nèi)獲得國(guó)家級(jí)“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目9項(xiàng)，上海市級(jí)“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目8項(xiàng)，校級(jí)“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目9項(xiàng)，校級(jí)優(yōu)秀生計(jì)劃187項(xiàng)。四層次創(chuàng)新項(xiàng)目中，學(xué)生參與人次近七百人次。每年均有超過(guò)40%學(xué)生進(jìn)入研究生階段繼續(xù)深造。

2.每次實(shí)驗(yàn)大賽均有近千名本學(xué)院和外學(xué)院的學(xué)生參與，兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)大賽已成為我校品牌實(shí)驗(yàn)大賽。每年給近500名學(xué)生開(kāi)設(shè)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，深受新生好評(píng)。

3.本科生發(fā)表英文SCI科研論文11篇，發(fā)表中文論文18篇，其中2篇本科生為第一作者；本科生參與申請(qǐng)的國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng)；學(xué)生獲得市級(jí)以上與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的獎(jiǎng)項(xiàng)7項(xiàng)。

4.每年派送國(guó)際交流生約30人，接收國(guó)際交流生20多人。

5.中心與相關(guān)企業(yè)、科學(xué)院所建立了16個(gè)校外實(shí)訓(xùn)基地，三個(gè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地。項(xiàng)目依托的生物工程學(xué)院獲得國(guó)家首批卓越工程師計(jì)劃專業(yè)綜合試點(diǎn)改革單位稱號(hào)。

四、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)運(yùn)用CDIO模式進(jìn)行人才培養(yǎng)，學(xué)生受益頗多。教師們也深刻意識(shí)到CDIO模式在培養(yǎng)生物工程創(chuàng)新實(shí)踐人才中的重要性，只有將科學(xué)知識(shí)與實(shí)際工作環(huán)境密切結(jié)合起來(lái)，根據(jù)生物工程類學(xué)科特點(diǎn)適時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，才能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)工科學(xué)生的創(chuàng)新能力，以更好地適應(yīng)社會(huì)的需求。

在這個(gè)亟需創(chuàng)新型工科人才的時(shí)代，教育理念與當(dāng)今的教育大潮流仍存在著一定差距。要提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，必須解放思想，與時(shí)俱進(jìn)，吸收大量國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的教育理念，運(yùn)用于生物工程類人才的培養(yǎng)，不斷提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，更好地為社會(huì)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張平.基于CDIO模式的軟件工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2012，（11）.

[2]劉翔，王蕾，夏旭輝，等.基于CDIO模式的高校工程訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)改革實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2012，（36）.

[3]李偉，丁善婷.完善實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提高工科學(xué)生創(chuàng)新能力[J].教育教學(xué)論壇，2011，（29）.

[4]胡青春，鄭志軍，宋珂.提高機(jī)械類專業(yè)學(xué)生工程實(shí)踐能力探索[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（4）.

[5]朱向慶，胡均萬(wàn)，曾輝，等.CDIO工程教育模式的微型項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法研究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（11）.

[6]陳慶發(fā)，劉運(yùn)香，韋才壽，等.基于CDIO模式的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備研制[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2012，10（5）.

[7]梁艷，曾碧卿，熊偉平.基于CDIO模式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專業(yè)課程群建設(shè)[J].中國(guó)科技信息，2012，（21）.

[8]楊嶸均.論創(chuàng)新教育的自由訴求與核心[J].南京師大學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2012，（3）.

[9]徐力生，張霞，李治芳，等.開(kāi)設(shè)藥學(xué)學(xué)科一體化綜合性實(shí)驗(yàn)的探討[J].藥學(xué)教育，2010，26（2）.

10]朱瑞.基于開(kāi)放式教育視角的大學(xué)生創(chuàng)業(yè)教育體系初探[J].科教文匯，2012，（16）.endprint