劉 軍 孟獻豐 楊 娟

江蘇大學 江蘇鎮(zhèn)江 212013

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程[1]。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這4個層面達到預定目標。在此理念指導下，江蘇大學無機非金屬材料工程專業(yè)以理論與實踐緊密結(jié)合，培養(yǎng)工程應(yīng)用創(chuàng)新型高級技術(shù)人才為辦學思路和定位。為了更好地培養(yǎng)學生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，該專業(yè)從培養(yǎng)計劃內(nèi)和培養(yǎng)計劃外兩方面入手，構(gòu)建多層次全方位培養(yǎng)實踐與創(chuàng)新能力的專業(yè)培養(yǎng)體系并付諸實施，取得明顯效果。

1 實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建思路

培養(yǎng)計劃內(nèi)的實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系構(gòu)建主要是對原有的實驗、課程設(shè)計、實習和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)進行改革，建立更加注重提高學生實踐能力和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)方式；培養(yǎng)計劃外的實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系主要是構(gòu)建“課外興趣小組—科研立項—參與科研項目”為主線的大學生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，其目的更加注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 培養(yǎng)計劃內(nèi)實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的設(shè)計

培養(yǎng)計劃內(nèi)實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的設(shè)計是針對全體學生的，目標是提高無機材料專業(yè)學生的整體素質(zhì)的工程實踐能力。我們結(jié)合大材料學科平臺的建設(shè)，將專業(yè)實踐性教學內(nèi)容進行綜合改革，建立新的實踐教學平臺。首先，我們將專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課整合成材料科學基礎(chǔ)、材料工程基礎(chǔ)和材料制備工藝3個課程群，打破課程界限，按課程群設(shè)置獨立的綜合性實驗體系和課程設(shè)計體系，形成“理論教學－綜合實驗－課程設(shè)計”相互補充、相互依存的三位一體的課程體系。理論教學內(nèi)容是基礎(chǔ)，綜合性實驗是理論知識的應(yīng)用，而課程設(shè)計則是綜合運用課程所學的理論性知識及實驗得到的實踐性知識，研究和解決實際問題[2]。

3 培養(yǎng)計劃內(nèi)實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的實現(xiàn)與運作

3.1 實驗體系的設(shè)計與運作

在構(gòu)建綜合性實驗教學環(huán)節(jié)時，對實驗內(nèi)容進行更新和補充，開設(shè)信息功能材料、結(jié)構(gòu)陶瓷材料和玻璃材料及熱工儀表3個綜合性系列實驗，分別與3個課程群相呼應(yīng)，并編寫出版了實驗教材[3]。以結(jié)構(gòu)陶瓷材料系列實驗為例，改革前，粉體工程的課程實驗進行粉體制備方法和粉體粒度測定的實驗；無機材料工藝學的課程實驗則進行成型、燒結(jié)等實驗內(nèi)容；而材料的性能和顯微結(jié)構(gòu)測試實驗又分別分散在無機材料測試方法和無機材料物理性能的課程中，各個實驗之間沒有聯(lián)系。改革后，結(jié)構(gòu)陶瓷材料系列實驗從微/納米氧化鋯粉體制備開始，讓學生自己制備實驗所需的氧化鋯粉體，進行粉體性能測定，然后用所制備粉體進行成型、燒結(jié)，制得氧化鋯增韌陶瓷材料，再將所制備材料進行加工，最終測試材料性能和觀察顯微結(jié)構(gòu)。這樣，整個系列實驗成為一個相互聯(lián)系的有機整體，讓學生掌握了材料制備和分析的整個過程。

