刘 军 孟献丰 杨 娟

江苏大学 江苏镇江 212013

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[1]。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4个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这4个层面达到预定目标。在此理念指导下，江苏大学无机非金属材料工程专业以理论与实践紧密结合，培养工程应用创新型高级技术人才为办学思路和定位。为了更好地培养学生的应用能力和创新能力，该专业从培养计划内和培养计划外两方面入手，构建多层次全方位培养实践与创新能力的专业培养体系并付诸实施，取得明显效果。

1 实践与创新能力培养体系的构建思路

培养计划内的实践与创新能力培养体系构建主要是对原有的实验、课程设计、实习和毕业设计环节进行改革，建立更加注重提高学生实践能力和工程应用能力的培养方式；培养计划外的实践与创新能力培养体系主要是构建“课外兴趣小组—科研立项—参与科研项目”为主线的大学生科技创新能力培养模式，其目的更加注重学生创新能力的培养。

2 培养计划内实践与创新能力培养体系的设计

培养计划内实践与创新能力培养体系的设计是针对全体学生的，目标是提高无机材料专业学生的整体素质的工程实践能力。我们结合大材料学科平台的建设，将专业实践性教学内容进行综合改革，建立新的实践教学平台。首先，我们将专业基础课和专业课整合成材料科学基础、材料工程基础和材料制备工艺3个课程群，打破课程界限，按课程群设置独立的综合性实验体系和课程设计体系，形成“理论教学－综合实验－课程设计”相互补充、相互依存的三位一体的课程体系。理论教学内容是基础，综合性实验是理论知识的应用，而课程设计则是综合运用课程所学的理论性知识及实验得到的实践性知识，研究和解决实际问题[2]。

3 培养计划内实践与创新能力培养体系的实现与运作

3.1 实验体系的设计与运作

在构建综合性实验教学环节时，对实验内容进行更新和补充，开设信息功能材料、结构陶瓷材料和玻璃材料及热工仪表3个综合性系列实验，分别与3个课程群相呼应，并编写出版了实验教材[3]。以结构陶瓷材料系列实验为例，改革前，粉体工程的课程实验进行粉体制备方法和粉体粒度测定的实验；无机材料工艺学的课程实验则进行成型、烧结等实验内容；而材料的性能和显微结构测试实验又分别分散在无机材料测试方法和无机材料物理性能的课程中，各个实验之间没有联系。改革后，结构陶瓷材料系列实验从微/纳米氧化锆粉体制备开始，让学生自己制备实验所需的氧化锆粉体，进行粉体性能测定，然后用所制备粉体进行成型、烧结，制得氧化锆增韧陶瓷材料，再将所制备材料进行加工，最终测试材料性能和观察显微结构。这样，整个系列实验成为一个相互联系的有机整体，让学生掌握了材料制备和分析的整个过程。

3.2 课程设计体系的设计与运作

课程设计是介于基本实验和毕业设计之间的实践教学环节，我们针对3个课程群设立了3个课程设计，分别为材料科学设计、材料工程设计和材料制备课程设计。材料科学设计侧重于材料的结构及结构形成过程基础理论的应用，培养学生的综合分析问题和解决问题的能力及查阅与应用文献资料的能力和撰写论文的能力。材料工程设计侧重于材料热工理论和设计技能的培养，同时也培养学生应用计算机辅助设计与绘图的能力。材料制备设计则侧重于材料制备工艺的实践，培养学生在工艺流程选择、工艺参数确定和制备效果评价等方面相关的能力。如材料科学课程设计以材料科学体系的理论教学为基础，以信息功能材料系列综合性实验为依托，在完成上述理论和实验教学内容的基础上撰写研究论文。这样，学生用理论知识解释实验中的现象和遇到的问题，并提出自己的观点，不仅巩固了书本知识，而且培养了学生分析问题的能力和创新能力，其效果是做习题远远达不到的[4,5]。

3.3 实习体系的设计与运作

生产实习是直接深入工厂的实践环节，对工科学生尤其重要。我校无机非金属材料专业长期以来，实习基地几乎都建立在国有企业南京电气集团。但南京电气集团于2005年9月份全部改制。改制以后，企业以追求经济效益为主，不再允许学生参加实际操作，造成学生实习过程中接触实际生产的机会减少。由于上述种种原因，生产实习往往只能是流于形式，没有达到预期的目的。为解决这一问题，我们结合产、学、研基地的建设，建立了一些新的实习基地，实习过程中，改变以前教师为主导的现象，采取集中加开放式相结合的方式。集中式实习即所谓以教师为主体的实习方式，此方式可以在实习初期即对音像教材的学习、对实习基地总体情况及所涉及工艺过程的了解时采用。而在进入生产实际，特别是工艺过程中涉及多个工序时，实行开放式实习方式，即由学生独立进行实习的方式。将学生分成小组，由教师给每组所涉及的不同工序提出一个待解决的问题，学生带着问题走入每个工序，在实习过程中不断寻找原因，找出解决问题的方案。这种实习办法能增强学生的主动性，培养学生独立工作能力。对于调动学生积极性，增强学生工程实践能力大有益处。

