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        基于CDIO模式的材料物理專業(yè)實踐教學體系構(gòu)建

        2017-06-19 19:16:55朱科肖奎謝忠祥王海鑌肖發(fā)新
        大學教育 2017年6期
        關(guān)鍵詞:實踐教學

        朱科 肖奎 謝忠祥 王海鑌 肖發(fā)新

        [摘 要]在材料物理專業(yè)中引入CDIO理念進行實踐教學改革與探索,從項目實踐體系、實踐教學方式、實踐教學考核形式、實踐教學平臺等幾方面構(gòu)建材料物理專業(yè)工程實踐教學體系,以培養(yǎng)學生CDIO工程實踐能力,提高學生的創(chuàng)新能力。

        [關(guān)鍵詞]CDIO;材料物理;實踐教學

        [中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437(2017)06-0006-03

        CDIO工程教育由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學于2000年發(fā)起并經(jīng)過4年的探索研究而創(chuàng)立,作為一套先進的教育體系。其在國內(nèi)外高校中產(chǎn)生了很大影響。[1][2]2005年,顧佩華教授首次將CDIO教學理念引入中國。[3]2011年,中國共有57 所高校開展 CDIO 工程教育模式試點工作,并且取得較好的成果。[4]作為一所新建應用型本科院校,湖南工學院致力于培養(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年新申請設(shè)置了材料物理專業(yè),并將其作為CDIO工程教育試點專業(yè),計劃從培養(yǎng)方案的設(shè)計制定到具體實施,將CDIO工程教育思想貫穿始終,開展以項目為主線的CDIO培養(yǎng)模式研究與實踐設(shè)計,使學生在有限的教學時間里,既能掌握課程的基本內(nèi)容,又具備一定的材料科學工程實踐能力與創(chuàng)新能力,將材料物理專業(yè)辦成高水準的專業(yè)??紤]到實踐教學在專業(yè)教學中占據(jù)越來越重要的地位,是培養(yǎng)學生工程技術(shù)能力與素質(zhì)的必要途徑,我們基于CDIO教育模式構(gòu)建了材料物理專業(yè)實踐教學體系。

        一、CDIO工程教育理念簡介

        CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate) ,它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式進行工程學習實踐。[5]CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面,大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這4個層面達到預定目標,同時系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標準。[6]其中標準1明確了工程實踐的工程背景環(huán)境;標準3要求構(gòu)建一體化課程體系;標準5提出在一體化課程中至少要有兩個工程教育項目,一個初級,一個高級,通過兩個工程項目的綜合訓練,使學生在一體化教學過程中獲得工程知識和產(chǎn)品、過程與系統(tǒng)建造的能力;標準6提出要有滿足實踐要求的工程工作平臺;標準7指出通過前后關(guān)聯(lián)的項目教學使學生獲得一體化學習經(jīng)驗;標準8要求調(diào)動學生的積極性,以學生為主體,在教師指導下開展主動學習;標準9與10要求提高教師的工程實踐能力與教學能力;標準11與標準12要求做好學生CDIO能力考核與項目評估。[7]這些思想對構(gòu)建專業(yè)實踐教學體系具有很強的指導價值。

        二、基于CDIO工程教育模式的材料物理專業(yè)實踐教學體系構(gòu)建

        結(jié)合材料科學與技術(shù)的發(fā)展,緊密圍繞材料物理專業(yè)應用型本科人才培養(yǎng)的目標,通過吸收CDIO工程教育思想與借鑒相關(guān)高校的CDIO實踐經(jīng)驗,我們從項目實踐體系、實踐教學方式方法、實踐考核形式等方面合理構(gòu)建材料物理專業(yè)應用本科實踐教學體系,為實現(xiàn)提升專業(yè)實踐教學質(zhì)量,提高學生實踐操作能力與創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。

        (一)多層次項目實踐體系的構(gòu)建

        通過與學校及企業(yè)專家共同研討,我們按照如圖1“基礎(chǔ)性→綜合性→創(chuàng)新性”的遞進路線來訓練學生從運用基本操作能力,按照某一擬定流程驗證某一理論或解決一個已知的問題,到引導學生自己設(shè)計技術(shù)路線與實踐方案來探索解決未知的新問題,從而提升學生的工程實踐能力。

