基于CDIO理念的卓越工程師試點班交叉學科課程教學改革與實踐

馬筱聰+陳雷+黃華貴+于鳳琴

摘要：交叉學科是高等學校提高學術水平和教學水平，培養創新人才不可或缺的關鍵環節，是當前高水平大學發展的主要支撐點和主題。本文以燕山大學機械工程學院軋鋼專業卓越工程師試點班開設《先進鋼鐵材料工藝與技術基礎》的教學實踐為案例，介紹了以CDIO工程教育理念和模式指導下交叉學科課程的教學改革情況，總結了教學方法和改革思路，指出教學改革中仍存在的弊端，為建立學科交叉適用的教學平臺提供了經驗。

關鍵詞：CDIO；卓越工程師；交叉學科；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）44-0122-03

一、引言

為落實國家中長期教育改革與發展規劃綱要精神，全面提升我國的人才競爭力，燕山大學機械學院2010年開始實施了“卓越工程師教育培養計劃”試點工程，旨在培養創新能力強，適應經濟社會發展需要的高質量復合型工程技術人才。結合學校和機械學院的實際情況，學院將“學科交叉、特色突破”，定為提高卓越工程師培養質量的著眼點，有意識地將機械、材料、電氣、計算機等多學科的知識交叉融合、滲透貫通到工程技術類基礎課中，注重將CDIO工程教育理念貫徹到卓越工程師試點班的教改之中，打破了傳統單一的教學模式，制訂了適合多學科交叉滲透的教學實踐計劃，優化了課程體系，補充了交叉學科課程，通過對教學內容和教學方法的改革，逐步探索卓越班學生所需的“貼近工程，貼近生產實際”的知識體系，以實現“卓越工程師”的培養目標，培養更具創新性的卓越工程人才。本文對軋鋼專業卓越工程師試點班《先進鋼鐵材料工藝與技術基礎》課程的教學改革實踐進行總結，為如何改進交叉學科課程教學提供相關建議和參考，與同行共勉。

二、課程特色與教學理念

《先進鋼鐵材料工藝與技術基礎》是針對當前軋鋼專業的發展趨勢，為軋鋼卓越工程師班專門開設的一門材料工程技術類基礎課。課程內容涉及材料、機械、冶金、力學等多門學科，具有學科交叉特色及理論與工程實踐密切結合的特點。學生除了進行課程學習外，還要參與跨學科的科學研究，使學生對未知領域的知識有所了解，并能夠靈活運用跨學科知識，將理論運用于實踐，具備解決鋼鐵產品成型工藝開發、成型設備、工藝優化的能力；使學生獲得獨立開展科學研究所必備的基礎理論、實驗方法以及數據處理等方面的訓練。為此，課程教學采用“課堂教學+討論互動+動手實驗”三位一體有機融合的教學新體系，選擇充分體現課程特點的研究項目，讓學生參加進來，在“做中學”，充分調動學生的學習積極性，全面培養學生的設計創新能力、制造能力、實驗能力、團隊精神與協作溝通能力。通過實驗和科研項目參與，使學生得到用跨學科理論知識解決具有學科交叉特點的工程實際問題的訓練，達到深化知識，鍛煉能力的效果。

三、教學手段與方法改革初探

1.引入案例式教學和課堂討論。引進案例式教學，將真正案例融于教學內容，而不是簡單介紹，切實做到寓教于研。盡量選擇教師本人的科研項目或者學校本土的科研成果作為教學案例。課上教師講述相關的理論和解決問題的方法，課下將卓工班學生分為若干組，組建小團隊，布置不同的討論內容和作業。這些討論和作業，既有獨立的研究內容和實施方案，又有機銜接，具有廣闊的延伸性和拓展性。課下不同組的同學可以自由討論，也可和教師交流，最后將討論的結果整理，以報告的形式上交，并在后面的教學環節中，專門討論，將各組的討論結果分析對比，盡可能保證每組學生都能講述自己的調研結果，最終由任課教師評定。這些經典案例的分析與討論，以及基于團隊的多學科交叉滲透的課程項目，不僅為學生提供了平等的主動參與教學的機會，也培養了學生的主動思考與探索能力，創新意識和實踐能力，分析與解決問題能力，文獻檢索和綜合能力，思想表達能力，團隊合作精神等，實現了對學生綜合能力和素質的培養。同時也能夠進一步提高教師教學的積極性與熱情。

