基于CDIO教育理念的应用型本科大学实践教学体系的构建

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  [摘 要]基于CDIO教育理念,以社会发展对人才的要求为背景,以培养大学生的创新实践能力为目标,太原科技大学构建了基于能力培养的实践教学体系。其具体表现为:以注重理论基础、强化综合训练、培养创新能力为原则,通过培养学生的实验动手能力、工程设计能力、专业实践能力、科学研究能力,锻炼学生的创新思维、团队合作,提升大学生的工程应用能力。
  [关键词]CDIO教育理念;实践教学;工程应用
  [中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2019)10-0176-04
  中国发展正面临着动力转换、方式转换、结构调整的繁重任务,建设创新型国家和世界科技强国,是中国发展的迫切要求和必由之路。培养具有创新能力和实践能力的高素质工程技术人才是高校人才培养的主要目标。创新意识、创新精神与创新能力是高等教育质量的核心要素。而实践教学是应用型人才培养的基础,是理论联系实际的主要教学环节,是高等教育中不可缺少和重要的教学环节和教学手段。实践教学不仅能够使学生更好地掌握知识,更重要的是能培养学生创新和实践能力,因此,要尽快培养出能够适应时代发展的高科技和高技术人才,应该先从实践教学入手,转变教学理念,深化、强化实践教学。
  CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。它不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念,更重要的是它还系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。因此实施CDIO教育模式成为当前教学改革的重要方向之一。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它是让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式来学习的系统工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。因此构建基于CDIO教育理念下的实践教学培养方式是至关重要的。基于这种理念,我院在培养方案上充分体现了21世纪对创新人才的培养,并在实践教学上进行了一些研究与实践。
  一、实践教学的现状及改革的意义
  目前虽然CDIO的教育理念已经深入大部分高校,实践教学在CDIO 教育理念的指导下已进行了大力变革,而且在教学环节和培养方案上已充分体现出来,并且也显现出了改革的效果,但是受长期观念的影响、实践教学师资力量的缺乏、实践教学环境和经费等的影响,实践教学的质量并没有达到预期的效果。实践教学内容和体系虽然已经改革更新,但长期以来,实践教学的内容还是流于形式,大多数高校的实践教学项目仍附属于理论教学,课程设置和教学内容滞后于科技发展的前沿,尽管近几年来课程设计上有所改观,但实际效果还是受传统教育的影响。
  实践教学的模式还有待于我们进一步研究,例如学生对实验课的目的不明确,对将来从事的职业的帮助以及实验课要达到什么水平都存在盲目性,只是盲目地听从教师的安排,完成教师要求的实验报告就算结束,这样会使一部分学生失去实验的兴趣。因此我们在实验教学模式上需要探讨,让实验教学起到真正的效果。其次目前我们虽然增加了实践教学的内容,但受传统教育观念和考核方法的影响,实践教学仍主要采用验证演示性教学方法,学生的创新思维以及主观能动性并没有开发,虽然已经加大了非智力因素的考核范围,但对于大部分的学生来说,还是未能真正发挥其作用。
