基于CDIO理念的地方高校生物工程專業(yè)實踐教學(xué)改革研究*

◆李莉梅 歐陽樂軍 韋明肯 韓寒冰 尹愛國 曾霞

基于CDIO理念的地方高校生物工程專業(yè)實踐教學(xué)改革研究*

◆李莉梅 歐陽樂軍 韋明肯 韓寒冰 尹愛國 曾霞

從傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在的問題以及樹立創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)一體化的教育理念和CDIO工程教育理念入手，以廣東石油化工學(xué)院生物工程專業(yè)為例，闡述構(gòu)建新型實驗教學(xué)模式的構(gòu)建目標、基本思路、構(gòu)建原理和實驗教學(xué)體系的創(chuàng)新，構(gòu)建一種基于創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的，與現(xiàn)代經(jīng)濟社會直接對接的生物工程專業(yè)實踐教學(xué)改革思路。

CDIO；生物工程；實驗教學(xué)；實踐教學(xué)

10.3969/j.issn.1671-489X.2016.14.141

CDIO教育理念是近年來提出的一種全新的教育理念。CDIO代表的是集構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）與運作（Operate）于一體的一種教育模式。它以產(chǎn)品從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學(xué)生采用主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式來學(xué)習(xí)知識，進而提高學(xué)生的綜合實踐能力。CDIO模式把培養(yǎng)目標融入整個課程體系中，每一個能力點都要具體落實到課程和課外活動中。CDIO為學(xué)生提供一種學(xué)習(xí)經(jīng)驗和情境，使學(xué)生在學(xué)習(xí)學(xué)科知識的同時，養(yǎng)成個人能力、人際交往能力以及產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行能力。更重要的是提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實施指導(dǎo)以及實施過程和結(jié)果檢驗的相應(yīng)標準，具有可操作性，為工程教學(xué)改革提供了模板。

本文以廣東石油化工學(xué)院生物工程專業(yè)為例，從本專業(yè)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核體系等方面，對基于CDIO理念的生物工程專業(yè)實驗教學(xué)進行較為詳細地的論述。結(jié)果表明，運用CDIO模式“做中學(xué)”的教育理念 指導(dǎo)生物工程專業(yè)的實驗教學(xué)，可以提升實驗教學(xué)的質(zhì)量，且有助于培養(yǎng)學(xué)生的開拓創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作精神。

1　基于CDIO模式實驗教學(xué)改革的意義

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的迅猛發(fā)展，大量先進科學(xué)理念與科學(xué)技術(shù)不斷涌入大學(xué)校園，但實踐教學(xué)所占比例仍然較低，學(xué)生的動手操作能力，分析問題、解決問題的能力不足，多數(shù)畢業(yè)生在走上工作崗位后，用人單位反饋學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力不足，嚴重影響了學(xué)生的就業(yè)和發(fā)展。而CDIO教育理念自形成之日起，便被廣泛應(yīng)用于高校工程技術(shù)型專業(yè)人才的培養(yǎng)項目。近年來，全世界已有近百所著名大學(xué)加入CDIO國際教育組織。目前，國內(nèi)各級各類高校根據(jù)自身特點及專業(yè)發(fā)展需求開展 了一系列教學(xué)改革，旨 在實現(xiàn)CDIO的應(yīng)用 本土化。其中研究成果較為卓著的當(dāng)屬清華大學(xué)工業(yè)工程系的CDIO專業(yè)課程體系建設(shè)。另外，此教育理念對高校人才培養(yǎng)、專業(yè)建設(shè)、課程教學(xué)改革等研究也具有積極指導(dǎo)意義。

面對用人單位對應(yīng)用型人才的需求，生物工程專業(yè)的學(xué)生只有具備較強的實踐能力，才有可能具有較強的創(chuàng)新能力，符合社會對人才質(zhì)量的要求。生物工程專業(yè)實踐課教學(xué)的目標就是培養(yǎng)學(xué)生實踐理念和創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思辨潛能。因此，在當(dāng)前教育教學(xué)大改革的背景下，探索符合當(dāng)代生物學(xué)發(fā)展規(guī)律和適應(yīng)生物學(xué)生發(fā)展特點的實驗教學(xué)模式勢在必行，從實際出發(fā)，勇于實踐，推陳出新，是改革和強化生物工程專業(yè)實踐教學(xué)的必由之路。