        具體操作層面,按照CDIO模式,我們構(gòu)建了三級項目實踐教學體系,如圖2所示。1.工程基礎(chǔ)能力培養(yǎng)對應于三級項目的實施,該級項目是具體的課程項目,是二級項目的子項目。它目的是深化學生對該門課程教學內(nèi)容的理解與應用,培養(yǎng)和鍛煉學生某一方面的知識與能力,如器件電路設(shè)計、功能材料制備工藝設(shè)計等。這主要是通過課程實驗,如電子電工實驗、材料合成與制備實驗等來實現(xiàn)。2.工程綜合能力的培養(yǎng)對應于二級項目的實施,該級項目是將一級項目訓練分解成幾個模塊化的子項目,同時這也是在三級項目課程訓練基礎(chǔ)上的綜合學習與訓練項目。它以材料物理專業(yè)課程群為基礎(chǔ),培養(yǎng)學生綜合運用相關(guān)知識來解決問題的綜合能力,如功能材料制備與性能表征、光電器件結(jié)構(gòu)與性能設(shè)計、光伏系統(tǒng)設(shè)計等。它主要通過一系列課程群的課程設(shè)計,如薄膜科學與技術(shù)、太陽能電池原理、光伏發(fā)電系統(tǒng)與實踐等來實現(xiàn)。3.工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)對應于一級項目的實施。該級項目是宏觀的項目課題,貫穿于整個大學階段,目的是讓學生在構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行等4個方面進行系統(tǒng)訓練。材料物理專業(yè)的一級項目有功能材料設(shè)計與制備、光電器件設(shè)計與制備、光伏系統(tǒng)設(shè)計與應用,其主要通過畢業(yè)設(shè)計、科技競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學生科技立項項目等形式來實現(xiàn)。經(jīng)過三層級項目實踐,學生將具備對一個功能器件產(chǎn)品或某個工藝進行系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)與運行的能力,同時具有一定的職業(yè)能力與創(chuàng)新能力,能進入相關(guān)工程領(lǐng)域從事技術(shù)應用及研究開發(fā)工作。

        (二)以學生為中心的實踐教學方式構(gòu)建

        CDIO工程教育模式以項目為載體,強調(diào)“做中學”和“學中做”,使學生以探究方式獲取知識和應用能力,從而培養(yǎng)學生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力。據(jù)此,我們構(gòu)建了以學生為中心的實踐教學方式,具體如圖3所示。1.首先由學生組合成項目團隊,配備相應的指導教師,由指導教師擬定項目能力指標與預期目標,規(guī)劃或引導學生通過查閱文獻自己規(guī)劃實踐項目。2.第二階段,項目指導教師組織、監(jiān)控學生主動實踐,在此階段主要由學生通過查找資料討論、構(gòu)思實踐方案(C),選配、搭建儀器設(shè)備(D),操作儀器、完成項目(I),總結(jié)、展示實踐結(jié)果(O),項目指導教師可以給予適當?shù)刂笇?,但主要過程要求學生通過團隊協(xié)作的方式完成。3.第三階段是項目指導教師運用全過程、多元化評價方式,對學生團隊實踐方案、個人實踐過程、團隊實踐結(jié)果及個性化報告給出評估,提出意見與建議。通過這樣三個階段一流程的項目教學實踐,最終實現(xiàn)CDIO能力培養(yǎng)目標。

        (三)創(chuàng)新實踐教學考核形式

        項目式實踐教學模式以項目為導向和載體,以任務為驅(qū)動,學生通過項目的實施來獲得必需的知識與技能,以提高創(chuàng)新能力。這決定了其考核模式不同于傳統(tǒng)實踐環(huán)節(jié)的考核方式。為此,我們采取全過程、多元化的考核模式,從學生團隊項目構(gòu)思與方案設(shè)計到項目實踐過程,對學生的實踐態(tài)度、思維能力、操作技能與職業(yè)素質(zhì)等給予監(jiān)督、追蹤、多節(jié)點評估記錄。在項目實踐完成時,根據(jù)目標實現(xiàn)情況、實踐效果、產(chǎn)品展示與PPT報告進行項目評估、驗收,同時考查學生撰寫報告的能力,并作出成績評定。對于完成較好的項目,學生可獲得創(chuàng)新學分或免修相關(guān)課程。

        三、基于CDIO工程教育模式的材料物理專業(yè)實踐平臺構(gòu)建

        實踐教學平臺是實踐教學的硬件。為保證高質(zhì)量實踐教學的開展,有效培養(yǎng)學生工程實踐能力,學校需要與企業(yè)聯(lián)合,建立良好的協(xié)同機制,整合資源,一起建設(shè)多元化的實踐教學平臺。為此,我們從實驗平臺、校內(nèi)工程實踐平臺和企業(yè)工程實踐平臺三方面構(gòu)建材料物理專業(yè)實踐教學平臺,具體如圖4所示。

