基于CDIO模式的材料科學(xué)與工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)研究

朱磊 李博解 魏鵬任 顏永斌 汪連生

[摘 要] 材料生產(chǎn)企業(yè)對(duì)人才的素質(zhì)、能力和知識(shí)的要求越來(lái)越高，要求高校培養(yǎng)的學(xué)生既要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，能進(jìn)行深入研究與創(chuàng)新，又要具有豐富的工程知識(shí)，能將科研成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力和實(shí)現(xiàn)科研成果的產(chǎn)業(yè)化。這是對(duì)高校教育的一大挑戰(zhàn)。CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。將CDIO的工程教育模式應(yīng)用于材料科學(xué)與工程專業(yè)，以全過(guò)程為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，面向社會(huì)實(shí)際需求探索應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞] 材料科學(xué);CDIO;教學(xué)改革;工程教育

[基金項(xiàng)目]2017年度湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目“基于CDIO材料科學(xué)與工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的研究”（2017426）

[作者簡(jiǎn)介] 朱 磊（1984—），男，湖北襄陽(yáng)人，理學(xué)博士，湖北工程學(xué)院材料科學(xué)與工程系主任、教授，研究方向?yàn)楦叻肿硬牧?

汪連生 （1965—），男，湖北孝昌人，理學(xué)博士，湖北工程學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授，研究方向?yàn)樯锊牧虾陀袡C(jī)合成。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）30-0230-02? ? [收稿日期] 2019-12-23

我校材料科學(xué)與工程專業(yè)現(xiàn)為湖北省一級(jí)重點(diǎn)特色學(xué)科。經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，材料科學(xué)與工程學(xué)科一方面與物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、工程學(xué)等不同學(xué)科的交叉融合日趨明顯;另一方面就其內(nèi)部而言，材料科學(xué)與工程的不同領(lǐng)域呈現(xiàn)出交叉重疊的特征。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)正式出臺(tái)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》，其中關(guān)于開發(fā)新一代功能材料的表述為材料科學(xué)與工程專業(yè)的發(fā)展提出新的要求，并指明了新的發(fā)展方向。麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國(guó)際合作組織。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。材料科學(xué)與工程課程的教學(xué)不同于傳統(tǒng)的材料科學(xué)課程，具有新的要求與挑戰(zhàn)，這需要基于教學(xué)實(shí)際探索新型的CDIO教學(xué)理念，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)對(duì)問題進(jìn)行思考，主動(dòng)鍛煉運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力，讓學(xué)生真正成為教學(xué)互動(dòng)中的主導(dǎo)，在教師引導(dǎo)下，真正做到教學(xué)實(shí)踐一體式的教學(xué)模式。

一、材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀

我校材料科學(xué)與工程專業(yè)成立于2014年，基于培養(yǎng)目標(biāo)，我校材料科學(xué)與工程專業(yè)制訂了相應(yīng)的人才培養(yǎng)計(jì)劃，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，主要根據(jù)各個(gè)專業(yè)培養(yǎng)方向設(shè)置的不同課程，開設(shè)了相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，但根據(jù)近幾年的教學(xué)運(yùn)行情況，這種傳統(tǒng)的教學(xué)體系非常不利于材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，原有教學(xué)體系存在以下幾個(gè)方面的問題。

1.理論學(xué)習(xí)僅限于課本，缺乏創(chuàng)造力。材料科學(xué)與工程專業(yè)是為了培養(yǎng)具有材料科學(xué)基礎(chǔ)，并能夠在材料研究方面有一定創(chuàng)新性的人才。現(xiàn)在教學(xué)對(duì)于各類材料的性質(zhì)和用途的講解介紹十分充分，但對(duì)于材料的檢測(cè)和開發(fā)方面的教學(xué)有所欠缺。讓學(xué)生在不明白材料為何有如此性質(zhì)的前提下學(xué)習(xí)材料的應(yīng)用，只能讓學(xué)生把眼界放在課本以內(nèi)。

2.理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題能力較差。材料科學(xué)與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)是為了更好地服務(wù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)的能力十分不足。在指導(dǎo)學(xué)生課外科研過(guò)程中，很多學(xué)生對(duì)于新的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)理念無(wú)法做到舉一反三。在實(shí)踐學(xué)習(xí)的過(guò)程中經(jīng)常不知所措，完全不能體現(xiàn)出本專業(yè)的優(yōu)勢(shì)。

3.團(tuán)隊(duì)合作能力不足。隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，團(tuán)隊(duì)合作精神是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的關(guān)鍵。在大生學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中，材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生與其他學(xué)院學(xué)生在合作方面有所欠缺。很難根據(jù)其他專業(yè)同學(xué)的建議改變自己產(chǎn)品的性能。這也從另一個(gè)角度體現(xiàn)出學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容與社會(huì)需求脫節(jié)。

