基于“CDIO”理念的生物醫學工程創新教育模式研究與實踐

班 戈 靳瑞霞 王曉娜 陳 坤

（新鄉醫學院三全學院智能醫學工程學院，河南 新鄉453000）

2017年2 月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識、天大行動和北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》（教高〔2017〕6號）《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》（教高〔2017〕33號），希望高校發揮學科綜合優勢，推動學科交叉融合和跨界整合，培育新的工科領域，促進科學教育、人文教育、工程教育的有機融合，培養科學基礎厚、工程能力強的工科人才。

CDIO（代表構思Conceive、設計Design、實現Implement和運作Operate）的理念繼承和發展了國外工程教育改革經驗，2017CDIO工程教育聯盟會議上，600多名專家學者高度認可CDIO工程教育模式應用到我國高等學校工科專業。

基于我國新工科建設國家發展戰略，我校將CDIO工程教育模式引入生物醫學工程專業人才培養中，以期為社會培養多元化、創新型卓越醫學工程人才，對我國積極推進“健康中國”國策具有現實意義。

1 “3+1”人才培養模式

“3+1”人才培養模式是指學生在學校進行理論學習3年，到企業實習1年。

這種人才培養模式實施操作起來較為容易，但通過實習發現，學生方與企業方均存在較多問題，集中表現在企業實踐學習時間分散、周期短，導致學生實踐學習不貫通、效果不明顯、企業培養意愿不強。因此，學院調整培養計劃實行訂單式培養計劃，即從第三學年第二學期開始，由各個校企合作單位進駐學校，進駐目標專業，針對專業方向、企業崗位，開展企業方—學生方雙選，實行校企合作的“訂單班”培養。訂單班的學生在到企業實習之前會由學院組織到企業短暫見習，同時，接受企業方的崗位特色課程培養。在不同企業訂單班的學生從四年級開始到訂單對應企業實習。

2 C DIO三級梯度實踐教學模式的構建

通過學生—企業雙選，開展訂單班培養，學生的崗位適應性、行業的認知程度大幅提高，企業對學生的滿意度也逐年提高，但是在實習的過程中，仍然發現學生跨學科性知識的融合及綜合應用能力不足，崗位適應性欠佳，尤其是工學知識與醫學應用的密切結合，知識融合的創新能力有待提高。

因此，結合生物醫學工程的學科特色，設計了的CDIR、CDIO、S-CDIO三級梯度教學模式，教學模式注重培養學生在醫學工程類專業核心知識、知識運用能力、創新能力三個方面，以層級遞進的方式完成醫工類專業學生基礎知識掌握、知識運用實踐能力和創新能力人才培養全過程。

2.1 一級CDIR醫工類專業人才培養模式

以CDIO工程教育模式為藍本，延伸出CDIR（R來自Rethink，反思）創新人才培養模式，即“構思－設計－實現－反思”實踐教學模式，適用于大一至大三年級。在教學應用中，將CDIR教學模式細化為CDIR實驗教學模式和CDIR實踐教學模式，其中CDIR實驗教學模式，緊密結合學科教學，提倡在實驗教學中增加創新和自設計元素，提高綜合性、設計性實驗比例。具體設計如表1所示。

表1 CDIR實驗教學模式

CDIR實踐教學模式，基于體驗階段的聯合帶教教學設計，即校內專職教師和校外工學教師同時帶教綜合實驗。具體設計如表2所示。

表2 CDIR實踐教學模式

2.2 二級CDIO醫工類專業人才培養模式

針對高年級（大四、研一）學生設計二級CDIO人才培養模式，從實習實踐的整體效果為切入點，并建立課外創新學分制度，規劃一系列課外科技活動和社會實踐項目（如大學生科技創新項目等）；參加教師的科研活動、校外企業實訓活動、社會實踐活動、各類學科競賽、專業認證考試、發表學術論文等，按等級計入學分。創新學分制度使學生置身到產學研環境中，全方位開拓視野，提高能力。具體設計如表3所示。