2.更新課堂教學手段。更新課堂教學手段，將多媒體課件教學穿插到理論講述之中，特別是講到交叉學科中難懂的理論，由于學生自身的基礎較薄弱，利用精心制作的多媒體課件教學，可向學生傳輸大量學科前沿技術與新成果，彌補教材內容偏舊的缺欠。多媒體課件的教學信息量大，形式多樣化，圖文具茂，動畫與模擬配合補充，對學時少、理論知識抽象的課程是很好的補充；通過展示大量實驗結果圖片，并配合軟件技術實現教材中抽象理論內容的模擬仿真，起到了事半功倍的教學效果。

3.特色實驗教學，內容與課程設計相匹配?！断冗M鋼鐵材料工藝與技術基礎》課程偏重于材料領域的知識，根據課程特點，實驗內容要體現材料科學特色，并與機械工程有機結合，力爭與實際研發項目銜接，與工程實際貼近，與先進的實驗手段銜接。

軋鋼專業的課程設計或專業綜合訓練，以設計軋機和制定工藝為主，這些內容的分析與設計都需要準確地計算軋制力，軋制力則與材料的變形抗力密切相關。根據這一特點，將材料的塑性變形、組織、性能特點作為實驗課內容之一，與教師的科研項目相結合，使得學生在完成實驗的同時，也完成了課程設計的相關內容（軋制力計算）。

另外，設計了微觀組織的制備與觀察的實驗，使學生掌握金屬材料微觀組織變化和分析的基本方法。為了反映材料在熱塑性變形過程中的微觀變化，在材料熱塑性變形的過程中，組織的動態演變分析以及數值處理方法貫穿實驗的全過程。由于實驗內容更新穎、更直觀地反映科學問題，極大地提高了學生的學習興趣，培養了學生的團隊精神，學生由“被動實驗”到“主動參與實驗”，實驗效果大大增強。學生的實驗心得之一：“第一次親手制備出了亮如鏡面的鋼材試樣，第一次觀察到了鋼的真面目，終于明白了軋制力變化的原因。最終的成績已沒有當初那樣重要，我們在調研和實驗活動中的收獲，已遠超出了分數的價值?！睂嶒炐牡弥骸皥F隊合作更重要，一個人能力再強，沒有團隊的幫助，是完不成所有工作的，只有相互合作，各盡所長，才能又快又好地完成工作！”endprint

四、存在的問題與思考

交叉學科課程設立的初衷，是有利于促進不同學科交叉互滲，以培養學生的創新思維、專項能力、工程素質，拓寬學生的專業知識面。通過課程的教學實踐，發現卓工班在交叉學科教學實施過程中，還存在不足之處，具體表現在以下幾個方面。

1.距前期基礎課時間跨度長，學生不能快速進入狀態。從卓工班整體的教學計劃了解到，學生以前學過該門課有關的前續課程，但是距離這門課的學習已過了近1年，很多知識都忘了，加之這門課程涉及的知識面繁多，且比較抽象，致使學生在短時間內感到學習吃力，也給任課教師增加了教學困難，在講授一些關鍵知識點時，需花費較多時間復習前續相關基礎知識。

2.實驗室試驗手段有限。由于交叉學科的實驗方法比較特殊，本專業實驗室內進行傳統實驗的設備條件有限，難以滿足某些實驗要求，致使有些更直觀的實驗進行起來比較困難，有些實驗結果差強人意。建議調配學校的實驗室資源，對卓工班的實驗全面開放，讓學生了解更多未知未見的實驗設備和方法，能更好地調動學生的學習積極性。

3.學時相對較少，學生知識掌握不精。通過與學生交流，了解到卓工班的課程多、任務重，雖然學生學習興趣濃，但是由于學時較少，致使部分學生覺得學的內容不精，學習積極性下滑，不利于學生真正掌握相關知識并轉化為實際工作能力。當然，如何更好地平衡卓工班各門課程的學時分配，仍需學校、學院、任課教師總結、分析、改進。

