基于CDIO工程教育模式的材料物理專業(yè)人才培養(yǎng)體系構(gòu)建

朱科　肖奎　謝忠祥　王海鑌　肖發(fā)新

摘 要 依據(jù)CDIO工程教育模式，借鑒國內(nèi)高校CDIO工程教育寶貴經(jīng)驗(yàn)，緊密把握以工程教育為背景，工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，工程能力培養(yǎng)為核心的理念，從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、知識(shí)素質(zhì)能力大綱、一體化課程、保障體系幾個(gè)方面構(gòu)建了材料物理專業(yè)人才培養(yǎng)體系，以期為企業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)崗位需求的高素質(zhì)高能力的材料工程技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 CDIO 工程教育模式 材料物理專業(yè) 人才培養(yǎng)

Abstract In order to cultivate high quality and ability of materials engineering and technical personnel for enterprise， a materials physics professional talent cultivation system was built from the professional training objectives， knowledge and ability syllabus， curriculum integration and security system by drawing the valuable CDIO engineering education experience of domestic college and adopting CDIO engineering education mode.

Keywords CDIO； Engineering education mode； materials physical specialty； talent cultivation

CDIO工程教育作為一套先進(jìn)的教育模式由麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)于2000年發(fā)起并經(jīng)過四年的探索研究而創(chuàng)立，受到國內(nèi)外高校廣泛矚目。CDIO即構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），以工程實(shí)踐為背景，以學(xué)生為中心，主動(dòng)參與到工程學(xué)習(xí)實(shí)踐，獲得相關(guān)知識(shí)技能[1-2]。2005年顧佩華教授首次將CDIO教學(xué)理念引入中國[3]。2011年中國共57 所高校開展 CDIO 工程教育模式試點(diǎn)工作，且已取得較好的成果[4]。

湖南工學(xué)院屬于教育部卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃高校，致力于培養(yǎng)“重基礎(chǔ)、重技術(shù)、重能力、高素質(zhì)”的“三重一高”應(yīng)用型人才。根據(jù)信息、新能源與光電行業(yè)的發(fā)展需求，我校2015年新申請(qǐng)?jiān)O(shè)置了材料物理專業(yè)，并將其作為CDIO工程教育試點(diǎn)專業(yè)。以此為契機(jī)，在過去一年中，我們?cè)趯?duì)企業(yè)崗位需求進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)兄弟院校的教學(xué)改革經(jīng)驗(yàn)，從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)（知識(shí)、能力與素質(zhì)大綱）、一體化課程計(jì)劃、保障體系等方面構(gòu)建了材料物理專業(yè)CDIO人才培養(yǎng)體系。

1 材料物理專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)

依據(jù)社會(huì)需求、學(xué)校定位、專業(yè)特色，結(jié)合實(shí)地調(diào)研和網(wǎng)絡(luò)調(diào)研，同時(shí)借鑒兄弟院校的經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了材料物理專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。我們?cè)O(shè)定專業(yè)目標(biāo)為培養(yǎng)掌握較系統(tǒng)的材料物理專業(yè)知識(shí)，具備工程管理基本知識(shí)，具備工程開發(fā)與應(yīng)用CDIO全過程的潛質(zhì)，具有較強(qiáng)的社會(huì)責(zé)任感的應(yīng)用型人才。同時(shí)依據(jù)CDIO大綱，從知識(shí)能力素質(zhì)幾個(gè)方面具體細(xì)化了專業(yè)目標(biāo)。此外，在明確本專業(yè)的一般目標(biāo)基礎(chǔ)上，我們以材料物理專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后可能從事的職業(yè)為基礎(chǔ)設(shè)定了三類崗位目標(biāo)（系統(tǒng)應(yīng)用工程師、材料與器件設(shè)計(jì)師、材料與器件制備/質(zhì)量工程師），這三類崗位是學(xué)生通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)后可能達(dá)到的不同目標(biāo)，并對(duì)崗位任務(wù)做了相應(yīng)規(guī)劃。三種崗位涉及的知識(shí)分配在大學(xué)四年的不同階段，這些知識(shí)是每一位學(xué)生都要學(xué)習(xí)的，但是根據(jù)知識(shí)掌握情況與學(xué)生興趣、特長等特點(diǎn)，因材施教，側(cè)重不同，引導(dǎo)學(xué)生朝不同方向努力，以充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，突出重點(diǎn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)有興趣，學(xué)完有特長，最終成為特色人才。