  深入分析学生的就业情况以及用人单位的人才需求,我们会发现我们的教学与实际是脱节的,知识是落后的,学生毕业之后还需要用人单位做短期培训才能上岗。因此,我们在人才培养理念上要做到真正的改变,明确我们的人才培养目标,要和生产实际接轨,和社会接轨,把大学办学变得更开放。大学是培养和输送人才的地方,不会有应试教育的弊端,因此只要我们能真正改变教育理念,更深刻地思考实践教学体系,更新和加大实践训练内容,强化工程教育理念,以“项目实现”为教育载体,坚持走产、学、研、用相结合的发展之路,才能真正实现培养具有“创新、创业、创造”能力的高素质人才的培养目标。
  二、基于CDIO教育理念的实践教学体系的构建
  按照CDIO工程教育理念,教育过程要以学生为主体,以项目为载体,强调学生能力的培养。实践教学应融合教学演示、实验、实训、实习、科研及技术服务等功能于一体,引导学生主动学习,以培养学生的实践和创新能力为目标。为此我院从校内实验发展到校外实习,从单一实习扩大到多样实习,从认知实习到就业实习,形成实验教学、课程设计、认知实习、生产实习、毕业实习、毕业设计的实践教学链,并且重新修改培养方案。以化工实践教学为例,在原来以实验教学为主的基础上,增加了实训和创新教育的内容,其内容主要包括化工实训、化工仿真、化工原理实验、化工实习、课程设计、专业综合实验、毕业设计、设立大学生导师制、大学生创新、创业项目以及创新大赛。在此基础上构建了课程教学演示、基础实验、综合实践、科研创新及项目研发5个层次的化工实践教学体系平台。为了实践教学的有效开展,我院近几年大力扩大实验室规模,引进先进的实验设备,开放实验时间,引进了化工仿真教学和一些教学演示软件,这些软硬件设备的配置是实践教学的基础保障。为了确保实践教学的大力开展,我院根据实践教学模式的选择将实践教学体系分为基础教学型、综合实训实践型、创新研究型,并请具有丰富经验的企业专家和高校教师一起制定课程体系、教学内容和具体实施方案,以大力培养学生的实践能力、应用能力和创新能力。
  (一)基础实践教学型
  基础实践教学型包括课堂教学演示、仿真操作、实验教学。
  教学演示是使用多媒体素材库以及实验仿真以真实直观的仿真界面和丰富的资料展示实际过程,通过演示能加深学生对概念的理解和巩固知识,教师能够向学生提供详尽、丰富、直观、准确的数据资料,演示的有效性和灵活性也有助于加强演示的说服力,让学生顺利理解所学知识,提高学生的学习兴趣。但是教學演示的实际效果归根结底还是取决于教师的素质,同样的教学内容、同样的演示软件,不同的教师来演示就会有不同的效果,因此教师的因素还是主要的,教学设备和软件只是起到辅助作用。在教学演示过程中,学生是主体,教师起主导作用。演示之前要让学生明确演示的目的,演示过程节奏要慢,中间可以引入讨论环节,围绕项目展开讨论,并通过教学演示验证学生预测的结果,这样不仅能够加深学生对知识的理解,更重要的是让学生能真正体会到自己的主体地位,培养和锻炼学生的分析能力、综合能力、团结协作能力及创新能力,以及鼓励学生自主创新,积极参加创新与设计竞赛,培养学生的科研意识。   3D虚拟现实仿真教学可以在计算机上真实地再现生产过程,仿真操作是在学生掌握基础知识、工艺流程、操作步骤的基础上,模拟生产过程的流程,亲自操作实践,以弥补传统实习无法亲自操作的不足。教师还可以通过互联网修改和观摩学生仿真操作情况。因此学院引进这些高端的设备和软件为开拓学生的视野,增加学生的知识面和培养学生的实践和创新能力,提供了充分的条件。
  CDIO的工程教育理念是“做中学”。专业课程实验是培养学生的基本技能,掌握基本知识以及发现创新的主要实践教学环节。它是为了培养学生的动手能力和工程应用能力,从而形成从基础到专业,再到综合设计,最后到工程的递进模式。因此,我院申请成立了省级的实验教学示范中心,增加实验课时,实验课程严格按照教学计划执行,实验过程中教师从辅导的角色转化为引导的角色,引导学生独立思考和设计实验过程,以提高学生的开发创造能力。同时,还整合实验内容,将实验教学模块化,制定教学目标,全面开放实验室,并以竞赛为载体,加强理论与实践相结合,指定大学生的专业导师,让学生参与教师的科研项目,激发学生实验的积极性和强化实验教学的目的性。将实验教学层次化,将实验课分为基础知识实验、专业技能实验和创新研究设计实验,并且采用开放灵活、自主选题的实验课教学模式,以确保不同层次、不同兴趣的学生都能得到最佳的技能训练;在此基础上,还修改了考核内容和评价体系,课程评价分几个模块和层次考核,这样可以充分调动学生的专业学习积极性,全面客观地评价学生的专业知识掌握水平以及学生的工程应用能力,从而更能提高学生的主观能动性。
