基于CDIO理念的卓越工程师试点班交叉学科课程教学改革与实践

马筱聪+陈雷+黄华贵+于凤琴

摘要：交叉学科是高等学校提高学术水平和教学水平，培养创新人才不可或缺的关键环节，是当前高水平大学发展的主要支撑点和主题。本文以燕山大学机械工程学院轧钢专业卓越工程师试点班开设《先进钢铁材料工艺与技术基础》的教学实践为案例，介绍了以CDIO工程教育理念和模式指导下交叉学科课程的教学改革情况，总结了教学方法和改革思路，指出教学改革中仍存在的弊端，为建立学科交叉适用的教学平台提供了经验。

关键词：CDIO；卓越工程师；交叉学科；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）44-0122-03

一、引言

为落实国家中长期教育改革与发展规划纲要精神，全面提升我国的人才竞争力，燕山大学机械学院2010年开始实施了“卓越工程师教育培养计划”试点工程，旨在培养创新能力强，适应经济社会发展需要的高质量复合型工程技术人才。结合学校和机械学院的实际情况，学院将“学科交叉、特色突破”，定为提高卓越工程师培养质量的着眼点，有意识地将机械、材料、电气、计算机等多学科的知识交叉融合、渗透贯通到工程技术类基础课中，注重将CDIO工程教育理念贯彻到卓越工程师试点班的教改之中，打破了传统单一的教学模式，制订了适合多学科交叉渗透的教学实践计划，优化了课程体系，补充了交叉学科课程，通过对教学内容和教学方法的改革，逐步探索卓越班学生所需的“贴近工程，贴近生产实际”的知识体系，以实现“卓越工程师”的培养目标，培养更具创新性的卓越工程人才。本文对轧钢专业卓越工程师试点班《先进钢铁材料工艺与技术基础》课程的教学改革实践进行总结，为如何改进交叉学科课程教学提供相关建议和参考，与同行共勉。

二、课程特色与教学理念

《先进钢铁材料工艺与技术基础》是针对当前轧钢专业的发展趋势，为轧钢卓越工程师班专门开设的一门材料工程技术类基础课。课程内容涉及材料、机械、冶金、力学等多门学科，具有学科交叉特色及理论与工程实践密切结合的特点。学生除了进行课程学习外，还要参与跨学科的科学研究，使学生对未知领域的知识有所了解，并能够灵活运用跨学科知识，将理论运用于实践，具备解决钢铁产品成型工艺开发、成型设备、工艺优化的能力；使学生获得独立开展科学研究所必备的基础理论、实验方法以及数据处理等方面的训练。为此，课程教学采用“课堂教学+讨论互动+动手实验”三位一体有机融合的教学新体系，选择充分体现课程特点的研究项目，让学生参加进来，在“做中学”，充分调动学生的学习积极性，全面培养学生的设计创新能力、制造能力、实验能力、团队精神与协作沟通能力。通过实验和科研项目参与，使学生得到用跨学科理论知识解决具有学科交叉特点的工程实际问题的训练，达到深化知识，锻炼能力的效果。

三、教学手段与方法改革初探

1.引入案例式教学和课堂讨论。引进案例式教学，将真正案例融于教学内容，而不是简单介绍，切实做到寓教于研。尽量选择教师本人的科研项目或者学校本土的科研成果作为教学案例。课上教师讲述相关的理论和解决问题的方法，课下将卓工班学生分为若干组，组建小团队，布置不同的讨论内容和作业。这些讨论和作业，既有独立的研究内容和实施方案，又有机衔接，具有广阔的延伸性和拓展性。课下不同组的同学可以自由讨论，也可和教师交流，最后将讨论的结果整理，以报告的形式上交，并在后面的教学环节中，专门讨论，将各组的讨论结果分析对比，尽可能保证每组学生都能讲述自己的调研结果，最终由任课教师评定。这些经典案例的分析与讨论，以及基于团队的多学科交叉渗透的课程项目，不仅为学生提供了平等的主动参与教学的机会，也培养了学生的主动思考与探索能力，创新意识和实践能力，分析与解决问题能力，文献检索和综合能力，思想表达能力，团队合作精神等，实现了对学生综合能力和素质的培养。同时也能够进一步提高教师教学的积极性与热情。