表3 二級CDIO實踐教學模式

二級CDIO人才培養模式注重全方位實踐，針對創新思維和創新能力進行訓練，實現思維、能力的雙提升。

2.3 三級S-CDIO醫工類專業人才培養模式

S-CDIO中的“S”來源于STEM，即基于STEM教育（Science，Technology，Engineering，Mathematics）理念，展開醫學工程類專業人才培養。STEM教育強調的是跨學科知識的融合，注重理論學習與動手實踐的聯系，非常適合目前我國培養具有跨學科創新能力的醫學工程類專業人才的需求。2018年5月，中國STEM教育2029行動計劃啟動儀式暨新聞發布會在北京舉行。科技部、中國科學院、教育部綜合改革司等政府機構、科研院所與會，會上強調以“科企合作”的方式，整合資源，調動機構、人才、裝置、資金、項目的活力，形成推動科技創新的強大合力。因此，新鄉醫學院三全學院進行了S-CDIO醫工類專業人才培養模式，將企業引入到高校人才培養體系中，構建以產促學、以學促研的科企合作生態圈。

該培養模式具體設計如表4所示。

表4 三級S-CDIO醫工類專業人才培養模式

在一級CDIR培養模式下，醫工類專業學生能夠通過實踐建構屬于他們自己的知識結構，形成扎實的理論基礎。

在二級CDIO培養模式下，高年級綜合實踐設計更契合企業和社會需求，醫工類專業學生創新能力得到提高。

創新學分制度，使醫工類專業學生更積極主動地投身到“產學研”環境中，最大化開拓學生創新視野。

三級S-CDIO培養模式下，完成醫工類專業創新型人才培養。

3 實踐效果

試行CDIO三級梯度實踐教學改革后，學生培養質量的優劣由校內評價和用人企業評價構成，兩項評價之和得到學生總體能力評價具體內容見表5。

表5 學生培養質量評價表

3.1 校內評價

校內評價主要由學生的思想道德、基礎知識學習能力、專業技能三個方面評價指標構成。思想道德評價包括堅持正確的政治立場和政治方向，遵規守紀、學業態度認真嚴謹，團結協作精神、社會責任感。基礎知識學習能力評價包括是否具備一定的文化基礎知識和再學習能力，其中，文化基礎知識包含外語、計算機、專業基礎知識，再學習能力即是否具有獨立調研、綜合分析能力和基本科研能力。

專業技能是學生對專業核心課程知識、實訓技能掌握程度以及畢業設計水平。

校內評價評分體系，結果。

3.2 用人企業評價

用人企業評價主要對學生在企業實習、實踐過程中的職業素質和工作能力進行評價。

職業素質評價包括敬業精神，遵守企業、行業道德規范，崗位適應性。其中，崗位適應性是重要評價指標，它包括思維能力、行為方式、創新潛能，適應高技術含量工作，洞察和學習相關新技術、新方法、新工藝的自覺性。

工作能力評價主要是對職業技能的評價，具體由三部分組成。

第一，駕馭崗位能力。熟練運用崗位主要工具的能力、基本的試驗能力和工程設計能力，掌握應知應會的技術規范能力，融會貫通并得心應手運用專業知識，對崗位有必要的駕馭能力和自信心。

第二，市場應變力。具備機敏的市場意識、快速應變、理性分析市場需求的綜合能力。

第三，創新能力。是否能提出有價值的創新性建議。

綜合以上評價，對完全進行CDIO三級梯度實踐教學改革的2019屆畢業生進行量化評價平均后除以2.得到百分制得分，與2017屆和2018屆畢業生評價相比，2019屆畢業生的總體能力評價為87分，而2018部分從大二接受CDIO三級梯度實踐教學培養的學生的總體能力評價得分為83分，未參加過CDIO三級梯度實踐教學培養的2017屆畢業生的總體能力評價平均值只有79分。畢業生總體能力評價圖如圖1所示。

圖1 畢業生總體能力評價圖

4 結語

以新工科為背景將CDIO教育理念引入到高等醫學院校醫工類專業教學改革中，拓展醫工類專業教育教學改革新視野。從一級CDIR到二級CDIO，再到三級S-CDIO，實現從基礎知識建構到創新能力提升再到創新能力培養全過程，創新醫工類專業人才培養模式。課外創新學分制度極大地調動了學生投身產學研教學過程的積極性，創新醫工類專業學生評價體系。以層級遞進的方式完成醫工類專業學生基礎知識掌握、知識運用實踐能力和創新能力人才培養全過程，契合我國“新工科”發展戰略，從畢業生的總體能力評價中可以看出接受CDIO三級梯度實踐教學培養的學生的在校學習能力、職業素質和工作能力都高于未接受或部分接受該改革的學生，此教學模式可為地方高校教育發展提供新的思路。