五、結論

卓越計劃的實施，是燕山大學機械工程學院近年來教學工作的重點內容，學院在積極借鑒國際先進的CDIO工程教育模式基礎上，將卓越試點班的教學內容進一步調整和融合，增加了一些能夠調動學生積極性，拓寬學生知識面的交叉學科課程，開始了對交叉學科課程理論教學和實驗教學方法與教學手段的探索。這些課程以“做中學”為指導思想，注重培養學生的核心專業能力、工程實踐能力、知識運用能力、創新能力、團隊協作和交流表達能力，使學生們從被動學習變成主動學習，從強調理論學習變成理論學習與實踐學習并重，強化了工程實踐，學生在創新、實踐及團隊合作等各方面的能力得到提高。同時，通過及時總結和分析當前交叉學科教學上仍存在的一些問題和不足，努力制定改進政策和措施，力爭通過卓工班培養更多能適應社會需求的創新型、復合型、應用型人才。

參考文獻：

[1]周英，落實卓越工程師教育培養計劃大力培養工程科技創新人才[J].中國大學教學，2011，（8）：11-13.

[2]張文生，宋克茹，回歸工程教育理念下實施“卓越工程師教育培養計劃”的思考[J].西北工業大學學報（社會科學版），2011，（3）：77-79.

[3]林健，談實施“卓越工程師培養計劃”引發的若干變革[J].中國高等焦距，2010，（17）：30-32.

基金項目：國家青年科學基金資助項目（51101136）；河北省青年科學基金資助項目（E2012203013）；秦皇島市科學技術研究與發展計劃資助項目（2012021A087）

作者簡介：馬筱聰（1981-），女，河北廊坊人，碩士，助理研究員，主要研究方向為材料加工。endprint

四、存在的問題與思考

交叉學科課程設立的初衷，是有利于促進不同學科交叉互滲，以培養學生的創新思維、專項能力、工程素質，拓寬學生的專業知識面。通過課程的教學實踐，發現卓工班在交叉學科教學實施過程中，還存在不足之處，具體表現在以下幾個方面。

1.距前期基礎課時間跨度長，學生不能快速進入狀態。從卓工班整體的教學計劃了解到，學生以前學過該門課有關的前續課程，但是距離這門課的學習已過了近1年，很多知識都忘了，加之這門課程涉及的知識面繁多，且比較抽象，致使學生在短時間內感到學習吃力，也給任課教師增加了教學困難，在講授一些關鍵知識點時，需花費較多時間復習前續相關基礎知識。

2.實驗室試驗手段有限。由于交叉學科的實驗方法比較特殊，本專業實驗室內進行傳統實驗的設備條件有限，難以滿足某些實驗要求，致使有些更直觀的實驗進行起來比較困難，有些實驗結果差強人意。建議調配學校的實驗室資源，對卓工班的實驗全面開放，讓學生了解更多未知未見的實驗設備和方法，能更好地調動學生的學習積極性。

3.學時相對較少，學生知識掌握不精。通過與學生交流，了解到卓工班的課程多、任務重，雖然學生學習興趣濃，但是由于學時較少，致使部分學生覺得學的內容不精，學習積極性下滑，不利于學生真正掌握相關知識并轉化為實際工作能力。當然，如何更好地平衡卓工班各門課程的學時分配，仍需學校、學院、任課教師總結、分析、改進。

五、結論

卓越計劃的實施，是燕山大學機械工程學院近年來教學工作的重點內容，學院在積極借鑒國際先進的CDIO工程教育模式基礎上，將卓越試點班的教學內容進一步調整和融合，增加了一些能夠調動學生積極性，拓寬學生知識面的交叉學科課程，開始了對交叉學科課程理論教學和實驗教學方法與教學手段的探索。這些課程以“做中學”為指導思想，注重培養學生的核心專業能力、工程實踐能力、知識運用能力、創新能力、團隊協作和交流表達能力，使學生們從被動學習變成主動學習，從強調理論學習變成理論學習與實踐學習并重，強化了工程實踐，學生在創新、實踐及團隊合作等各方面的能力得到提高。同時，通過及時總結和分析當前交叉學科教學上仍存在的一些問題和不足，努力制定改進政策和措施，力爭通過卓工班培養更多能適應社會需求的創新型、復合型、應用型人才。

參考文獻：

[1]周英，落實卓越工程師教育培養計劃大力培養工程科技創新人才[J].中國大學教學，2011，（8）：11-13.

