《生物医学材料》课程CDIO模式改革

杨涵崧 朱永长 李国晶 张云龙 王涛 彭太

摘 要：为适应经济全球化形势下产业发展对创新工程人才的需求，实施制造业强国战略，2016年教育部成立CDIO工程教育联盟。佳木斯大学2012年组建CDIO工程教育团队，对《生物医学材料》课程采用CDIO工程教育模式，在培养目标与课程教学大纲的CDIO工程定位、课程教学内容改革、翻转课堂设计、开展模拟项目训练、教学反思与反馈活动等方面改革，取得了预期成效。

关键词：CDIO工程教育 生物医学材料 改革

中图分类号：F016.3;G642.0  文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2022）04-204-02

CDIO由构思、设计、实现以及运作（Conceive、Design、Implement、Operate）构成[1，2]。现将佳木斯大学无机非金属材料工程专业课程《生物医学材料》CDIO工程教育的改革予以总结。

一、课程CDIO工程教育定位

（一）培养目标与课程教学大纲的CDIO工程定位

笔者所在的佳木斯大学分别在2012、2016、2019年对无机非金属材料工程专业分别进行了三次培养方案和课程教学大纲的重新定位与调整，更加突出工程教育理念，使学生的学科知识和产品研发实践结合，融产业发展与产品发展同步的CDIO工程教育模式。2019版专业培养目标可以分解为5个目标和12条要求[3]。

（二）课程CDIO工程教育定位

《生物医学材料》课程对学生的能力大纲要求见表1[3-5]。

二、课程CDIO工程教育改革

（一）课程教学内容改革

1.部分课程内容取材于实际案例，向学生渗透工程意识。在讲授钛与钛合金的生物医用领域时，选取了两个真实素材。在颅脑外科使用方面，教师把协和医院2010年11月成功用人工钛头骨实现“半脑儿”男孩颅骨修复手术的事例引入课程。贵阳少年强强（化名），患上了世界上罕见的怪病——戈勒姆症，中医称为“溶骨症”，牙齿全部脱落，其下颌骨也完全溶解消失。经国内外多家医院治疗都没有效果。第四军医大学口腔医学院多名专家教授，于2008年11月为强强的下巴成功实施安装仿生钛材料和自体骨移植手术。

这两例医用钛及钛合金的临床应用，涉及钛及钛合金材料的冶炼、成形、表面处理等工艺，都体现着工程应用的能力，借此机会向学生灌输工程与实践、综合性学习的思想。将我国制造业强国战略传达给学生，增强对CDIO工程教育模式必要性、重要性的理解。

2.将最新知识和科技成果教给学生。例如学习组织工程学内容时，把干细胞工程、克隆技术作为课程内容的延续，拓宽学生知识视野。利用人工皮肤的培养、兔子耳朵上复制“人耳”、克隆猴以及利用人工流产进行的胚胎干细胞培育等知识，一方面让学生了解最前沿的学科内容与热点，培养学生建立学科交叉融合的思想，增加开放度;一方面对学生进行思政教育，培养学生的专业自豪感和专业认同感，鼓励学生树立建设祖国理想，努力学习。同时通过任务驱动，向学生说明核心技术是国之重器，核心技术需牢牢掌握在自己手中的思政教育[6]。

（二）“翻转课堂”设计[7]

长期以来，教师的教学常常是教师讲、学生听、学生与教师交流少的传统模式。鉴于《生物医学材料》课程学时少、教学内容多、理论知识需要程度不深的特点，将部分教学内容如仿生材料、干细胞工程等，提前进行录像，课前一周发给学生，同时利用微信班级群、智慧树学习活动板块留下学习的思考题，让学生提前自主学习;上课时先随机抽查学生课前学习情况，在课堂授课过程中将思考题进行解答;课堂与开启智慧树见面课同时进行，每节课进行2～3次投票、抢答、头脑风暴等活动，同时采取智慧软件随机点名方式，防止学生“挂机”人不在，也可随时把握学生学习状况，提高学生学习的专注度;对需要讨论学习的内容，提前把任务分配到各学习小组，小组讨论得出结果或结论后，由其他组进行点评，最后教师再进行总结。

通过“翻转课堂”的设计，克服了课程教学内容容量大、学时偏少的状况，有效地防止学生上课溜号、玩手机现象的发生，课堂秩序、授课质量明显好于传统上课模式。

（三）开展工程模拟训练

一是进行一次完整的实践工程项目模拟训练。将自主设计和制备致密生物活性羟基磷灰石陶瓷、制备多孔生物材料、制备生物玻璃等实训内容发给各学习小组，要求各小组集体完成从原料制备与检测、成型、烧结、性能测试等内容的方案设计，构建学生综合素质、个人能力、过程和系统的能力。