  (二)综合实训实践型
  综合实训型包括实习、建立综合实训项目、建立实验基地等。CDIO以培养学生的工程实践能力为目的,为此我院改变传统实习单纯参观或简单操作的实习内容,增加了设计、测试和答辩等项目,这样能够更有效地帮助学生掌握基本理论,树立工程实践概念,提高学习的兴趣。学院除在校内开展实践外,同时还要依靠社会资源充实办学内容,充分利用高校与企业、科研单位等在人才培养方面的各自优势,把学校教育与生产、科研实践有机地结合起来。与设计院、企业等单位广泛开展协作关系,为学生提供实习、实践、认知等工程实践的机会,使学生在自主、动手、综合、实验和创新能力等方面得到了一定的锻炼。例如我院与山西新天源有限公司、山西晋煤集团公司、山西太化集团公司、山西太原化工研究所等几个大中型企业建立了校企联合培养实训基地。校企合作及企业的参与是真正实现CDIO工程教育模式的关键途径,学校可以给企业解决一些理论上的问题,企业可以为学校提供开展实践教学和科研生产项目,为学校提供实践实训的平台,同时还可以为学校解决就业问题,而学校可以为企业培养和输送人才。在互利互惠的基础上,加大企业与高校人才培养合作的步伐,可以促进企业工程技术人员和教师相互交流学习,共同制定可行的实践计划和指导学生完成项目案例,保障实践教学的实施。
  (三)创新研究型
  大学应鼓励创新,一方面通过创新取得研究突破,另一方面在创新和研究活动中培养具有创新精神的人才。CDIO倡导“基于项目的研究与学习”,以“项目完成”为载体。创新研究型主要包括课程设计、大学生创新大赛、大学生创新项目以及参与教师科研等。毕业设计或毕业论文选题要尽可能紧密结合本专业的工程实际问题,使学生能够在解决实际问题的过程中学会应用所学知识,同时考虑经济、环境、伦理等各种制约因素,在学生的毕业设计或毕业论文过程中突出设计和综合训练;还要注意培养学生的工程意识、独立解决问题能力和协作精神,尤其要培养学生的创新意识和能力,鼓励新思想、新改进、新发现。对毕业设计或毕业论文的考核应有企业专家参与,同时还引入了产学研的实践教学环节。例如我院与山西新天源有限公司有限公司签署了产学研合作协议,学校可以为企业提供技术咨询和优质服务,并且将科技成果、专利、知识产权优先转让给企业,企业尽可能地帮助学校培训年轻教师,为学生提供实习机会,或为学生安排参加企业科研、设计、生产等实践活动,以培养学生综合运用书本知识解决实际问题的能力。因为有这些基础,该公司每年接收很多大学生来就业。
  近年来学院还积极鼓励学生参加一些大学生创新大赛和申报一些大学生创新、创业项目,学生通过参加项目设计和竞赛,为后续的专业课程设计和毕业设计等实践环节打下了良好的基础,同时也培养了学生的科研意识和科研习惯,培养了他们的团队合作精神,更重要的是学生竞赛获得的成绩也为自己将来的就业增加了更多的机会。每年我院学生都能获得十余项国家级竞赛奖,如我院学生参加大学生化工设计竞赛,连续几年获得全国一等奖。
  我院还引入了科研导师制,从大学三年级开始,让本科生逐步融入教师科研团队中,由不同研究方向的教师,根据自己的科研项目提出科研小课题;学生根据自己的兴趣和特长选择课题,将本科生导师制和创新教育有机结合起来。在整个教学过程中教师一直采用引导的教学方法,让学生独立思考,以提高学生的创造能力。
  三、实践教学能够有效实施的保障性建设
  (一)实践教学服务平台的构建
