基于CDIO模式的材料科学与工程专业应用型人才培养研究

来源:用户上传      作者:朱磊 李博解 魏鹏任 颜永斌 汪连生

　　[摘 要] 材料生产企业对人才的素质、能力和知识的要求越来越高，要求高校培养的学生既要有扎实的理论基础，能进行深入研究与创新，又要具有丰富的工程知识，能将科研成果迅速转化为生产力和实现科研成果的产业化。这是对高校教育的一大挑战。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。将CDIO的工程教育模式应用于材料科学与工程专业，以全过程为载体培养学生的工程能力，面向社会实际需求探索应用型人才培养模式，具有十分重要的理论和现实意义。
　　[关键词] 材料科学;CDIO;教学改革;工程教育
　　[基金项目]2017年度湖北省高等学校省级教学研究项目“基于CDIO材料科学与工程专业应用型人才培养模式的研究”（2017426）
　　[作者简介] 朱 磊（1984—），男，湖北襄阳人，理学博士，湖北工程学院材料科学与工程系主任、教授，研究方向为高分子材料;
　　汪连生 （1965—），男，湖北孝昌人，理学博士，湖北工程学院化学与材料科学学院教授，研究方向为生物材料和有机合成。
　　[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）30-0230-02    [收稿日期] 2019-12-23
　　 我校材料科学与工程专业现为湖北省一级重点特色学科。经过一百多年的发展，材料科学与工程学科一方面与物理学、化学、计算科学、生物医学、工程学等不同学科的交叉融合日趋明显;另一方面就其内部而言，材料科学与工程的不同领域呈现出交叉重叠的特征。进入21世纪，我国正式出台《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，其中关于开发新一代功能材料的表述为材料科学与工程专业的发展提出新的要求，并指明了新的发展方向。麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。材料科学与工程课程的教学不同于传统的材料科学课程，具有新的要求与挑战，这需要基于教学实际探索新型的CDIO教学理念，激发学生主动对问题进行思考，主动锻炼运用专业知识的能力，让学生真正成为教学互动中的主导，在教师引导下，真正做到教学实践一体式的教学模式。
　　一、材料科学与工程专业的教学现状
　　我校材料科学与工程专业成立于2014年，基于培养目标，我校材料科學与工程专业制订了相应的人才培养计划，在实验教学环节，主要根据各个专业培养方向设置的不同课程，开设了相应的教学内容，但根据近几年的教学运行情况，这种传统的教学体系非常不利于材料科学与工程专业学生的创新能力培养，原有教学体系存在以下几个方面的问题。
　　1.理论学习仅限于课本，缺乏创造力。材料科学与工程专业是为了培养具有材料科学基础，并能够在材料研究方面有一定创新性的人才。现在教学对于各类材料的性质和用途的讲解介绍十分充分，但对于材料的检测和开发方面的教学有所欠缺。让学生在不明白材料为何有如此性质的前提下学习材料的应用，只能让学生把眼界放在课本以内。
　　2.理论知识运用到实际问题能力较差。材料科学与工程专业人才的培养是为了更好地服务社会经济的发展。但是学生在实验与实践过程中体现出来的能力十分不足。在指导学生课外科研过程中，很多学生对于新的实验方法、实验理念无法做到举一反三。在实践学习的过程中经常不知所措，完全不能体现出本专业的优势。
　　3.团队合作能力不足。随着社会的迅速发展，团队合作精神是推动经济发展不可或缺的关键。在大生学创新创业项目中，材料科学与工程专业学生与其他学院学生在合作方面有所欠缺。很难根据其他专业同学的建议改变自己产品的性能。这也从另一个角度体现出学生学习的内容与社会需求脱节。
　　二、材料科学与工程专业的改革与思考
　　基于我校材料科学与工程专业原有实验教学体系存在的问题，参考国内其他院校材料科学与工程专业教学改革的成果，以学校2018年人才培养计划修订为契机，对原有课程大纲、理论及实验教学内容进行了全面改革。改革的中心思想是基于材料科学与工程专业的培养目标，结合该专业拥有的仪器设备情况，将CDIO理念融入其中，培养符合社会要求的工程专业人才。
　　1.“构思”与“设计”。课堂理论教育应该以启发教育为主，让学生面对实际问题能够从教学的知识出发，做到自我“构思”和“设计”。教学过程中以具体工程材料最初的需求和原理为出发点，引导学生以问题为导向进行设计，尝试创新解决方案。将材料工程基本知识的学习发展成为学生探索研究、解决问题的过程。在教学过程中将学生的设计与实际方法进行对比和探讨，让学生的创造力与成功案例进行思想碰撞，这样更能让学生从中体会前人思想的精髓。如此课堂就像一个个实际案例一般，让学生能够更快地融入学习与探索的状态，在为以后实际工作打下良好知识基础的同时，也锻炼了他们的创新精神和创新意识。
　　2.“实现”。实验课程及实践教育应以学生为主，老师提供课题，学生自己想办法实现。传统的实验实践教育往往是老师讲解，学生模仿。我们的教育改革思路是提出需求，让学生自己提出方案，自己动手实现。在理论课堂上实现“构思”和“设计”锻炼后，在实验实践学习中，更重要的是培养学生的动手能力。教学中我们把实验实践学习模拟成一次次的工作考核，提前提出课程需要什么，要求学生在动手前提出成熟方案。看上去把动手能力放在了第二的位置，但实际上学生按照自己设计的方案去实践时会更有方向性，更加认真对待每个细节，无形中对动手能力提升更多。
　　3.“运作”。产品情况不能离开具体的市场需求，产品的运作效果需要根据社会要求进行改进。一个优秀产品的完善和定位离不开多专业人才共同决议。对于材料科学与工程专业学生的培养不能仅限于专业知识的学习，仅仅精通自身专业而对其他领域毫不了解的学生是无法满足社会需要的。按照学校培养“应用型、地方型”人才的宗旨，应该把一些经济学学科作为专业学科的一部分。学校生命科学院药学系把经济学基础作为专业必修课，他们培养的学生自我创业以及工作后的发展明显比其他专业学生要好很多，这点值得我们借鉴。 　　三、结语
　　面对传统教育面临的问题，将CDIO理念融入到材料工程专业教育改革中是一项大胆的教育创新，也是一项刻不容缓的工程。我们希望培养的学生在面对课题时能够自己提出问题及解决问题的方案，并在与他人合作的基础上解决问题，运用新的教学理念和方法，培养具有创新能力、合作能力的应用型人才。
　　参考文献
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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
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