2.更新课堂教学手段。更新课堂教学手段，将多媒体课件教学穿插到理论讲述之中，特别是讲到交叉学科中难懂的理论，由于学生自身的基础较薄弱，利用精心制作的多媒体课件教学，可向学生传输大量学科前沿技术与新成果，弥补教材内容偏旧的缺欠。多媒体课件的教学信息量大，形式多样化，图文具茂，动画与模拟配合补充，对学时少、理论知识抽象的课程是很好的补充；通过展示大量实验结果图片，并配合软件技术实现教材中抽象理论内容的模拟仿真，起到了事半功倍的教学效果。

3.特色实验教学，内容与课程设计相匹配。《先进钢铁材料工艺与技术基础》课程偏重于材料领域的知识，根据课程特点，实验内容要体现材料科学特色，并与机械工程有机结合，力争与实际研发项目衔接，与工程实际贴近，与先进的实验手段衔接。

轧钢专业的课程设计或专业综合训练，以设计轧机和制定工艺为主，这些内容的分析与设计都需要准确地计算轧制力，轧制力则与材料的变形抗力密切相关。根据这一特点，将材料的塑性变形、组织、性能特点作为实验课内容之一，与教师的科研项目相结合，使得学生在完成实验的同时，也完成了课程设计的相关内容（轧制力计算）。

另外，设计了微观组织的制备与观察的实验，使学生掌握金属材料微观组织变化和分析的基本方法。为了反映材料在热塑性变形过程中的微观变化，在材料热塑性变形的过程中，组织的动态演变分析以及数值处理方法贯穿实验的全过程。由于实验内容更新颖、更直观地反映科学问题，极大地提高了学生的学习兴趣，培养了学生的团队精神，学生由“被动实验”到“主动参与实验”，实验效果大大增强。学生的实验心得之一：“第一次亲手制备出了亮如镜面的钢材试样，第一次观察到了钢的真面目，终于明白了轧制力变化的原因。最终的成绩已没有当初那样重要，我们在调研和实验活动中的收获，已远超出了分数的价值。”实验心得之二：“团队合作更重要，一个人能力再强，没有团队的帮助，是完不成所有工作的，只有相互合作，各尽所长，才能又快又好地完成工作！”endprint

四、存在的问题与思考

交叉学科课程设立的初衷，是有利于促进不同学科交叉互渗，以培养学生的创新思维、专项能力、工程素质，拓宽学生的专业知识面。通过课程的教学实践，发现卓工班在交叉学科教学实施过程中，还存在不足之处，具体表现在以下几个方面。

1.距前期基础课时间跨度长，学生不能快速进入状态。从卓工班整体的教学计划了解到，学生以前学过该门课有关的前续课程，但是距离这门课的学习已过了近1年，很多知识都忘了，加之这门课程涉及的知识面繁多，且比较抽象，致使学生在短时间内感到学习吃力，也给任课教师增加了教学困难，在讲授一些关键知识点时，需花费较多时间复习前续相关基础知识。

2.实验室试验手段有限。由于交叉学科的实验方法比较特殊，本专业实验室内进行传统实验的设备条件有限，难以满足某些实验要求，致使有些更直观的实验进行起来比较困难，有些实验结果差强人意。建议调配学校的实验室资源，对卓工班的实验全面开放，让学生了解更多未知未见的实验设备和方法，能更好地调动学生的学习积极性。

3.学时相对较少，学生知识掌握不精。通过与学生交流，了解到卓工班的课程多、任务重，虽然学生学习兴趣浓，但是由于学时较少，致使部分学生觉得学的内容不精，学习积极性下滑，不利于学生真正掌握相关知识并转化为实际工作能力。当然，如何更好地平衡卓工班各门课程的学时分配，仍需学校、学院、任课教师总结、分析、改进。