[2]張文生，宋克茹，回歸工程教育理念下實施“卓越工程師教育培養計劃”的思考[J].西北工業大學學報（社會科學版），2011，（3）：77-79.

[3]林健，談實施“卓越工程師培養計劃”引發的若干變革[J].中國高等焦距，2010，（17）：30-32.

基金項目：國家青年科學基金資助項目（51101136）；河北省青年科學基金資助項目（E2012203013）；秦皇島市科學技術研究與發展計劃資助項目（2012021A087）

作者簡介：馬筱聰（1981-），女，河北廊坊人，碩士，助理研究員，主要研究方向為材料加工。endprint

四、存在的問題與思考

交叉學科課程設立的初衷，是有利于促進不同學科交叉互滲，以培養學生的創新思維、專項能力、工程素質，拓寬學生的專業知識面。通過課程的教學實踐，發現卓工班在交叉學科教學實施過程中，還存在不足之處，具體表現在以下幾個方面。

1.距前期基礎課時間跨度長，學生不能快速進入狀態。從卓工班整體的教學計劃了解到，學生以前學過該門課有關的前續課程，但是距離這門課的學習已過了近1年，很多知識都忘了，加之這門課程涉及的知識面繁多，且比較抽象，致使學生在短時間內感到學習吃力，也給任課教師增加了教學困難，在講授一些關鍵知識點時，需花費較多時間復習前續相關基礎知識。

2.實驗室試驗手段有限。由于交叉學科的實驗方法比較特殊，本專業實驗室內進行傳統實驗的設備條件有限，難以滿足某些實驗要求，致使有些更直觀的實驗進行起來比較困難，有些實驗結果差強人意。建議調配學校的實驗室資源，對卓工班的實驗全面開放，讓學生了解更多未知未見的實驗設備和方法，能更好地調動學生的學習積極性。

3.學時相對較少，學生知識掌握不精。通過與學生交流，了解到卓工班的課程多、任務重，雖然學生學習興趣濃，但是由于學時較少，致使部分學生覺得學的內容不精，學習積極性下滑，不利于學生真正掌握相關知識并轉化為實際工作能力。當然，如何更好地平衡卓工班各門課程的學時分配，仍需學校、學院、任課教師總結、分析、改進。

五、結論

卓越計劃的實施，是燕山大學機械工程學院近年來教學工作的重點內容，學院在積極借鑒國際先進的CDIO工程教育模式基礎上，將卓越試點班的教學內容進一步調整和融合，增加了一些能夠調動學生積極性，拓寬學生知識面的交叉學科課程，開始了對交叉學科課程理論教學和實驗教學方法與教學手段的探索。這些課程以“做中學”為指導思想，注重培養學生的核心專業能力、工程實踐能力、知識運用能力、創新能力、團隊協作和交流表達能力，使學生們從被動學習變成主動學習，從強調理論學習變成理論學習與實踐學習并重，強化了工程實踐，學生在創新、實踐及團隊合作等各方面的能力得到提高。同時，通過及時總結和分析當前交叉學科教學上仍存在的一些問題和不足，努力制定改進政策和措施，力爭通過卓工班培養更多能適應社會需求的創新型、復合型、應用型人才。

參考文獻：

[1]周英，落實卓越工程師教育培養計劃大力培養工程科技創新人才[J].中國大學教學，2011，（8）：11-13.

[2]張文生，宋克茹，回歸工程教育理念下實施“卓越工程師教育培養計劃”的思考[J].西北工業大學學報（社會科學版），2011，（3）：77-79.

[3]林健，談實施“卓越工程師培養計劃”引發的若干變革[J].中國高等焦距，2010，（17）：30-32.

基金項目：國家青年科學基金資助項目（51101136）；河北省青年科學基金資助項目（E2012203013）；秦皇島市科學技術研究與發展計劃資助項目（2012021A087）

作者簡介：馬筱聰（1981-），女，河北廊坊人，碩士，助理研究員，主要研究方向為材料加工。endprint