2 材料物理專業(yè)CDIO知識(shí)、能力和素質(zhì)大綱設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)材料物理CDIO工程教育模式的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，在對(duì)學(xué)生、教師、行業(yè)、企業(yè)進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們制定出了涵括知識(shí)能力素質(zhì)的詳細(xì)可行的材料物理專業(yè)CDIO培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。制定的專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)包括4個(gè)方面：（1）技術(shù)知識(shí)和推理；（2）個(gè)人能力、職業(yè)能力和態(tài)度；（3）人際交往能力：團(tuán)隊(duì)工作和交流；（4）在企業(yè)和社會(huì)環(huán)境下構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行系統(tǒng)（CDIO）。這4個(gè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成CDIO大綱的第一層內(nèi)容。從第一層內(nèi)容出發(fā)，進(jìn)一步將標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化、充實(shí)，我們構(gòu)建了專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的第二層內(nèi)容，如個(gè)人能力、職業(yè)能力與態(tài)度方面，我們細(xì)化為工程推理與解決問題的能力，對(duì)工程問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和調(diào)查、分析的能力，個(gè)人能力與態(tài)度等幾個(gè)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下面再詳細(xì)構(gòu)建若干三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，直至在具體的課程和教學(xué)中能充分實(shí)現(xiàn)CDIO教學(xué)大綱所包含的知識(shí)、能力和素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。按照這樣的思路，我們構(gòu)建了集知識(shí)、能力和素質(zhì)為一體的材料物理專業(yè)CDIO大綱，如表1所示。

表1 材料物理專業(yè)CDIO知識(shí)、能力和素質(zhì)大綱

3 一體化課程體系的構(gòu)建

為了達(dá)到材料物理CDIO專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，我們按照CDIO培養(yǎng)模式，構(gòu)建了以三級(jí)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目為載體的一體化課程體系。如圖1所示的魚骨型一體化課程明確了材料物理專業(yè)培養(yǎng)的基本路線，將各學(xué)科課程與實(shí)踐能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合在一起。我們?yōu)椴牧衔锢韺I(yè)設(shè)計(jì)了4個(gè)一級(jí)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，6個(gè)二級(jí)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，若干三級(jí)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目作為主干，以此安排課程門類、進(jìn)度。其中一級(jí)項(xiàng)目面向角色定位與培養(yǎng)目標(biāo)，包含本專業(yè)核心課程和能力要求，持續(xù)貫穿于整個(gè)大學(xué)4年階段。在項(xiàng)目實(shí)施中，教師將全班學(xué)生分為若干團(tuán)隊(duì)，每個(gè)團(tuán)隊(duì)4～6人，由教師分派或?qū)W生自己提出一個(gè)具體的項(xiàng)目，從功能材料選擇、材料與器件結(jié)構(gòu)與性能設(shè)計(jì)、材料與器件制備工藝設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建造等方面出發(fā)構(gòu)思、設(shè)計(jì)，直到將產(chǎn)品成功制造出來，完成一個(gè)完整的C-D-I-O全過程，從而達(dá)到相關(guān)能力培養(yǎng)要求。在“材料合成與制備工藝”、“材料結(jié)構(gòu)與性能設(shè)計(jì)”、“器件制備工藝”和“器件結(jié)構(gòu)與性能”等6個(gè)二級(jí)項(xiàng)目中，每個(gè)項(xiàng)目都是基于材料物理課程群的綜合性設(shè)計(jì)項(xiàng)目，能夠把各門課程中密切關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)有效貫通起來，實(shí)現(xiàn)課程群知識(shí)之間的有機(jī)聯(lián)系。三級(jí)項(xiàng)目以單門課程為基礎(chǔ)，根據(jù)課程教學(xué)重點(diǎn)設(shè)立的實(shí)踐項(xiàng)目，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程重要知識(shí)點(diǎn)的掌握，達(dá)到對(duì)理論知識(shí)的靈活應(yīng)用。

通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)（如圖1），可以有效地打通課程學(xué)習(xí)脈絡(luò)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生探索精神，訓(xùn)練學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐與創(chuàng)造能力，達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

4 CDIO保障體系的構(gòu)建

為了保證材料物理專業(yè)CDIO工程教育順利開展并能持續(xù)改進(jìn)，需要構(gòu)建相應(yīng)的保障體系。我們從學(xué)校教學(xué)條件、師資力量、校企合作及管理與改進(jìn)機(jī)制四個(gè)方面加以配置資源及深化改革。

