《生物醫(yī)學材料》課程CDIO模式改革

楊涵崧 朱永長 李國晶 張云龍 王濤 彭太

摘 要：為適應經(jīng)濟全球化形勢下產(chǎn)業(yè)發(fā)展對創(chuàng)新工程人才的需求，實施制造業(yè)強國戰(zhàn)略，2016年教育部成立CDIO工程教育聯(lián)盟。佳木斯大學2012年組建CDIO工程教育團隊，對《生物醫(yī)學材料》課程采用CDIO工程教育模式，在培養(yǎng)目標與課程教學大綱的CDIO工程定位、課程教學內(nèi)容改革、翻轉課堂設計、開展模擬項目訓練、教學反思與反饋活動等方面改革，取得了預期成效。

關鍵詞：CDIO工程教育 生物醫(yī)學材料 改革

中圖分類號：F016.3;G642.0? 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2022）04-204-02

CDIO由構思、設計、實現(xiàn)以及運作（Conceive、Design、Implement、Operate）構成[1，2]?，F(xiàn)將佳木斯大學無機非金屬材料工程專業(yè)課程《生物醫(yī)學材料》CDIO工程教育的改革予以總結。

一、課程CDIO工程教育定位

（一）培養(yǎng)目標與課程教學大綱的CDIO工程定位

筆者所在的佳木斯大學分別在2012、2016、2019年對無機非金屬材料工程專業(yè)分別進行了三次培養(yǎng)方案和課程教學大綱的重新定位與調(diào)整，更加突出工程教育理念，使學生的學科知識和產(chǎn)品研發(fā)實踐結合，融產(chǎn)業(yè)發(fā)展與產(chǎn)品發(fā)展同步的CDIO工程教育模式。2019版專業(yè)培養(yǎng)目標可以分解為5個目標和12條要求[3]。

（二）課程CDIO工程教育定位

《生物醫(yī)學材料》課程對學生的能力大綱要求見表1[3-5]。

二、課程CDIO工程教育改革

（一）課程教學內(nèi)容改革

1.部分課程內(nèi)容取材于實際案例，向學生滲透工程意識。在講授鈦與鈦合金的生物醫(yī)用領域時，選取了兩個真實素材。在顱腦外科使用方面，教師把協(xié)和醫(yī)院2010年11月成功用人工鈦頭骨實現(xiàn)“半腦兒”男孩顱骨修復手術的事例引入課程。貴陽少年強強（化名），患上了世界上罕見的怪病——戈勒姆癥，中醫(yī)稱為“溶骨癥”，牙齒全部脫落，其下頜骨也完全溶解消失。經(jīng)國內(nèi)外多家醫(yī)院治療都沒有效果。第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)學院多名專家教授，于2008年11月為強強的下巴成功實施安裝仿生鈦材料和自體骨移植手術。

這兩例醫(yī)用鈦及鈦合金的臨床應用，涉及鈦及鈦合金材料的冶煉、成形、表面處理等工藝，都體現(xiàn)著工程應用的能力，借此機會向學生灌輸工程與實踐、綜合性學習的思想。將我國制造業(yè)強國戰(zhàn)略傳達給學生，增強對CDIO工程教育模式必要性、重要性的理解。

2.將最新知識和科技成果教給學生。例如學習組織工程學內(nèi)容時，把干細胞工程、克隆技術作為課程內(nèi)容的延續(xù)，拓寬學生知識視野。利用人工皮膚的培養(yǎng)、兔子耳朵上復制“人耳”、克隆猴以及利用人工流產(chǎn)進行的胚胎干細胞培育等知識，一方面讓學生了解最前沿的學科內(nèi)容與熱點，培養(yǎng)學生建立學科交叉融合的思想，增加開放度;一方面對學生進行思政教育，培養(yǎng)學生的專業(yè)自豪感和專業(yè)認同感，鼓勵學生樹立建設祖國理想，努力學習。同時通過任務驅動，向學生說明核心技術是國之重器，核心技術需牢牢掌握在自己手中的思政教育[6]。

（二）“翻轉課堂”設計[7]

長期以來，教師的教學常常是教師講、學生聽、學生與教師交流少的傳統(tǒng)模式。鑒于《生物醫(yī)學材料》課程學時少、教學內(nèi)容多、理論知識需要程度不深的特點，將部分教學內(nèi)容如仿生材料、干細胞工程等，提前進行錄像，課前一周發(fā)給學生，同時利用微信班級群、智慧樹學習活動板塊留下學習的思考題，讓學生提前自主學習;上課時先隨機抽查學生課前學習情況，在課堂授課過程中將思考題進行解答;課堂與開啟智慧樹見面課同時進行，每節(jié)課進行2～3次投票、搶答、頭腦風暴等活動，同時采取智慧軟件隨機點名方式，防止學生“掛機”人不在，也可隨時把握學生學習狀況，提高學生學習的專注度;對需要討論學習的內(nèi)容，提前把任務分配到各學習小組，小組討論得出結果或結論后，由其他組進行點評，最后教師再進行總結。

通過“翻轉課堂”的設計，克服了課程教學內(nèi)容容量大、學時偏少的狀況，有效地防止學生上課溜號、玩手機現(xiàn)象的發(fā)生，課堂秩序、授課質量明顯好于傳統(tǒng)上課模式。

