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基于CDIO理念的生物工程专业综合实践教学体系的改革与实践
1、问题的提出、课题界定、国内外研究现状述评、选题意义与研究价值 1.1 问题的提出
高等工程教育以培养和造就现代工程师为主要目的，工程应用型本科锁定第一线职业工程师的培养，承担着为社会培养高素质、有扎实理论功底、有熟练专业技能和较强创新、实践能力的优秀应用型人才的任务。而学生综合素质、工程实践能力和创新能力的培养需要科学合理的实践教学体系。然而，在高教大众化的背景下，以教学为主的应用型本科院校的实践教学体系受教育能力和环境的限制，多以验证性的课程实验为主，综合性、研究性实验比较少，而且各实践环节之间缺少有机的联系，与实际市场需求有一定的脱节。近年来，国内一些高校，如武汉理工大学、湘潭大学、天津工业大学等针对综合性实验课程的教学模式进行了一系列的研究工作。徐州工程学院、安徽工程大学、宁波工程学院等院校针对应用型本科毕业论文（设计）环节的实施进行了探讨。这些研究成果为应用型本科实践教学体系的构建提供了有益的参考，但仅针对某一实践环节的讨论，没有考虑整个实践体系的有机联系。北华大学、黑龙江工程大学等院校探索了工程应用型本科实践教学体系的构建，提出了一些新的教学模式,但是，对教学体系的探讨只是处于全局层面，还有待更加深入细致地探讨，尤其还缺乏实践结果来检验实践教学体系的改革。同时，由于不同学校、不同专业人才培养的定位与技能要求存在一定的差异，现有成果的借鉴与指导作用也有限。 1.2 课题界定
武汉工商学院人才培养目标是“培养具有较为扎实的理论基础、较强创新精神和实践能力的应用型高级人才”，因此人才培养方案注重理论与实践、知识传授与能力培养相结合。 生物工程专业属于实践性较强的专业，学校一直比较重视实践教学环节的开发与实施。结合本校应用人才培养目标和市场需求，从2010年开始，生物工程专业在原课程实验的基础上，逐渐将设计性、综合性的理念与应用型人才培养贯穿于整个实践体系的各个环节。经过几年的实践，已经构建起以专业认知实习、课程实验、课程设计、生产实习、毕业论文（设计）“五位一体”的综合实践教学体系，取得了一定的教学效果。但同时在实践中发现，现有教学体系仍存在内容设计不合理、不完整、各环节之间缺乏有机联系，与企业生产实践脱节等问题，亟待进行内涵建设并构建完整的综合实践教学体系，以实现本科教育与就业之间的对接。
1.3 国内外研究现状述评
2000年，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学成立了CDIO国际合作组织。CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运行（Operate）四个步骤的英文缩写，在“做中学”中强调学生在真实的工作环境中学习科学知识的同时，培养个人能力、交往能力以及对产品、过程和系统的建造能力，最终成为适应时代需求的卓越人才。自2000年起CDIO模式在全世界以麻省理工学院为首的几十所大学操作实施以来，已取得了显著成效。
2008年，由教育部高教司理工处和汕头大学联合主办了CDIO工程教育模式试点工作会议，确定了汕头大学等18所高校为第一批CDIO试点高校，这表明CDIO模式在我国也得到了迅猛的发展。随后越来越多的学者把CDIO的理念推广，有课程方面的教改，比如计算机课程、动漫专业课程、电路与电子课程、生物工程课程等；也有人才培养方面的改革，比如创新型人才培养、软件人才培养等；逐步地学者们发现CDIO不仅仅只适用于工科课程，层次也不仅限于大学本科，从此 CDIO 走上了一条发展之路，不断地被引入到工科以外的学科，并对高职院校的人才培养模式进行改革，收效非常好。 1.4 选题意义与研究价值
CDIO以完整的项目研发为载体，系统地培养学生专业技术知识、创新思考能力、职业
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究思路、研究方法、技术路线、实施步骤
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能力和态度、团队协作和沟通能力，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。针对我校生物工程人才培养目标和市场需求，对生物工程专业的实践教学体系进行改革，构建科学的、递进式的、有机联系的综合性实践教学体系，有利于强化学生工程实践能力培养，提高学生的就业能力和适岗能力，提升教师的科研能力，促进“双师双能型”师资队伍建设，增强专业服务行业的能力，有利于提高学院的整体竞争力，有利于促进学院的可持续发展，并为应用型本科院校生物工程专业实践教学体系的构建提供可以借鉴的例证。 2、课题理论依据、研究目标、研究内容、研究假设、创新之处 2.1 课题理论依据
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运行（Operate），它是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习 (Project based ducation and learning)”的集中体现，它的目标是培养素质全面发展，知识结构合理和具有良好应用知识的方法，具备扎实的技术开发应用，具有创新意识、创新精神、创新能力并能够取得创新成果的人才。 Edward Crawley等人在《Rethinking Engineering Education:The CDIO Approach》一书中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CDIO系统12条标准。该标准描述了CDIO要求的专业培养，说明了--个满足CDIO要求的专业的突出特点。 2.2研究目标