2　地方高校生物工程專業(yè)實踐教學(xué)現(xiàn)狀

教材與教學(xué)方法問題 生物工程專業(yè)實驗教學(xué)存在沒有完全系統(tǒng)地根據(jù)專業(yè)需求開設(shè)課程，課程之間存在內(nèi)容重復(fù)或遺漏等問題。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，不重視調(diào)研環(huán)節(jié)，“現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣”造成設(shè)計雷同。傳統(tǒng)的生物實驗教學(xué)模式，教師對實驗的相關(guān)內(nèi)容進行講解，然后演示實驗操作步驟；學(xué)生按照教師的講解與要求去重復(fù)實驗過程，碰到問題就求助于教師，自主思考的機會很少。在實驗教學(xué)過程中以教師為中心，而不是以學(xué)生的自主實驗為重點。

重理論、輕實踐，理論與實踐脫節(jié) 生物工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具有生物科學(xué)基本知識、生物技術(shù)基本技能和生物工程基本原理以及其產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)，能在工業(yè)、生物、食品等企事業(yè)單位和行政管理部門從事與生物工程領(lǐng)域有關(guān)的設(shè)計、生產(chǎn)、管理和新技術(shù)研究與新產(chǎn)品開發(fā)等工作的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，對學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的要求較高。受重理論、輕實踐傳統(tǒng)教學(xué)思想影響，造成理論與實踐脫節(jié)，學(xué)非所用，學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力很難得到真正的培養(yǎng)和提高。

實驗實訓(xùn)條件有待于進一步改善 實驗教學(xué)環(huán)境包括實驗室、實驗設(shè)備等建設(shè)，是實施素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐動手能力的根本前提。生物工程是一門多學(xué)科交叉融合、理論與實踐并重的新型綜合性學(xué)科，實踐性、應(yīng)用性、前沿性都很強，而專業(yè)的實驗性和實踐性是需要大筆資金做基礎(chǔ)的。廣東石油化工學(xué)院是以石油化工為特色的工科院校，按照有所為有所不為的建設(shè)策略，生物工程專業(yè)的實驗實訓(xùn)條件都很難得到滿足，以工程實踐能力培養(yǎng)的創(chuàng)新教育和創(chuàng)業(yè)教育在較長一段時間里難以得到體現(xiàn)。

綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗項目設(shè)置較少 由于實驗條件的限制以及專業(yè)、院系間的壁壘，跨系、跨領(lǐng)域的跨域交融、大實踐觀教學(xué)運行模式，并以項目實現(xiàn)為載體，以學(xué)生現(xiàn)代工程技術(shù)能力培養(yǎng)為龍頭，以突出學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為主線的現(xiàn)代實踐教學(xué)運行模式無法實施，大課堂、大教學(xué)的一體化育人體系也尚未建立。實驗室開放也無相應(yīng)制度，實驗室資源利用效率不高，這些都直接導(dǎo)致生物工程專業(yè)的綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗項目設(shè)置較少。

學(xué)生對生物實驗課學(xué)習(xí)積極性不高 由于應(yīng)試教育的原因，本科學(xué)生在中學(xué)階段幾乎很少開設(shè)生物學(xué)實驗課，即使少數(shù)學(xué)校開設(shè)了生物實驗課，也沒有被單獨作為一門課程進行考核。從總體上來說，學(xué)生的生物實驗基礎(chǔ)較差，導(dǎo)致在本科階段剛開始就會覺得實驗課很難，從而對實驗課的學(xué)習(xí)沒興趣甚至是反感，還會造成惡性循環(huán)。有的學(xué)生害怕做實驗，對自己也沒信心，依賴性很強，同一小組往往只有部分學(xué)生親自動手完成實驗。這樣的實驗教學(xué)難以取得理想的教學(xué)效果。

