基于CDIO模式的材料科學與工程專業應用型人才培養研究

朱磊 李博解 魏鵬任 顏永斌 汪連生

[摘 要] 材料生產企業對人才的素質、能力和知識的要求越來越高，要求高校培養的學生既要有扎實的理論基礎，能進行深入研究與創新，又要具有豐富的工程知識，能將科研成果迅速轉化為生產力和實現科研成果的產業化。這是對高校教育的一大挑戰。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。將CDIO的工程教育模式應用于材料科學與工程專業，以全過程為載體培養學生的工程能力，面向社會實際需求探索應用型人才培養模式，具有十分重要的理論和現實意義。

[關鍵詞] 材料科學;CDIO;教學改革;工程教育

[基金項目]2017年度湖北省高等學校省級教學研究項目“基于CDIO材料科學與工程專業應用型人才培養模式的研究”（2017426）

[作者簡介] 朱 磊（1984—），男，湖北襄陽人，理學博士，湖北工程學院材料科學與工程系主任、教授，研究方向為高分子材料;

汪連生 （1965—），男，湖北孝昌人，理學博士，湖北工程學院化學與材料科學學院教授，研究方向為生物材料和有機合成。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）30-0230-02? ? [收稿日期] 2019-12-23

我校材料科學與工程專業現為湖北省一級重點特色學科。經過一百多年的發展，材料科學與工程學科一方面與物理學、化學、計算科學、生物醫學、工程學等不同學科的交叉融合日趨明顯;另一方面就其內部而言，材料科學與工程的不同領域呈現出交叉重疊的特征。進入21世紀，我國正式出臺《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，其中關于開發新一代功能材料的表述為材料科學與工程專業的發展提出新的要求，并指明了新的發展方向。麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。材料科學與工程課程的教學不同于傳統的材料科學課程，具有新的要求與挑戰，這需要基于教學實際探索新型的CDIO教學理念，激發學生主動對問題進行思考，主動鍛煉運用專業知識的能力，讓學生真正成為教學互動中的主導，在教師引導下，真正做到教學實踐一體式的教學模式。

一、材料科學與工程專業的教學現狀

我校材料科學與工程專業成立于2014年，基于培養目標，我校材料科學與工程專業制訂了相應的人才培養計劃，在實驗教學環節，主要根據各個專業培養方向設置的不同課程，開設了相應的教學內容，但根據近幾年的教學運行情況，這種傳統的教學體系非常不利于材料科學與工程專業學生的創新能力培養，原有教學體系存在以下幾個方面的問題。

1.理論學習僅限于課本，缺乏創造力。材料科學與工程專業是為了培養具有材料科學基礎，并能夠在材料研究方面有一定創新性的人才。現在教學對于各類材料的性質和用途的講解介紹十分充分，但對于材料的檢測和開發方面的教學有所欠缺。讓學生在不明白材料為何有如此性質的前提下學習材料的應用，只能讓學生把眼界放在課本以內。

2.理論知識運用到實際問題能力較差。材料科學與工程專業人才的培養是為了更好地服務社會經濟的發展。但是學生在實驗與實踐過程中體現出來的能力十分不足。在指導學生課外科研過程中，很多學生對于新的實驗方法、實驗理念無法做到舉一反三。在實踐學習的過程中經常不知所措，完全不能體現出本專業的優勢。

3.團隊合作能力不足。隨著社會的迅速發展，團隊合作精神是推動經濟發展不可或缺的關鍵。在大生學創新創業項目中，材料科學與工程專業學生與其他學院學生在合作方面有所欠缺。很難根據其他專業同學的建議改變自己產品的性能。這也從另一個角度體現出學生學習的內容與社會需求脫節。

二、材料科學與工程專業的改革與思考

基于我校材料科學與工程專業原有實驗教學體系存在的問題，參考國內其他院校材料科學與工程專業教學改革的成果，以學校2018年人才培養計劃修訂為契機，對原有課程大綱、理論及實驗教學內容進行了全面改革。改革的中心思想是基于材料科學與工程專業的培養目標，結合該專業擁有的儀器設備情況，將CDIO理念融入其中，培養符合社會要求的工程專業人才。

1.“構思”與“設計”。課堂理論教育應該以啟發教育為主，讓學生面對實際問題能夠從教學的知識出發，做到自我“構思”和“設計”。教學過程中以具體工程材料最初的需求和原理為出發點，引導學生以問題為導向進行設計，嘗試創新解決方案。將材料工程基本知識的學習發展成為學生探索研究、解決問題的過程。在教學過程中將學生的設計與實際方法進行對比和探討，讓學生的創造力與成功案例進行思想碰撞，這樣更能讓學生從中體會前人思想的精髓。如此課堂就像一個個實際案例一般，讓學生能夠更快地融入學習與探索的狀態，在為以后實際工作打下良好知識基礎的同時，也鍛煉了他們的創新精神和創新意識。

2.“實現”。實驗課程及實踐教育應以學生為主，老師提供課題，學生自己想辦法實現。傳統的實驗實踐教育往往是老師講解，學生模仿。我們的教育改革思路是提出需求，讓學生自己提出方案，自己動手實現。在理論課堂上實現“構思”和“設計”鍛煉后，在實驗實踐學習中，更重要的是培養學生的動手能力。教學中我們把實驗實踐學習模擬成一次次的工作考核，提前提出課程需要什么，要求學生在動手前提出成熟方案。看上去把動手能力放在了第二的位置，但實際上學生按照自己設計的方案去實踐時會更有方向性，更加認真對待每個細節，無形中對動手能力提升更多。

3.“運作”。產品情況不能離開具體的市場需求，產品的運作效果需要根據社會要求進行改進。一個優秀產品的完善和定位離不開多專業人才共同決議。對于材料科學與工程專業學生的培養不能僅限于專業知識的學習，僅僅精通自身專業而對其他領域毫不了解的學生是無法滿足社會需要的。按照學校培養“應用型、地方型”人才的宗旨，應該把一些經濟學學科作為專業學科的一部分。學校生命科學院藥學系把經濟學基礎作為專業必修課，他們培養的學生自我創業以及工作后的發展明顯比其他專業學生要好很多，這點值得我們借鑒。

三、結語

面對傳統教育面臨的問題，將CDIO理念融入到材料工程專業教育改革中是一項大膽的教育創新，也是一項刻不容緩的工程。我們希望培養的學生在面對課題時能夠自己提出問題及解決問題的方案，并在與他人合作的基礎上解決問題，運用新的教學理念和方法，培養具有創新能力、合作能力的應用型人才。

參考文獻

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Research on the Training of Applied Talents in Material Science and Engineering Based on CDIO Model

ZHU Lei，LI Bo-jie，WEI Peng-ren，YAN Yong-bin，WANG Lian-sheng

（School of Chemistry and Materials Science，Hubei Engineering University，，Xiaogan，Hubei 432000，China）

Abstract：As the requirement of material enterprises，students trained in colleges and universities should not only have a solid theoretical basis，but also be able to carry out in-depth research and innovation.They should be able to quickly convert scientific research results into productivity and realize the industrial process.So it is a great challenge to our current university's education model.CDIO engineering education model is the latest achievement of international engineering education reform in recent years.It is of great theoretical and practical significance to apply the engineering education model of CDIO to the major of materials science and engineering.It can efficiently cultivate the engineering ability of students with the whole process，and explore the application-oriented talent training model for the practical needs of the society.

Key words：material science;CDIO;teaching reform;engineering education