3.2 課程設(shè)計體系的設(shè)計與運作

課程設(shè)計是介于基本實驗和畢業(yè)設(shè)計之間的實踐教學環(huán)節(jié)，我們針對3個課程群設(shè)立了3個課程設(shè)計，分別為材料科學設(shè)計、材料工程設(shè)計和材料制備課程設(shè)計。材料科學設(shè)計側(cè)重于材料的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)形成過程基礎(chǔ)理論的應(yīng)用，培養(yǎng)學生的綜合分析問題和解決問題的能力及查閱與應(yīng)用文獻資料的能力和撰寫論文的能力。材料工程設(shè)計側(cè)重于材料熱工理論和設(shè)計技能的培養(yǎng)，同時也培養(yǎng)學生應(yīng)用計算機輔助設(shè)計與繪圖的能力。材料制備設(shè)計則側(cè)重于材料制備工藝的實踐，培養(yǎng)學生在工藝流程選擇、工藝參數(shù)確定和制備效果評價等方面相關(guān)的能力。如材料科學課程設(shè)計以材料科學體系的理論教學為基礎(chǔ)，以信息功能材料系列綜合性實驗為依托，在完成上述理論和實驗教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上撰寫研究論文。這樣，學生用理論知識解釋實驗中的現(xiàn)象和遇到的問題，并提出自己的觀點，不僅鞏固了書本知識，而且培養(yǎng)了學生分析問題的能力和創(chuàng)新能力，其效果是做習題遠遠達不到的[4,5]。

3.3 實習體系的設(shè)計與運作

生產(chǎn)實習是直接深入工廠的實踐環(huán)節(jié)，對工科學生尤其重要。我校無機非金屬材料專業(yè)長期以來，實習基地幾乎都建立在國有企業(yè)南京電氣集團。但南京電氣集團于2005年9月份全部改制。改制以后，企業(yè)以追求經(jīng)濟效益為主，不再允許學生參加實際操作，造成學生實習過程中接觸實際生產(chǎn)的機會減少。由于上述種種原因，生產(chǎn)實習往往只能是流于形式，沒有達到預期的目的。為解決這一問題，我們結(jié)合產(chǎn)、學、研基地的建設(shè)，建立了一些新的實習基地，實習過程中，改變以前教師為主導的現(xiàn)象，采取集中加開放式相結(jié)合的方式。集中式實習即所謂以教師為主體的實習方式，此方式可以在實習初期即對音像教材的學習、對實習基地總體情況及所涉及工藝過程的了解時采用。而在進入生產(chǎn)實際，特別是工藝過程中涉及多個工序時，實行開放式實習方式，即由學生獨立進行實習的方式。將學生分成小組，由教師給每組所涉及的不同工序提出一個待解決的問題，學生帶著問題走入每個工序，在實習過程中不斷尋找原因，找出解決問題的方案。這種實習辦法能增強學生的主動性，培養(yǎng)學生獨立工作能力。對于調(diào)動學生積極性，增強學生工程實踐能力大有益處。

畢業(yè)設(shè)計是綜合檢驗學生知識掌握情況及應(yīng)用能力的環(huán)節(jié)。無機材料專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計充分發(fā)揮教師各類課題較多的優(yōu)勢，讓學生參與到課題中，真刀真槍地搞設(shè)計。對于已經(jīng)與企業(yè)簽約的學生，也可以結(jié)合就業(yè)單位的實際問題選題，學校教師和企業(yè)技術(shù)人員共同指導。這樣，學生的工程應(yīng)用能力大大提高。

4 培養(yǎng)計劃外的實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的設(shè)計與實現(xiàn)