二、材料科學(xué)與工程專業(yè)的改革與思考

基于我校材料科學(xué)與工程專業(yè)原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系存在的問題，參考國(guó)內(nèi)其他院校材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)改革的成果，以學(xué)校2018年人才培養(yǎng)計(jì)劃修訂為契機(jī)，對(duì)原有課程大綱、理論及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了全面改革。改革的中心思想是基于材料科學(xué)與工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合該專業(yè)擁有的儀器設(shè)備情況，將CDIO理念融入其中，培養(yǎng)符合社會(huì)要求的工程專業(yè)人才。

1.“構(gòu)思”與“設(shè)計(jì)”。課堂理論教育應(yīng)該以啟發(fā)教育為主，讓學(xué)生面對(duì)實(shí)際問題能夠從教學(xué)的知識(shí)出發(fā)，做到自我“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”。教學(xué)過(guò)程中以具體工程材料最初的需求和原理為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生以問題為導(dǎo)向進(jìn)行設(shè)計(jì)，嘗試創(chuàng)新解決方案。將材料工程基本知識(shí)的學(xué)習(xí)發(fā)展成為學(xué)生探索研究、解決問題的過(guò)程。在教學(xué)過(guò)程中將學(xué)生的設(shè)計(jì)與實(shí)際方法進(jìn)行對(duì)比和探討，讓學(xué)生的創(chuàng)造力與成功案例進(jìn)行思想碰撞，這樣更能讓學(xué)生從中體會(huì)前人思想的精髓。如此課堂就像一個(gè)個(gè)實(shí)際案例一般，讓學(xué)生能夠更快地融入學(xué)習(xí)與探索的狀態(tài)，在為以后實(shí)際工作打下良好知識(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)，也鍛煉了他們的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)。

2.“實(shí)現(xiàn)”。實(shí)驗(yàn)課程及實(shí)踐教育應(yīng)以學(xué)生為主，老師提供課題，學(xué)生自己想辦法實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教育往往是老師講解，學(xué)生模仿。我們的教育改革思路是提出需求，讓學(xué)生自己提出方案，自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)。在理論課堂上實(shí)現(xiàn)“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”鍛煉后，在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)習(xí)中，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。教學(xué)中我們把實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)習(xí)模擬成一次次的工作考核，提前提出課程需要什么，要求學(xué)生在動(dòng)手前提出成熟方案。看上去把動(dòng)手能力放在了第二的位置，但實(shí)際上學(xué)生按照自己設(shè)計(jì)的方案去實(shí)踐時(shí)會(huì)更有方向性，更加認(rèn)真對(duì)待每個(gè)細(xì)節(jié)，無(wú)形中對(duì)動(dòng)手能力提升更多。

3.“運(yùn)作”。產(chǎn)品情況不能離開具體的市場(chǎng)需求，產(chǎn)品的運(yùn)作效果需要根據(jù)社會(huì)要求進(jìn)行改進(jìn)。一個(gè)優(yōu)秀產(chǎn)品的完善和定位離不開多專業(yè)人才共同決議。對(duì)于材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)不能僅限于專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，僅僅精通自身專業(yè)而對(duì)其他領(lǐng)域毫不了解的學(xué)生是無(wú)法滿足社會(huì)需要的。按照學(xué)校培養(yǎng)“應(yīng)用型、地方型”人才的宗旨，應(yīng)該把一些經(jīng)濟(jì)學(xué)學(xué)科作為專業(yè)學(xué)科的一部分。學(xué)校生命科學(xué)院藥學(xué)系把經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)作為專業(yè)必修課，他們培養(yǎng)的學(xué)生自我創(chuàng)業(yè)以及工作后的發(fā)展明顯比其他專業(yè)學(xué)生要好很多，這點(diǎn)值得我們借鑒。

三、結(jié)語(yǔ)

面對(duì)傳統(tǒng)教育面臨的問題，將CDIO理念融入到材料工程專業(yè)教育改革中是一項(xiàng)大膽的教育創(chuàng)新，也是一項(xiàng)刻不容緩的工程。我們希望培養(yǎng)的學(xué)生在面對(duì)課題時(shí)能夠自己提出問題及解決問題的方案，并在與他人合作的基礎(chǔ)上解決問題，運(yùn)用新的教學(xué)理念和方法，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、合作能力的應(yīng)用型人才。

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Research on the Training of Applied Talents in Material Science and Engineering Based on CDIO Model

ZHU Lei，LI Bo-jie，WEI Peng-ren，YAN Yong-bin，WANG Lian-sheng

（School of Chemistry and Materials Science，Hubei Engineering University，，Xiaogan，Hubei 432000，China）

Abstract：As the requirement of material enterprises，students trained in colleges and universities should not only have a solid theoretical basis，but also be able to carry out in-depth research and innovation.They should be able to quickly convert scientific research results into productivity and realize the industrial process.So it is a great challenge to our current university's education model.CDIO engineering education model is the latest achievement of international engineering education reform in recent years.It is of great theoretical and practical significance to apply the engineering education model of CDIO to the major of materials science and engineering.It can efficiently cultivate the engineering ability of students with the whole process，and explore the application-oriented talent training model for the practical needs of the society.

Key words：material science;CDIO;teaching reform;engineering education