为了适应高等工程教育发展和市场需求，以CDIO理念改革生物工程专业的综合实践教学体系，加强各实践环节之间的有机联系，强化学生的工程实践能力培养，包括与新工艺开发相关的实践创新能力的培养；与生物工程应用相关的经济、社会、环境等意识；与生物工程产业创业相关的意识和能力。完善实践教学组织管理和运行机制，提高学生的就业能力和适岗能力。 2.3 研究内容
（1）更新综合性、设计性实验项目内容
对所有的实验项目的内容进行讨论，去掉陈旧的、重复的内容，增加新的方法及实验内容；在适当补充实验设备的基础上，尽可能实现实验方法、检测方法的多样性；体现实验内容的模块化设计，一个大的实验模块由多个小的模块组成，由各个小组完成，各个小组的实验结果可以进行相互的比较和讨论，以达到对某一内容的深入讨论。如：生物化学实验中维生素C的含量测定，含有碘量法，2,6-二氯靛酚法和2，4-二硝基苯肼法，可以增设荧光法，并且可以比较这几种方法测定水果蔬菜中维生素C含量的差异。 （2）推广CDIO“做中学”的学习方式
拟先在局部小范围内考察CDIO教学改革效果。初步选取本校2015级生物工程专业学生成绩中等40人，随机分成10个项目小组，其中实验组和对照组各5个小组。小组以团队内协作、团队间协作加竞争的方式进行自主探究式学习和工作，教师仅起指导作用，促使学生完成一次构思- 设计- 实施- 改进和展示的全过程。实验组采取CDIO项目教学模式，对照组采取传统教学模式，将学习成绩用统计学方法进行定量分析，进而比较两者的学习效果。第一阶段为“Conceive”(构思) 阶段，每个团队对项目进行总体构思，确定项目内容和方向；第二阶段为“Design”(设计) 阶段，在确定项目内容和方向的基础上，通过查阅大量的参考文献和组内讨论，确定基本方案，然后在班级中让每组成员就项目进行阐述和讨论，主要包括每组选定项目的基本思路、实验方法，然后根据已有的理论知识进行评估和辩论，最后形成评价意见供该团队修改；第三阶段为“Implement”(实施) 阶段，团队中的学生必须掌握大纲规定的实验部分知识；第四阶段为“Operate”（运作）阶段，对项目分析修改和展示在试验过程中，根据具体实践结果，各组学生自己分析原来构思中的缺陷，进一步修改后再设计、执行和运作其项目，然后全班同学再进行一次交流，同学和老师再一次进行评价，然后部分学生将进行重新设计和执行其项目，即进一步强调“Operate”过程。
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然后在本校生物工程专业中有计划、渐进式地进行，即前期进行项目一、项目二的训练，后期进行项目三的训练，具体计划见图1，进而延伸到整个实践教学体系的教学内容。在执行过程中分别对相关学生和教师展开问卷调查和访谈活动，从不同视角分析项目推进的情况。
（3）加强“产学研”实习基地建设，改革指导环节，提高生产实习效果 教育部副部长鲁昕同志曾经指出“推行校企合作的人才培养模式，更好地为合作企业创新与发展服务”。①以武汉长联来福制药股份有限公司、湖北科亮生物工程有限公司、武汉生物化学制药有限公司等为依托，建立涉及生物工程方面的实习实训基地，使现有实习基地的运作规范化、稳定化、长期化。②与企业签订合作研发教学基地协议，构成具有竞争特色的立体化实验实践教学基地，满足在校学生的实验、实训、实习的需求，将科技创新与科研成果应用到实践教学中，实现“产-学-研”一体化。 （4）改革组织实施过程，提高毕业论文（设计）质量 针对毕业论文期间实验室压力较大、与学生就业时间冲突等问题，对现行实施过程进行改革。以保证有效实验时间，提高毕业论文质量，培育优秀毕业设计（论文）团队。 （5）构建“省校院”三级大学生科技创新体系
结合教师横向、纵向科研项目及企业生产一线出现的问题，针对大三、大四学生，构建“省校院”三级大学生科技创新体系。 （6）建立课外“创新学分”制度
规划一系列课外科技活动(比如实际或模拟项目)和社会实践项目，参加教师的科研或教改活动、参加校外企业实训活动、社会实践活动、专业认证考试（药物检验员、化学检验员）、各类学科竞赛、学术论文、课外科技活动（大学生科技创新项目）、应用开发培训等，都可以计入学分。课外“创新学分”活动使学生置身到“产学研”的环境中，开扩视野，锻炼能力，促进学生的学习活动“以教师为中心”向“以学生为主体”转化。 （7）制定合理的实验室开放管理制度
基础实验层次实行预约开放，即在基础训练实验中安排教学计划外的时间开放实验室，让部分低年级学生要求课外重作实验，或者对实验进行探索的，实验室按预定时间开放；综合实验层次实行自主开放，即在创新设计实验中，实验时间和实验项目由学生自主选择，实验室全天开放，随到随做，以推进学生自主学习、合作学习、研究性学习。 （8）构建合理、工程能力强的“双师双能型”师资队伍 要培养工程师人才，不仅要有“双证”的教师队伍，还必须要有实践能力强的“双能”的教师队伍，即既要有理论教学能力，又要有实践教学能力。培养“双师双能型”教师，要求教师在指导学生实验、实习，做毕业论文（设计）时尽量和企业接轨，尽可能做到结合企业的生产标准，同时采集企业生产一线的数据融入实践教学。因此，学校从2015.07起实施“教师岗位实践”的相关政策，每个学院每学期都安排一名教师深入企业，脱产岗位实践半年，让教师拓宽学生实习基地、参与企业项目开发（能争取到一项横向课题）、经营管理、课题研究等，在专业知识的实践应用中得到锻炼，从中获得课堂教学所需的实践素材。 （9）制定完善的考核体系。
考核评价体系以评价学生应用技能为中心，考试不再是主要的形式，而改革以工程项目的完成过程及效果为主要手段，过程评价与效果评价相结合，建立可控的过程评价与激励体系。
2.4 研究假设
本课题有三种假设： （1）实践部分环节之间能够得到科学、递进式的有机联系。实践教学体系是一个完整的、有机联系的整体。统筹兼顾实践教学活动的各个环节，使它们协调统一起来，才能保证实践
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