培養(yǎng)計劃外的實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系構(gòu)建主要針對一些學有余力的優(yōu)秀學生，其目的更加注重學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。我們構(gòu)建的“課外興趣小組—科研立項—參與科研項目”為主線的大學生科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式，強調(diào)學生課外科研活動的持續(xù)性[6]。由于有大量的課堂學習內(nèi)容，大學生在科研活動中投入的精力和研究生不具可比性，如果沒有持續(xù)性，就不能讓學生在參與課外科技活動的過程中接受系統(tǒng)培訓。在本模式中，大學生參與課外科技活動是一個系統(tǒng)工程，其工作模式類似于課題組的工作模式，能讓學生在參加課外科技活動的過程中提高科技創(chuàng)新能力。我們的優(yōu)勢是教與學結(jié)合緊密，指導教師往往是主要的任課教師，對學生知根知底，有利于因材施教。因此，我們的做法是將理論教學平臺、實驗與實踐教學平臺、課外科技創(chuàng)新平臺以及畢業(yè)設(shè)計平臺打通，探索一條課堂教學與課外活動相結(jié)合的創(chuàng)新教育之路。從大一開始就有意識地向?qū)W生發(fā)出課外科技創(chuàng)新活動的號召，讓學生提前介入或感受課外科技活動的氣氛。此外，在平時的課堂上向?qū)W生講解課外科技活動的理論和內(nèi)容，或把課外科技創(chuàng)新活動以課程作業(yè)的形式從課堂延伸到課外。例如，先讓學生學完課本上的知識點，然后給學生布置社會或企業(yè)存在的問題，要求學生開展調(diào)研，提出改進意見和措施。條件許可的話提供測試儀器，要求學生進行方案研究或優(yōu)化，并幫助完成實施報告或提供政策建議。結(jié)合江蘇大學團委和教務(wù)處的科研立項，結(jié)合指導教師的科研工作鼓勵興趣小組學生積極申報，使得學生有機會參與指導教師的縱、橫向課題，培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力，學生在這個統(tǒng)一的平臺下，根據(jù)指導教師創(chuàng)新能力培養(yǎng)方案開展研究性學習，在課外科技活動中展現(xiàn)創(chuàng)新能力。因此，學生是基于興趣的原因加入課外科技活動，這個課外科技活動一直連續(xù)到畢業(yè)設(shè)計階段甚至研究生階段，使學生的課外科技活動具有連貫性，保證學生在活動中創(chuàng)新能力不斷提高。

此模式已經(jīng)有成功案例，如該專業(yè)有一位學生，二年級時獲得大學生科研立項的資助，畢業(yè)設(shè)計在同一導師的指導下開展研究工作，被評為江蘇大學優(yōu)秀學位論文以后，將研究工作持續(xù)到碩士和博士階段，在國內(nèi)外重要期刊如《高等化學學報》"Journal of Materials Science"等期刊發(fā)表多篇研究論文。近年來，該專業(yè)每年都有若干畢業(yè)生因為優(yōu)良的綜合素質(zhì)被國內(nèi)一些頂尖大學免試錄取為研究生。

5 結(jié)語

基于CDIO理念的無機材料工程專業(yè)多層次全方位培養(yǎng)實踐與創(chuàng)新能力的實踐培養(yǎng)體系的運行在無機非金屬材料專業(yè)取得較好的效果。在應(yīng)用過程中，學生的動手能力和創(chuàng)新能力有較大提高。截至2016年，無機非金屬材料專業(yè)學生獲批省、校大學生科研立項目20余項，挑戰(zhàn)杯全國二等獎1項，星光杯獲獎3項，撰寫科研論文多篇，多名畢業(yè)生以優(yōu)異的成績考取清華大學、北京大學、北京航空航天學、東南大學等名校，畢業(yè)生的素質(zhì)受到用人單位的廣泛好評。實踐證明，這一體系對提高學生綜合素質(zhì)，增強工程實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力具有重要作用。

[1]顧佩華,胡文龍,陸小華,包能勝,林鵬.從CDIO在中國到中國的CDIO:發(fā)展路徑、產(chǎn)生的影響及其原因研究[J].高等工程教育研究,2017(1):24-43.

[2]Liu Jun, Chen Caifeng, Yang Juan.Constructing the Teaching System Integrating Theory Teaching with Comprehensive Experimentation and Course Design.Seminar on China Europe Engineering Education, 2005, Chongqing, 102-105.

[3]劉軍,楊娟,陳彩鳳.無機材料專業(yè)現(xiàn)代實驗教學模式的改革與實踐[J].中國教育教學研究雜志,2009(193):52-54.

[4]Jun Liu, Juan Yang and Liyong Tang. Study on integrated course project of materials science. Advances in Education Research,2013(21):8-11.

[5]劉軍,楊娟,唐麗永,陳彩鳳.材料科學綜合性課程設(shè)計的實踐與研究[J].科學導報,2013(1):26.

[6]楊娟,徐桂芳,劉軍.工科學生課外科技活動中創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思考[C].第21屆全國高校安全工程學術(shù)年會論文集,2009:156-157.