實驗教學(xué)的考核不到位 實驗考核是督促學(xué)生學(xué)習(xí)的手段，同時也是考核學(xué)生實驗技能的有效方法。目前，地方高校實踐教學(xué)考核只注重結(jié)果的考核，沒有對實踐的過程進行考核，不能真正考核學(xué)生的真實水平；沒有對實驗過程中吃苦耐勞、團隊合作等職業(yè)素質(zhì)的考核，而這些恰是當(dāng)前多數(shù)企業(yè)重要的用人標準之一。

3　基于CDIO理念的生物工程專業(yè)實踐教學(xué)改革主要內(nèi)容

強化課程交融，實現(xiàn)實驗教學(xué)體系模塊化 建立專業(yè)模塊課實驗教學(xué)體系， 打破課程界限，以強化學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，按照專業(yè)模塊課的屬性、課程地位、實驗項目目的及技能培養(yǎng)要求，將課程實驗分為基礎(chǔ)知識層實驗、專業(yè)技能層實驗和綜合 性、創(chuàng)新設(shè)計層實驗三個 層次，每個層次對應(yīng)若干專業(yè)模塊課程，并由若干實驗項目構(gòu)成專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容的總體框架。

整合和優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容 根據(jù)專業(yè)課程的屬性和地位，整合和優(yōu)化課程實驗教學(xué)內(nèi)容，獨立設(shè)置實驗課，從而將“課實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩嶒炚n”，不僅增加了實驗學(xué)時的機動性，而且加強了相關(guān)課程知識間的交融和關(guān)聯(lián)，避免了相關(guān)實驗在不同專業(yè)課程中重復(fù)開設(shè)。對于工程學(xué)來說，新型的科研成果對學(xué)習(xí)有著很大的幫助。將科 研成果編寫出書引入教學(xué)，可以根 據(jù)CDIO的教學(xué)理念，實現(xiàn)從理論到實踐的過程，或?qū)⒖蒲谐晒苯油ㄟ^實驗的形式展現(xiàn)出來，使得學(xué)生可以近距離感受科學(xué)的魅力，激發(fā)創(chuàng)造能力。

樹立以學(xué)生為本的實驗教學(xué)理念，完善教學(xué)手段，增強實驗教學(xué)效果 課程教學(xué)以“以學(xué)生興趣為中心”“研究性、探索性、協(xié)作性學(xué)習(xí)”等現(xiàn)代教育理念來指導(dǎo)教學(xué)改革，在教學(xué)方法上用“學(xué)生自主、探索和合作的學(xué)習(xí)方式”逐步改變“以教師為中心，以課堂為中心，以書本為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)方法，以創(chuàng)新教育和實驗教學(xué)為理念，促進學(xué)生創(chuàng)新 意識的 提高；靈活運用虛擬實驗教學(xué)等手段，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，以促進學(xué)生學(xué)習(xí)能力的發(fā)展；重視在實驗和實踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和獨立思考能力。堅持理論教學(xué)與實驗教學(xué)并重，重視在實驗和實踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和獨立思考能力。

實行“三結(jié)合”的實踐教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力科研帶動了生物工程行業(yè)的發(fā)展，沒有科研就沒有創(chuàng)新。生物工程專業(yè)實驗教學(xué)過程中應(yīng)積極開展以專業(yè)為依托，以學(xué)術(shù)導(dǎo)師為指導(dǎo)，以學(xué)生為主體，以開放性探究實驗、課外學(xué)術(shù)科技競賽以及本專業(yè)課程教師的科研課題和學(xué)生畢業(yè)論文為實踐教學(xué)第二課堂的主要研究內(nèi)容，堅持把本專業(yè)實踐教學(xué)與指導(dǎo)教師的科研課題研究相結(jié)合，與各類創(chuàng)新培養(yǎng)訓(xùn)練項目相結(jié)合，與各類課外學(xué)術(shù)競賽活動相結(jié)合的“三結(jié)合”模式，形成不同學(xué)科知識的交叉融合，探索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。