（三）開展工程模擬訓練

一是進行一次完整的實踐工程項目模擬訓練。將自主設計和制備致密生物活性羥基磷灰石陶瓷、制備多孔生物材料、制備生物玻璃等實訓內(nèi)容發(fā)給各學習小組，要求各小組集體完成從原料制備與檢測、成型、燒結、性能測試等內(nèi)容的方案設計，構建學生綜合素質、個人能力、過程和系統(tǒng)的能力。

二是研究、篩選和判別無機非金屬材料工程復雜問題的影響因素。在上課第一周，給每名學生留一個綜述性的課題，一人一題，要求課程結束前一周完成。參考文獻數(shù)量不少于30篇，近五年文獻不少于10篇，外文文獻不少于5篇。按照擬定的期刊格式要求成文，并準備一個PPT課件，教師向學校申請4學時的多媒體教室，每名學生對自己的綜述性論文進行講解，并由學生組成的答辯委員會當場給出成績。

（四）做好課程反思與反饋活動

1.教師課程反思活動。知人為聰，知己為明，知人不易，知己更難。教師以課堂教學為切入點，通過實踐、反思、再實踐的過程，不斷提高對教學能力和理論的認識，提高教學的實戰(zhàn)能力。

借助“翻轉課堂”的錄像錄音、學校的教學視頻、上課過程中給自己錄的聲音等信息，自我反思教師上課存在的問題和需要改進的細節(jié)，及時予以改進和改正。比如2020春季學期，利用釘釘網(wǎng)絡課程的回放功能，發(fā)現(xiàn)主講教師存在“啊”“那么”“然后”等承接語過多，語速偏快、偶爾吐字不清晰等問題，事后進行了針對性自我調(diào)整，短期內(nèi)取得了明顯改觀;在《生物醫(yī)學材料》課程每一個教學周期，規(guī)定課程教學團隊教師互聽互評至少三次課，將每次聽課的評價反饋給授課教師;利用教研室開會、集體備課、課程總結的機會，用“紅紅臉、出出汗”的做法，指出教師上課存在的問題，教師對照予以整改。

2.教師不斷提升教學能力。首先，教師要定準自己位置，“我們是干什么的——教書育人。”往大了說，我們要講黨性原則，忠誠黨的教育事業(yè)，往小了說，我們要對得起良心道德，尊重教師這一職業(yè)，對得起這份工作。把對學生的授課當成自己的生命線，安身立命之本，從嚴治學、嚴謹執(zhí)教。其次，發(fā)揮教師的主導地位，調(diào)動學生學習的積極性和主動學習。明確告知學生，工科專業(yè)課的學習，枯燥晦澀難懂是正常的，要耐得住寂寞，學習需要啃骨頭的精神。教育學生正視大學的學習生活;幫助學生克服焦躁和浮躁情緒;與學生平等共處;對學生要有愛心;教育要公正;與學生進行換位思考，關心學生愛護學生，要求他們自立自強[8]。第三，及時進行自我調(diào)整和心理疏導，不把工作、同事、家庭瑣事的不愉快情緒帶到課堂，用舒緩平和的心態(tài)上課。上課中如出現(xiàn)學生知識掌握差、聽課狀態(tài)不好、玩手機吃零食等現(xiàn)象時，及時管理但不能影響自己的教學狀態(tài)。

《生物醫(yī)學材料》課程教學團隊秉承一個信念，那就是教好每一門課和每一次課，一下子達到高水平不現(xiàn)實，有計劃地在一個教學輪次中，刻意地著重提升某些章節(jié)的教學能力，利用三到五個教學周期實現(xiàn)整體水平提高。多向同行學習，取長補短。

3.學生對課程反饋。利用期中教學檢查、師生座談會、組織調(diào)查問卷等形式，讓學生對課程教學把想說的話說出來，讓學生對教師提出改進意見，請學生提出對教師的授課內(nèi)容、授課形式的要求，信息反饋給授課教師。課程團隊教師本著“有則改之、無則加勉”的虛心態(tài)度，接受學生的批評建議并予以改進調(diào)整。

三、結果對比

通過對比，《生物醫(yī)學材料》課程在實施CDIO工程教育后，課堂教學手段更加靈活，課堂學習氣氛活躍。學生綜合設計能力、工程意識明顯提高，考試成績比實施CDIO工程教育前平均分提高5～7分，達到了預期成效。

[基金項目：佳木斯大學教育教學改革研究項目（編號2020JY2-18）;黑龍江省高等教育學會規(guī)劃課題（課題編號14G133）]

參考文獻：

[1] 周細林.基于CDIO的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究與實踐[J].科技與創(chuàng)新，2020（22）：113-114.

[2] 李順年，王銳.基于CDIO模式的產(chǎn)品設計專業(yè)創(chuàng)新教學模式實踐探究[J].教育教學論壇，2020（33）：207-209.

[3] 佳木斯大學年本科專業(yè)培養(yǎng)方案（2019）：499-510.

[4] 佳木斯大學《生物醫(yī)學材料》課程教學大綱（2019）：218-223.

[5] 百度文庫.CDIO介紹[OL].（2010-11-04）[2020-01-04].http：//wenku.baidu.com/view/b2df686e58fafab069dc02c4.html

[6] 張苗玲，張?zhí)?大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入高校思想政治教育的研究.國際公關，2020（10）：42-43.

[7] 魯建輝.地方高校慕課翻轉課堂混合式教學的適宜性探析[J].黑龍江教育，2020（01）：70-72.

[8] 楊涵崧，李國晶，李慕勤，等.無機材料科學基礎課程教學改革初探[J].實驗室科學，2012（04）：6-8.

（作者單位：佳木斯大學 黑龍江佳木斯 154000）

（責編：若佳）