《生物醫學材料》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：為適應經濟全球化形勢下產業發展對創新工程人才的需求，實施制造業強國戰略，2016年教育部成立CDIO工程教育聯盟。佳木斯大學2012年組建CDIO工程教育團隊，對《生物醫學材料》課程采用CDIO工程教育模式，在培養目標與課程教學大綱的CDIO工程定位、課程教學內容改革、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、實現以及運作（Conceive、Design、Implement、Operate）構成[1，2]?，F將佳木斯大學無機非金屬材料工程專業課程《生物醫學材料》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分別進行了三次培養方案和課程教學大綱的重新定位與調整，更加突出工程教育理念，使學生的學科知識和產品研發實踐結合，融產業發展與產品發展同步的CDIO工程教育模式。2019版專業培養目標可以分解為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）課程教學內容改革

1.部分課程內容取材于實際案例，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，教師把協和醫院2010年11月成功用人工鈦頭骨實現“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，中醫稱為“溶骨癥”，牙齒全部脫落，其下頜骨也完全溶解消失。經國內外多家醫院治療都沒有效果。第四軍醫大學口腔醫學院多名專家教授，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。將我國制造業強國戰略傳達給學生，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容時，把干細胞工程、克隆技術作為課程內容的延續，拓寬學生知識視野。利用人工皮膚的培養、兔子耳朵上復制“人耳”、克隆猴以及利用人工流產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容與熱點，培養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，培養學生的專業自豪感和專業認同感，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模式。鑒于《生物醫學材料》課程學時少、教學內容多、理論知識需要程度不深的特點，將部分教學內容如仿生材料、干細胞工程等，提前進行錄像，課前一周發給學生，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、玩手機現象的發生，課堂秩序、授課質量明顯好于傳統上課模式。

（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容發給各學習小組，要求各小組集體完成從原料制備與檢測、成型、燒結、性能測試等內容的方案設計，構建學生綜合素質、個人能力、過程和系統的能力。

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，及時予以改進和改正。比如2020春季學期，利用釘釘網絡課程的回放功能，發現主講教師存在“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整，短期內取得了明顯改觀;在《生物醫學材料》課程每一個教學周期，規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，往小了說，我們要對得起良心道德，尊重教師這一職業，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、嚴謹執教。其次，發揮教師的主導地位，調動學生學習的積極性和主動學習。明確告知學生，工科專業課的學習，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，用舒緩平和的心態上課。上課中如出現學生知識掌握差、聽課狀態不好、玩手機吃零食等現象時，及時管理但不能影響自己的教學狀態。

《生物醫學材料》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實，有計劃地在一個教學輪次中，刻意地著重提升某些章節的教學能力，利用三到五個教學周期實現整體水平提高。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”的虛心態度，接受學生的批評建議并予以改進調整。

三、結果對比

通過對比，《生物醫學材料》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劃課題（課題編號14G133）]

參考文獻：

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

[2] 李順年，王銳.基于CDIO模式的產品設計專業創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培養方案（2019）：499-510.

[4] 佳木斯大學《生物醫學材料》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，張桃.大學生創新創業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）