開放實驗室，加強學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng) 近年來，廣東石油化工學(xué)院生物工程專業(yè)建立健全了《開放實驗室學(xué)生負責(zé)制》《開放實驗室安全管理規(guī)則》《開放實驗室儀器設(shè)備管理辦法》《開放實驗室儀器損壞賠償辦法》等規(guī)章制度，通過擴大開放和強化管理，鼓勵學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識及課程要求自主設(shè)計實驗項目；再結(jié)合項目研究需要，與研究室的負責(zé)教師聯(lián)系，預(yù)約實驗時間和實驗設(shè)備，并請教師進行指導(dǎo)，從而有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使其真正成為實驗教學(xué)的主體，以加強工程實踐及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

轉(zhuǎn)變教育觀念，建立跨課程、跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的教學(xué)運行模式 以現(xiàn)有實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，并以項目實現(xiàn)為載體，以學(xué)生現(xiàn)代工程技術(shù)能力培養(yǎng)為龍頭，以突出學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)為主線的現(xiàn)代實踐教學(xué)運行模式是培養(yǎng)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)全面發(fā)展的根本保證。在教育過程中，對學(xué)生進行工程系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行，讓學(xué)生在理論的基礎(chǔ)上進行實踐，為其提供更多的工作上的經(jīng)驗，使學(xué)生成為新產(chǎn)品或系統(tǒng)創(chuàng)造和執(zhí)行過程中的領(lǐng)導(dǎo)者，也使得他們意識到自己工作的重要性。

實施基于實驗過程的評價體系與形式多樣的考核方法考核評價不僅要看學(xué)生實驗的結(jié)果，更要重視得出實驗結(jié)論的過程。比如在中分階段，按課題任務(wù)或進度來進行評價，保證每一個評價階段都能讓學(xué)生明確已完成的內(nèi)容、未完成的內(nèi)容、方案的制訂、改進等。另外， 根據(jù)課堂內(nèi)實驗完成情況，課堂外設(shè)計綜合型實驗和創(chuàng)新型實驗的參與項目數(shù)以及完成情況，對每一位學(xué)生進行綜合評價，使學(xué)生通過項目實戰(zhàn)，激發(fā)創(chuàng)造性思維，提升發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。建立科學(xué)的評價體系，也引入“第三方（企業(yè)/用人單位）”評價機制，通過學(xué)校、企業(yè)、學(xué)生對學(xué)生的工程實踐能力進行綜合評價。

4　結(jié)語

在地方高校生物工程專業(yè)實踐教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)校應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標和學(xué)科專業(yè)發(fā)展的特點，精心構(gòu)建實踐教學(xué)內(nèi)容體系，促使學(xué)生在實踐操作過程中更加注重實驗操作技能的提高，注意實驗結(jié)果的總結(jié)與問題討論分析，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，取得良好的教學(xué)效果?！?/p>

［1］黃儒強，李娘輝，尤蓉，等.生物工程本科專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的初步探索［J］.華南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011（4）：19-21.

［2］冀頤之，趙有璽，趙偉，等.基于CDIO理念的生物工程人才培養(yǎng)模式探索［J］.高校生物學(xué)教學(xué)研究：電子版，2012，2（3）：15-18.

［3］葉偉萍，向本瓊，王英典.美國一流大學(xué)生物學(xué)本科專業(yè)設(shè)置的啟示［J/EB］.高校生物教學(xué)研究：電子版，2011（1）：57-61.

［4］吳功德，王曉麗.地方應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)模式的改革思路［J］.教育教學(xué)論壇，2016（1）：88-89.

［5］任珂.基于協(xié)同創(chuàng)新視角的高校卓越工程師培養(yǎng)研究［J］.中國高教研究，2013（7）：92-95.

G642.0

B

1671-489X（2016）14-0141-03

*基金支助：廣東石油化工學(xué)院生物化學(xué)校級精品資源共享課項目以及廣東石油化工學(xué)院2015年度校級教研項目與實驗教學(xué)改革項目支助，廣東石油化工學(xué)院創(chuàng)新實驗區(qū)（204376）、校級質(zhì)量工程項目（214122）支助，以及廣東省高職教改項目（201401011）、廣東高校質(zhì)量工程項目（粵教高函〔2015〕133號）。

作者：李莉梅，廣東石油化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院實驗師，主要從事生物化學(xué)實驗教學(xué)與研究；歐陽樂軍（通訊作者）、韋明肯、韓寒冰、尹愛國、曾霞，廣東石油化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院（525000）。