毕业设计是综合检验学生知识掌握情况及应用能力的环节。无机材料专业的毕业设计充分发挥教师各类课题较多的优势，让学生参与到课题中，真刀真枪地搞设计。对于已经与企业签约的学生，也可以结合就业单位的实际问题选题，学校教师和企业技术人员共同指导。这样，学生的工程应用能力大大提高。

4 培养计划外的实践与创新能力培养体系的设计与实现

培养计划外的实践与创新能力培养体系构建主要针对一些学有余力的优秀学生，其目的更加注重学生创新能力的培养。我们构建的“课外兴趣小组—科研立项—参与科研项目”为主线的大学生科技创新能力培养模式，强调学生课外科研活动的持续性[6]。由于有大量的课堂学习内容，大学生在科研活动中投入的精力和研究生不具可比性，如果没有持续性，就不能让学生在参与课外科技活动的过程中接受系统培训。在本模式中，大学生参与课外科技活动是一个系统工程，其工作模式类似于课题组的工作模式，能让学生在参加课外科技活动的过程中提高科技创新能力。我们的优势是教与学结合紧密，指导教师往往是主要的任课教师，对学生知根知底，有利于因材施教。因此，我们的做法是将理论教学平台、实验与实践教学平台、课外科技创新平台以及毕业设计平台打通，探索一条课堂教学与课外活动相结合的创新教育之路。从大一开始就有意识地向学生发出课外科技创新活动的号召，让学生提前介入或感受课外科技活动的气氛。此外，在平时的课堂上向学生讲解课外科技活动的理论和内容，或把课外科技创新活动以课程作业的形式从课堂延伸到课外。例如，先让学生学完课本上的知识点，然后给学生布置社会或企业存在的问题，要求学生开展调研，提出改进意见和措施。条件许可的话提供测试仪器，要求学生进行方案研究或优化，并帮助完成实施报告或提供政策建议。结合江苏大学团委和教务处的科研立项，结合指导教师的科研工作鼓励兴趣小组学生积极申报，使得学生有机会参与指导教师的纵、横向课题，培养科技创新能力，学生在这个统一的平台下，根据指导教师创新能力培养方案开展研究性学习，在课外科技活动中展现创新能力。因此，学生是基于兴趣的原因加入课外科技活动，这个课外科技活动一直连续到毕业设计阶段甚至研究生阶段，使学生的课外科技活动具有连贯性，保证学生在活动中创新能力不断提高。

此模式已经有成功案例，如该专业有一位学生，二年级时获得大学生科研立项的资助，毕业设计在同一导师的指导下开展研究工作，被评为江苏大学优秀学位论文以后，将研究工作持续到硕士和博士阶段，在国内外重要期刊如《高等化学学报》"Journal of Materials Science"等期刊发表多篇研究论文。近年来，该专业每年都有若干毕业生因为优良的综合素质被国内一些顶尖大学免试录取为研究生。

5 结语

基于CDIO理念的无机材料工程专业多层次全方位培养实践与创新能力的实践培养体系的运行在无机非金属材料专业取得较好的效果。在应用过程中，学生的动手能力和创新能力有较大提高。截至2016年，无机非金属材料专业学生获批省、校大学生科研立项目20余项，挑战杯全国二等奖1项，星光杯获奖3项，撰写科研论文多篇，多名毕业生以优异的成绩考取清华大学、北京大学、北京航空航天学、东南大学等名校，毕业生的素质受到用人单位的广泛好评。实践证明，这一体系对提高学生综合素质，增强工程实践能力，培养创新精神和创新能力具有重要作用。

[1]顾佩华,胡文龙,陆小华,包能胜,林鹏.从CDIO在中国到中国的CDIO:发展路径、产生的影响及其原因研究[J].高等工程教育研究,2017(1):24-43.

[2]Liu Jun, Chen Caifeng, Yang Juan.Constructing the Teaching System Integrating Theory Teaching with Comprehensive Experimentation and Course Design.Seminar on China Europe Engineering Education, 2005, Chongqing, 102-105.

[3]刘军,杨娟,陈彩凤.无机材料专业现代实验教学模式的改革与实践[J].中国教育教学研究杂志,2009(193):52-54.

[4]Jun Liu, Juan Yang and Liyong Tang. Study on integrated course project of materials science. Advances in Education Research,2013(21):8-11.

[5]刘军,杨娟,唐丽永,陈彩凤.材料科学综合性课程设计的实践与研究[J].科学导报,2013(1):26.

[6]杨娟,徐桂芳,刘军.工科学生课外科技活动中创新能力培养的思考[C].第21届全国高校安全工程学术年会论文集,2009:156-157.