  学校要强化网络化的实验教学平台,激发学生的实验兴趣,调动学生积极性和主动性,综合评定学生实验成绩,引导学生理论知识、实践能力和科研素质协调发展。全面提升学生实践能力,确保实现本科层次应用型人才培养目标实現的可能性。
  要请具有丰富经验的企业专家和高校教师一起制定课程体系、教学内容和具体实施方案,注重理论与实践相结合、学校培养与行业培养相结合、缩短毕业生与社会的“磨合期”,真正实现与社会需求的“零距离”培养。
  增加讨论课、仿真操作及项目设计等考核的内容,卷面成绩占50%,闭卷成绩的弱化能够更全面、更准确地考核学生的真正水平,也给学生更多提升成绩的机会,增加学生学习的自信心,避免一次卷面成绩定结论的弊端。
  (二)实践教学保障体制的构建   校企合作虽然是一个很好的思路,但是不少企业把接纳学生当作负担,并不希望学生去实习或训练,而学校也难以承受企业的收费和学生的差旅费等,因此笔者认为要解决工程类学生的工程实践和素质教育问题,国家应该对具有一定规模的企业制定相应的法规,使我国的高等工程教育逐渐形成国家、高校、社会、教师、学生五位一体的人才培养体系。实践能力差、创新能力不足、未能与国际接轨是我国当前工程教育面临的三个基本问题,因此培养出来的学生与当前人才的需求有一定的差距,所以毕业后难以适应WTO条件下的市场环境。要解决这些问题,需要国家、社会、高校、教师、学生等各方面的共同努力,需要转变教育思想观念、改革人才培养模式、调整教学内容体系、更新教学方法等。我国高等工程教育要从大国走向强国,必须要尽快解决这些问题,而且人才培养模式应该是我们今后研究和实践的重要核心课题。
  (三)实践教学管理体制的完善
  为了进一步深化强化实践教学,学院要进一步明确培养目标,逐步形成科学合理的培养方案,在突出素质教育的同时,积极开辟培养学生全面发展的第二课堂,尽可能地为学生提供直接参加科研、设计、生产等实践活动,培养学生综合运用书本知识解决实际问题的能力。在资金和教师配备上要确保实践教学环节、强化工程应用和突出工程设计能力的培养,并且还要尝试建立核心课程考核制度的改革,尝试实践教学管理制度的改革。美国工程与技术鉴定委员会(ABET)认证要求工程领域类专业必须保证学生毕业后具备的能力,同时也给我们的大学教育事业指明了方向,我们高等教育应本着“以学生为中心”和“以创新性人才为培养目标”,不断摸索、不断改进、不断探讨,相信中国的高等教育会很快与国际接轨。
  四、结束
  CDIO教育理念是让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式来学习的系统工程,本文在CDIO 教育理念的指导下,并结合我院的人才培养和实践教学的实际情况,研究了实践教学的现状及改革的意义,讨论了实践教学体系的构建和实践教学能够有效实施的保障性建设。虽然工程实践教学体系已日益完善并取得了一些成效,但是由于各种原因,实践教学模式的实施并没能有效落实。希望在今后的实践教学过程中不断深化CDIO工程教育理念,努力为学生创建实践教学基地,为学生创造各种实践教学平台和实践机会,注重学生实践技能的培养,提高学生的主动参与性,鼓励学生发明创造,培养学生的创新思维和创新能力。为实现我国高等教育创新型人才的培养目标, 我们还应该在激发大学生创新动力的机制建设方面继续做进一步的探讨和研究。
  [ 参 考 文 献 ]
  [1] 李建军,张永强.基于CDIO教育理念的化工实践教学体系的构与探讨[J].教学研究,2016(11):97-100.
  [2] 赵树恩,李玉玲.基于CDIO教育理念的工程实践教学模式研与探索[J].重庆交通大学学报,2012(10):120-122.
  [3] 吕晓兰,左敬龙.基于协同创新的自主递进式实践教学模式研究[J].高教学刊,2017(7):16-18.
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  [责任编辑:刘凤华]
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