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(xué)改革與探索，從項目實踐體系、實踐教學(xué)方式、實踐教學(xué)考核形式、實踐教學(xué)平臺等幾方面構(gòu)建材料物理專業(yè)工程實踐教學(xué)體系，以培養(yǎng)學(xué)生CDIO工程實踐能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞]CDIO；材料物理；實踐教學(xué)

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

CDIO工程教育由麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)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(xué)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(yīng)用型本科院校，湖南工學(xué)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(yīng)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(xué)生在有限的教學(xué)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(xué)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(zhǔn)的專業(yè)?？紤]到實踐教學(xué)在專業(yè)教學(xué)中占據(jù)越來越重要的地位，是培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)習(xí)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(xué)生在這4個層面達到預(yù)定目標(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)。[6]其中標(biāo)準(zhǔn)1明確了工程實踐的工程背景環(huán)境；標(biāo)準(zhǔn)3要求構(gòu)建一體化課程體系；標(biāo)準(zhǔn)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(xùn)練，使學(xué)生在一體化教學(xué)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(biāo)準(zhǔn)6提出要有滿足實踐要求的工程工作平臺；標(biāo)準(zhǔn)7指出通過前后關(guān)聯(lián)的項目教學(xué)使學(xué)生獲得一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗；標(biāo)準(zhǔn)8要求調(diào)動學(xué)生的積極性，以學(xué)生為主體，在教師指導(dǎo)下開展主動學(xué)習(xí)；標(biāo)準(zhǔn)9與10要求提高教師的工程實踐能力與教學(xué)能力；標(biāo)準(zhǔn)11與標(biāo)準(zhǔn)12要求做好學(xué)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(xué)體系具有很強的指導(dǎo)價值。

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

結(jié)合材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，緊密圍繞材料物理專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的目標(biāo)，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(xué)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(yīng)用本科實踐教學(xué)體系，為實現(xiàn)提升專業(yè)實踐教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)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(xué)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(xùn)練學(xué)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(dǎo)學(xué)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(xué)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(xué)體系，如圖2所示。1.工程基礎(chǔ)能力培養(yǎng)對應(yīng)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(xué)生對該門課程教學(xué)內(nèi)容的理解與應(yīng)用，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)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(yīng)于二級項目的實施，該級項目是將一級項目訓(xùn)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(xùn)練基礎(chǔ)上的綜合學(xué)習(xí)與訓(xùn)練項目。它以材料物理專業(yè)課程群為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)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(xué)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(yīng)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(xué)階段，目的是讓學(xué)生在構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行等4個方面進行系統(tǒng)訓(xùn)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(yīng)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(xué)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(xué)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(yīng)用及研究開發(fā)工作。

（二）以學(xué)生為中心的實踐教學(xué)方式構(gòu)建

CDIO工程教育模式以項目為載體，強調(diào)“做中學(xué)”和“學(xué)中做”，使學(xué)生以探究方式獲取知識和應(yīng)用能力，從而培養(yǎng)學(xué)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(xué)生為中心的實踐教學(xué)方式，具體如圖3所示。1.首先由學(xué)生組合成項目團隊，配備相應(yīng)的指導(dǎo)教師，由指導(dǎo)教師擬定項目能力指標(biāo)與預(yù)期目標(biāo)，規(guī)劃或引導(dǎo)學(xué)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(dǎo)教師組織、監(jiān)控學(xué)生主動實踐，在此階段主要由學(xué)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(dǎo)教師可以給予適當(dāng)?shù)刂笇?dǎo)，但主要過程要求學(xué)生通過團隊協(xié)作的方式完成。3.第三階段是項目指導(dǎo)教師運用全過程、多元化評價方式，對學(xué)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(xué)實踐，最終實現(xiàn)CDIO能力培養(yǎng)目標(biāo)。

（三）創(chuàng)新實踐教學(xué)考核形式

項目式實踐教學(xué)模式以項目為導(dǎo)向和載體，以任務(wù)為驅(qū)動，學(xué)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(xué)生團隊項目構(gòu)思與方案設(shè)計到項目實踐過程，對學(xué)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(biāo)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(xué)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(xué)生可獲得創(chuàng)新學(xué)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(xué)平臺是實踐教學(xué)的硬件。為保證高質(zhì)量實踐教學(xué)的開展，有效培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力，學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)物理實驗室、大學(xué)物理演示實驗室和電子電工實驗室，用于學(xué)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(xué)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(xùn)練中心和創(chuàng)新工作室，主要用于學(xué)生工程綜合能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。其中工程訓(xùn)練中心主要進行太陽能光伏發(fā)電技術(shù)系統(tǒng)實訓(xùn)及半導(dǎo)體照明技術(shù)系統(tǒng)實訓(xùn)。創(chuàng)新工作室由學(xué)校或校企合作共建，由學(xué)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(xué)生進行太陽能光伏、半導(dǎo)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(xí)基地與創(chuàng)新工作站。企業(yè)實習(xí)基地為學(xué)生工程實踐提供背景環(huán)境，使學(xué)生熟悉企業(yè)文化與實際生產(chǎn)流程，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)，這是提高學(xué)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(xí)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(xué)方式、實踐教學(xué)考核形式、實踐教學(xué)平臺等幾方面構(gòu)建材料物理專業(yè)工程實踐教學(xué)體系，讓學(xué)生在CDIO工程教育模式下通過主動學(xué)習(xí)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(xué)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)。

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[責(zé)任編輯：陳 明]