首先學(xué)校將在材料物理專業(yè)前期投入500萬資金，重點(diǎn)建設(shè)三個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，兩個(gè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地。學(xué)校安排一名副校級(jí)領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)系、指導(dǎo)專業(yè)建設(shè)工作。學(xué)校鼓勵(lì)、支持教師參加國內(nèi)高校CDIO教育交流、培訓(xùn)，減少教師年課堂授課課時(shí)，增加CDIO實(shí)踐課時(shí)與課酬；在與學(xué)生學(xué)分政策方面進(jìn)行相應(yīng)改革，增加實(shí)踐學(xué)分，設(shè)立實(shí)踐加分獎(jiǎng)勵(lì)，從而調(diào)動(dòng)教師與學(xué)生的參與熱忱度。

其次，在師資方面，成立CDIO項(xiàng)目指導(dǎo)教師團(tuán)隊(duì)及課程改革師資團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)教師由教授、副教授、博士擔(dān)任，每位指導(dǎo)教師指導(dǎo)一個(gè)6～7名學(xué)生組成的項(xiàng)目組，負(fù)責(zé)一、二級(jí)項(xiàng)目選題設(shè)計(jì)、組織與運(yùn)行。課程改革團(tuán)隊(duì)教師主要負(fù)責(zé)開展單門課程的CDIO大綱、教案、三級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及基于項(xiàng)目/問題探究式教學(xué)方法的研究實(shí)踐。此外，教師工程能力是CDIO教育的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，特別要加強(qiáng)教師CDIO能力的培養(yǎng)。為此，我們專業(yè)將每年選派教師參加全國CDIO教育工作會(huì)議，到CDIO試點(diǎn)高校交流、訪問，到企業(yè)掛職鍛煉，建立高校、企業(yè)培訓(xùn)教師CDIO能力的雙重機(jī)制。

第三，加強(qiáng)與深化校企合作辦學(xué)。目前，學(xué)校牽頭與衡陽市白沙洲高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的數(shù)家新材料及光電企業(yè)開展校企合作，建立材料物理企業(yè)實(shí)踐實(shí)習(xí)基地。聘請(qǐng)10位企業(yè)人員擔(dān)任項(xiàng)目導(dǎo)師，負(fù)責(zé)指導(dǎo)部分學(xué)生的實(shí)踐。下一步擬將企業(yè)引入校園，成立校企合作創(chuàng)新工作室，雙方提供資金、技術(shù)、人員，指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)設(shè)計(jì)。同時(shí)加強(qiáng)雙師型教師培養(yǎng)，選派教師進(jìn)入企業(yè)掛職鍛煉。

第四，在CDIO教育全過程的管理與改進(jìn)方面，注重項(xiàng)目管理，每個(gè)項(xiàng)目組配備一名項(xiàng)目秘書負(fù)責(zé)項(xiàng)目建檔與監(jiān)控。在項(xiàng)目考核上，實(shí)行分階段分節(jié)點(diǎn)考核，以加強(qiáng)過程管理?？己朔矫?，由項(xiàng)目指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)相應(yīng)的考核大綱，以小組成果展示，項(xiàng)目匯報(bào)、答辯，項(xiàng)目體會(huì)與分享等形式進(jìn)行。課程考核降低理論考核比重、增加三級(jí)項(xiàng)目考核比重。項(xiàng)目實(shí)施過程實(shí)行階段性教學(xué)總結(jié)與反饋，及時(shí)修訂項(xiàng)目方案與培養(yǎng)方案。

5 總結(jié)與展望

近年來，CDIO工程教育在國內(nèi)多所高校試點(diǎn)、推行，取得了很大成功，獲得工程教育界熱烈反響。我們依據(jù)CDIO工程教育模式，借鑒國內(nèi)高校CDIO工程教育寶貴經(jīng)驗(yàn)，從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、知識(shí)素質(zhì)能力大綱、一體化課程、保障體系幾個(gè)方面構(gòu)建材料物理專業(yè)人才培養(yǎng)體系。該體系以工程教育為背景，工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，工程能力培養(yǎng)為核心出發(fā)為培養(yǎng)高素質(zhì)高能力的材料工程技術(shù)人才提供有力保障。

€L鼙疚牡玫膠鮮〗逃萄Ц母鏘钅俊盎贑DIO工程教育模式的材料物理專業(yè)人才培養(yǎng)方案的研究與實(shí)踐”（發(fā)文號(hào)：湘教通〔2005〕291 號(hào)）的資助

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