五、结论

卓越计划的实施，是燕山大学机械工程学院近年来教学工作的重点内容，学院在积极借鉴国际先进的CDIO工程教育模式基础上，将卓越试点班的教学内容进一步调整和融合，增加了一些能够调动学生积极性，拓宽学生知识面的交叉学科课程，开始了对交叉学科课程理论教学和实验教学方法与教学手段的探索。这些课程以“做中学”为指导思想，注重培养学生的核心专业能力、工程实践能力、知识运用能力、创新能力、团队协作和交流表达能力，使学生们从被动学习变成主动学习，从强调理论学习变成理论学习与实践学习并重，强化了工程实践，学生在创新、实践及团队合作等各方面的能力得到提高。同时，通过及时总结和分析当前交叉学科教学上仍存在的一些问题和不足，努力制定改进政策和措施，力争通过卓工班培养更多能适应社会需求的创新型、复合型、应用型人才。

参考文献：

[1]周英，落实卓越工程师教育培养计划大力培养工程科技创新人才[J].中国大学教学，2011，（8）：11-13.

[2]张文生，宋克茹，回归工程教育理念下实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].西北工业大学学报（社会科学版），2011，（3）：77-79.

[3]林健，谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等焦距，2010，（17）：30-32.

基金项目：国家青年科学基金资助项目（51101136）；河北省青年科学基金资助项目（E2012203013）；秦皇岛市科学技术研究与发展计划资助项目（2012021A087）

作者简介：马筱聪（1981-），女，河北廊坊人，硕士，助理研究员，主要研究方向为材料加工。endprint

四、存在的问题与思考

交叉学科课程设立的初衷，是有利于促进不同学科交叉互渗，以培养学生的创新思维、专项能力、工程素质，拓宽学生的专业知识面。通过课程的教学实践，发现卓工班在交叉学科教学实施过程中，还存在不足之处，具体表现在以下几个方面。

1.距前期基础课时间跨度长，学生不能快速进入状态。从卓工班整体的教学计划了解到，学生以前学过该门课有关的前续课程，但是距离这门课的学习已过了近1年，很多知识都忘了，加之这门课程涉及的知识面繁多，且比较抽象，致使学生在短时间内感到学习吃力，也给任课教师增加了教学困难，在讲授一些关键知识点时，需花费较多时间复习前续相关基础知识。

2.实验室试验手段有限。由于交叉学科的实验方法比较特殊，本专业实验室内进行传统实验的设备条件有限，难以满足某些实验要求，致使有些更直观的实验进行起来比较困难，有些实验结果差强人意。建议调配学校的实验室资源，对卓工班的实验全面开放，让学生了解更多未知未见的实验设备和方法，能更好地调动学生的学习积极性。

3.学时相对较少，学生知识掌握不精。通过与学生交流，了解到卓工班的课程多、任务重，虽然学生学习兴趣浓，但是由于学时较少，致使部分学生觉得学的内容不精，学习积极性下滑，不利于学生真正掌握相关知识并转化为实际工作能力。当然，如何更好地平衡卓工班各门课程的学时分配，仍需学校、学院、任课教师总结、分析、改进。

五、结论

卓越计划的实施，是燕山大学机械工程学院近年来教学工作的重点内容，学院在积极借鉴国际先进的CDIO工程教育模式基础上，将卓越试点班的教学内容进一步调整和融合，增加了一些能够调动学生积极性，拓宽学生知识面的交叉学科课程，开始了对交叉学科课程理论教学和实验教学方法与教学手段的探索。这些课程以“做中学”为指导思想，注重培养学生的核心专业能力、工程实践能力、知识运用能力、创新能力、团队协作和交流表达能力，使学生们从被动学习变成主动学习，从强调理论学习变成理论学习与实践学习并重，强化了工程实践，学生在创新、实践及团队合作等各方面的能力得到提高。同时，通过及时总结和分析当前交叉学科教学上仍存在的一些问题和不足，努力制定改进政策和措施，力争通过卓工班培养更多能适应社会需求的创新型、复合型、应用型人才。

参考文献：

[1]周英，落实卓越工程师教育培养计划大力培养工程科技创新人才[J].中国大学教学，2011，（8）：11-13.