        1.實驗平臺包括基礎(chǔ)實驗平臺與專業(yè)實驗平臺?;A(chǔ)實驗平臺主要是大學物理實驗室、大學物理演示實驗室和電子電工實驗室,用于學生工程基礎(chǔ)實踐能力的培養(yǎng),基礎(chǔ)實驗平臺目前已投入400萬元,基本建設(shè)完善。專業(yè)實驗平臺包含材料制備與合成實驗室、材料結(jié)構(gòu)表征與性能測試實驗室,用于學生工程基礎(chǔ)能力、綜合能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。專業(yè)實驗平臺目前投入220萬,購置磁控濺射儀、X射線衍射儀、紫外可見分光光度計、橢偏儀等材料制備與結(jié)構(gòu)性能測試儀器,實驗室正在建設(shè)。后期將擴大專業(yè)實驗平臺建設(shè),增加多種先進材料制備與性能測試儀器,擴建材料性能處理實驗室。

        2.校內(nèi)工程實踐平臺包括工程訓練中心和創(chuàng)新工作室,主要用于學生工程綜合能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。其中工程訓練中心主要進行太陽能光伏發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)實訓及半導體照明技術(shù)系統(tǒng)實訓。創(chuàng)新工作室由學?;蛐F蠛献鞴步?,由學校提供場地與部分資金,企業(yè)部分出資或提供部分材料設(shè)備,用于學生進行太陽能光伏、半導體照明及其他功能器件方面的創(chuàng)意設(shè)計與制作以及各類科技競賽。

        3.企業(yè)工程實踐平臺包括企業(yè)實習基地與創(chuàng)新工作站。企業(yè)實習基地為學生工程實踐提供背景環(huán)境,使學生熟悉企業(yè)文化與實際生產(chǎn)流程,培養(yǎng)學生的職業(yè)素質(zhì),這是提高學生工程實踐能力的重要途徑。同時,在企業(yè)內(nèi)部設(shè)立創(chuàng)新工作站,主要用于專業(yè)教師在企業(yè)掛職工作鍛煉以及與企業(yè)開展橫向科研合作,以提升教師的工程實踐技能。目前,我們與衡陽共創(chuàng)光伏集團、湖南小明新能源公司等光電企業(yè)簽訂合作協(xié)議或達成合作意向,共同建設(shè)實習基地與創(chuàng)新工作站。

        四、總結(jié)

        近年來,CDIO工程教育在國內(nèi)多所高校試點、推行,取得了很大的成功。我們依據(jù)CDIO工程教育模式,借鑒國內(nèi)高校CDIO工程教育的寶貴經(jīng)驗,從項目實踐體系、實踐教學方式、實踐教學考核形式、實踐教學平臺等幾方面構(gòu)建材料物理專業(yè)工程實踐教學體系,讓學生在CDIO工程教育模式下通過主動學習與實踐,掌握基本實驗技能與專業(yè)實踐技能,增強創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力、溝通表達能力和綜合職業(yè)素養(yǎng),達到CDIO能力大綱要求,為學生成長為高技術(shù)、高素質(zhì)、創(chuàng)新型工程技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)。

        [ 參 考 文 獻 ]

        [1] 高雪梅,孫子文,紀志成.CDIO方法與我國高等教育改革[J].江蘇高教,2008(5):69-71.

        [2] 顧佩華,包能勝,康全禮,等.CDIO在中國(上)[J].高等工程教育,2012(3):24-40.

        [3] 賀辛亥,劉江南,王俊勃.基于5 + X產(chǎn)學研合作CDIO模式培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的探索[J].西安工程大學學報,2014(1):111-115.

        [4] 張力瑋.中國共57 所高校開展 CDIO 工程教育模式試點工作[J].世界教育信息,2011(6):53.

        [5] 李國鋒,劉煜,謝邵輝.CDIO教育模式下的實踐教學體系探析[J].長沙大學學報,2016(2):140-148.

        [6] 羅高涌,張瑾.基于CDIO模式的校企合作辦學的工程應用型人才培養(yǎng)模式研究[J].高教探索,2011(5):71-75.

        [7] 盧艷軍.項目式專業(yè)實踐教學模式改革初探[J].計算機教育,2016(1):67-70.

        [責任編輯:陳 明]

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