二是研究、筛选和判别无机非金属材料工程复杂问题的影響因素。在上课第一周，给每名学生留一个综述性的课题，一人一题，要求课程结束前一周完成。参考文献数量不少于30篇，近五年文献不少于10篇，外文文献不少于5篇。按照拟定的期刊格式要求成文，并准备一个PPT课件，教师向学校申请4学时的多媒体教室，每名学生对自己的综述性论文进行讲解，并由学生组成的答辩委员会当场给出成绩。

（四）做好课程反思与反馈活动

1.教师课程反思活动。知人为聪，知己为明，知人不易，知己更难。教师以课堂教学为切入点，通过实践、反思、再实践的过程，不断提高对教学能力和理论的认识，提高教学的实战能力。

借助“翻转课堂”的录像录音、学校的教学视频、上课过程中给自己录的声音等信息，自我反思教师上课存在的问题和需要改进的细节，及时予以改进和改正。比如2020春季学期，利用钉钉网络课程的回放功能，发现主讲教师存在“啊”“那么”“然后”等承接语过多，语速偏快、偶尔吐字不清晰等问题，事后进行了针对性自我调整，短期内取得了明显改观;在《生物医学材料》课程每一个教学周期，规定课程教学团队教师互听互评至少三次课，将每次听课的评价反馈给授课教师;利用教研室开会、集体备课、课程总结的机会，用“红红脸、出出汗”的做法，指出教师上课存在的问题，教师对照予以整改。

2.教师不断提升教学能力。首先，教师要定准自己位置，“我们是干什么的——教书育人。”往大了说，我们要讲党性原则，忠诚党的教育事业，往小了说，我们要对得起良心道德，尊重教师这一职业，对得起这份工作。把对学生的授课当成自己的生命线，安身立命之本，从严治学、严谨执教。其次，发挥教师的主导地位，调动学生学习的积极性和主动学习。明确告知学生，工科专业课的学习，枯燥晦涩难懂是正常的，要耐得住寂寞，学习需要啃骨头的精神。教育学生正视大学的学习生活;帮助学生克服焦躁和浮躁情绪;与学生平等共处;对学生要有爱心;教育要公正;与学生进行换位思考，关心学生爱护学生，要求他们自立自强[8]。第三，及时进行自我调整和心理疏导，不把工作、同事、家庭琐事的不愉快情绪带到课堂，用舒缓平和的心态上课。上课中如出现学生知识掌握差、听课状态不好、玩手机吃零食等现象时，及时管理但不能影响自己的教学状态。

《生物医学材料》课程教学团队秉承一个信念，那就是教好每一门课和每一次课，一下子达到高水平不现实，有计划地在一个教学轮次中，刻意地着重提升某些章节的教学能力，利用三到五个教学周期实现整体水平提高。多向同行学习，取长补短。

3.学生对课程反馈。利用期中教学检查、师生座谈会、组织调查问卷等形式，让学生对课程教学把想说的话说出来，让学生对教师提出改进意见，请学生提出对教师的授课内容、授课形式的要求，信息反馈给授课教师。课程团队教師本着“有则改之、无则加勉”的虚心态度，接受学生的批评建议并予以改进调整。

三、结果对比

通过对比，《生物医学材料》课程在实施CDIO工程教育后，课堂教学手段更加灵活，课堂学习气氛活跃。学生综合设计能力、工程意识明显提高，考试成绩比实施CDIO工程教育前平均分提高5～7分，达到了预期成效。

[基金项目：佳木斯大学教育教学改革研究项目（编号2020JY2-18）;黑龙江省高等教育学会规划课题（课题编号14G133）]

参考文献：

[1] 周细林.基于CDIO的创新型人才培养模式研究与实践[J].科技与创新，2020（22）：113-114.

[2] 李顺年，王锐.基于CDIO模式的产品设计专业创新教学模式实践探究[J].教育教学论坛，2020（33）：207-209.

[3] 佳木斯大学年本科专业培养方案（2019）：499-510.

[4] 佳木斯大学《生物医学材料》课程教学大纲（2019）：218-223.

[5] 百度文库.CDIO介绍[OL].（2010-11-04）[2020-01-04].http：//wenku.baidu.com/view/b2df686e58fafab069dc02c4.html

[6] 张苗玲，张桃.大学生创新创业教育融入高校思想政治教育的研究.国际公关，2020（10）：42-43.

[7] 鲁建辉.地方高校慕课翻转课堂混合式教学的适宜性探析[J].黑龙江教育，2020（01）：70-72.

[8] 杨涵崧，李国晶，李慕勤，等.无机材料科学基础课程教学改革初探[J].实验室科学，2012（04）：6-8.

（作者单位：佳木斯大学 黑龙江佳木斯 154000）

（责编：若佳）