[2]张文生，宋克茹，回归工程教育理念下实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].西北工业大学学报（社会科学版），2011，（3）：77-79.

[3]林健，谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等焦距，2010，（17）：30-32.

基金项目：国家青年科学基金资助项目（51101136）；河北省青年科学基金资助项目（E2012203013）；秦皇岛市科学技术研究与发展计划资助项目（2012021A087）

作者简介：马筱聪（1981-），女，河北廊坊人，硕士，助理研究员，主要研究方向为材料加工。endprint

四、存在的问题与思考

交叉学科课程设立的初衷，是有利于促进不同学科交叉互渗，以培养学生的创新思维、专项能力、工程素质，拓宽学生的专业知识面。通过课程的教学实践，发现卓工班在交叉学科教学实施过程中，还存在不足之处，具体表现在以下几个方面。

1.距前期基础课时间跨度长，学生不能快速进入状态。从卓工班整体的教学计划了解到，学生以前学过该门课有关的前续课程，但是距离这门课的学习已过了近1年，很多知识都忘了，加之这门课程涉及的知识面繁多，且比较抽象，致使学生在短时间内感到学习吃力，也给任课教师增加了教学困难，在讲授一些关键知识点时，需花费较多时间复习前续相关基础知识。

2.实验室试验手段有限。由于交叉学科的实验方法比较特殊，本专业实验室内进行传统实验的设备条件有限，难以满足某些实验要求，致使有些更直观的实验进行起来比较困难，有些实验结果差强人意。建议调配学校的实验室资源，对卓工班的实验全面开放，让学生了解更多未知未见的实验设备和方法，能更好地调动学生的学习积极性。

3.学时相对较少，学生知识掌握不精。通过与学生交流，了解到卓工班的课程多、任务重，虽然学生学习兴趣浓，但是由于学时较少，致使部分学生觉得学的内容不精，学习积极性下滑，不利于学生真正掌握相关知识并转化为实际工作能力。当然，如何更好地平衡卓工班各门课程的学时分配，仍需学校、学院、任课教师总结、分析、改进。

五、结论

卓越计划的实施，是燕山大学机械工程学院近年来教学工作的重点内容，学院在积极借鉴国际先进的CDIO工程教育模式基础上，将卓越试点班的教学内容进一步调整和融合，增加了一些能够调动学生积极性，拓宽学生知识面的交叉学科课程，开始了对交叉学科课程理论教学和实验教学方法与教学手段的探索。这些课程以“做中学”为指导思想，注重培养学生的核心专业能力、工程实践能力、知识运用能力、创新能力、团队协作和交流表达能力，使学生们从被动学习变成主动学习，从强调理论学习变成理论学习与实践学习并重，强化了工程实践，学生在创新、实践及团队合作等各方面的能力得到提高。同时，通过及时总结和分析当前交叉学科教学上仍存在的一些问题和不足，努力制定改进政策和措施，力争通过卓工班培养更多能适应社会需求的创新型、复合型、应用型人才。

参考文献：

[1]周英，落实卓越工程师教育培养计划大力培养工程科技创新人才[J].中国大学教学，2011，（8）：11-13.

[2]张文生，宋克茹，回归工程教育理念下实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].西北工业大学学报（社会科学版），2011，（3）：77-79.

[3]林健，谈实施“卓越工程师培养计划”引发的若干变革[J].中国高等焦距，2010，（17）：30-32.

基金项目：国家青年科学基金资助项目（51101136）；河北省青年科学基金资助项目（E2012203013）；秦皇岛市科学技术研究与发展计划资助项目（2012021A087）

作者简介：马筱聪（1981-），女，河北廊坊人，硕士，助理研究员，主要研究方向为材料加工。endprint