新工科背景下本科生导师制CDIO培养模式的构建.pdf

新工科背景下本科生导师制培养模式的构建CDIO赵祯霞赵钟兴周利琴李晶（广西大学化学化工学院，广西南宁53 0 0 0 4）【摘要】随着我国高等工程教育向新工科时代的迈进，全国高校开启了探索新工科高等工程教育的尝试和改革。以学生为中心的工程教育专业认证和以面向未来产业需求为导向的卓越工程师教育全面拉开。在此过程中，本科生导师制成为当前新工科背景中研究型高校推行一流本科教育的新型人才培养方式。文章主要针对本科生导师制中普遍存在的“研究生模式”简单套用所导致的本科生培养目标不明确、形式化严重以及反馈机制乏等问题，提出基于CDIO培养模式的本科生导师制构建研究。通过“创新思维从做中学”的教育理念，以具体科研项目为实践平台，以研究生传帮带为核心方法，有效地提升本科生的工程实践和创新思维能力。【关键词】高等工程教育；新工科；本科生导师制；人才培养；创新创业能力【中图分类号】G642Construction of CDIO Training Mode of Undergraduate Tutorial System underAbstract:As Chinas higher engineering education moves forward to the era of new engineering,colleges and universities acrossthe country have launched atempts and reforms to explore new engineering higher engineering education.Student centered engineeringeducation professional certification and oriented to the future needs of the industry excellence of the engineer education is fully opened.In this process,the undergraduate tutorial system has become a new talent training mode for research universities to implement first-classundergraduate education in the current new engineering background.The article mainly focuses on the problems of unclearundergraduate training objectives,severe formalization,and lack of feedback mechanisms caused by the simple application of thegraduate mode commonly found in the undergraduate tutoring system,and proposes a research on the construction of undergraduatetutoring system based on the CDIO training mode.Through the educational concept of learning by doing through innovative thinking,with specific scientific research projects as the practical platform and graduate mentoring as the core method,the engineering practiceand innovative thinking abilities of undergraduate students are effectively improved.Key words:higher engineering education;new engineering;undergraduate tutorial system;talent training;innovation andentrepreneurship ability引言新工科建设旨在探索实施工程教育人才培养新模式，建立完善的中国特色工程教育新体系。它要求高等教育院校需面向社会需求培养人才，调整人才培养结构，建立“以学生为中心”的工科人才培养体系，不断推动教育教学改革并增强毕业生就业能力。在众多的改革措施中，本科生导师制逐【收稿日期】2 0 2 2-12-0 6【基金项目】广西高等教育本科教学改革工程项目（2 0 2 0 JGZ105和2 0 2 2 JGB100）；广西学位与研究生教育改革专项课题（JGY202205)。【作者简介】赵祯霞（19 8 1一），女，山东青岛人，广西大学化学化工学院二级教授，研究方向为小分子无热化分离及环境污染治理。【通信作者】赵钟兴（19 7 9 一），男，辽宁锦州人，广西大学化学化工学院教授，研究方向为纳米酶/生物酶在生物活性高灵敏检测和仿生催化领域的应用。-104-【文献标识码】Athe Background of New Engineering【文章编号】10 0 8-1151(2 0 2 3)0 4-0 10 4-0 4渐成为当前研究型高校推行一流本科教育中的一种人才培养模式，近年来本科生创新创业能力的培养逐见成效 。该制度起源于19 世纪的牛津大学，并发展成为目前国际一流本科教育的旗帜性标杆 2 。在我国“双一流”学科建设和新工科发展需求背景下，本科生导师制已成为当下高校学生教育管理培养本科生创新创业能力的重要举措 3 ，以顺应当今时代新工业革命带来的新机遇和新需求 4。本科生导师制是指在本科生的中高年级段为其配备一名导师，从书本教学、课程设计、工程实践以及科研训练等方面进行全方位跟踪培养，到其毕业所进行的全程熏陶式的教学方式 5。1当前本科生导师制存在的主要问题导师制实质上是一位导师和一名学生之间的面对面指导模式。与其他形式的教学培养模式相比，导师制最大的优势在于它的“私人订制”，在培养方式上灵活多变，在培养内涵上因材施教。通过双向互动模式强化导师对学生专业能力的培训，全面提升学生的科学创新能力、社会实践能力和学科交汇贯通能力。这与当前我国新工科教育培养目的非常契合，导师制更为注重理念引领、结构优化、模式创新、质量保障和分类发展，并有可能形成一批示范成果 6 。然而，现有高校试行的本科导师制教育所体现的具体效果参差不齐，实施成效并不明显。例如，一些高校导师基本上是将本科生交托给研究生全权管理，越是高水平的导师与本科生接触的机会越少，导致本科生受益很少，能力提升有限。广西大学的化学工程与工艺专业在2 0 12 年实行过一段时间导师制，老师们普遍反映全程跟踪学生非常辛苦，分派给本科生的科研任务往往由于学生不具备起码的知识体系，难以进行有效沟通，学生缺乏学习兴趣。1.1套用研究生的管理理念和模式，不利于激发本科生萌芽中的“创新动力”本科生导师制通常在大学生二年级下半学期启动。此时的学生刚刚完成从高中偏重接受“填鸭式”的知识输送向“自主学习”的转型过程阶段 7 。他们对专业知识的系统性掌握程度尚且不足，尤其对科技创新的认识相当匮乏。然而，部分接手的导师们会在形式上套用对研究生的管理理念和管理方式，把本科生当研究生培养。由于本科生在知识体系的掌握和实践的培训均存在着不系统和不健全的问题，他们往往不能完全适应部分脱节的培养方式，被动适应“拔高式”断层学习。他们刚萌芽的“创新意识”反而会因为盲目“拔高”而得不到发挥 8 ，具体表现在：（1）无法很好理解导师的指导方向和指导理论，对原本好奇的专业理论和职业发展产生畏难情绪；（2）在自主设计的实验方案中，缺乏系统知识的支撑，经常遭受失败，致使科研信心受挫 9 。1.2导师投入受限，难以实现细致化跟踪和系统化指导本科生导师制的师生比往往远低于研究生导师制的师生比 10 。由于时间和精力上的限制，导师对本科生的培养很难实现系统化和细节化，培养内容逐渐从双向互动蜕变为单向驱动，使很多本科生在导师制体系下，进步迟缓。长此以往，导师们会逐渐把指导本科生看成是另一种形式的“授课行为”，缺乏指导动力。本科生也会把导师指导看成是一种“形式主义”，失去对科学研究的兴趣。导师们无法专门为本科生们设计科研课题，没有为学生提供专门的科技创新场所，缺乏启动经费和必要的仪器配备，本科生们无法进入“真枪实弹”的演练战场，这对学生们的创新意识和发散思维能力的训练非常不利。1.3缺乏带有反馈的监督评价机制导师们在本科生的科研创新指导环节投入较为有限。而现有的本科生培养系统虽然对工科学生的“创新性”非常重视，却缺乏制度上的有效配合。在制度上，严重缺乏带有反馈的监督评价机制，使得导师制执行缺乏动力和活力。本科生导师制采用以学生为中心、导师为主导的执行模式，需要强调学生的“个性主体”特质，充分了解学生的知识体系掌握情况和个性爱好以及自身优势，并且“私人订制”出属于适合学生个体的培养方案。其在经费投入、指导精力上要明显超过对研究生的指导，如果此时缺乏政策上的激励和反馈监督则有可能大大削弱导师们的执行动力和活力，不利于本科生导师制的良性循环。鉴于此，本科生导师制在当前的本科生培养环节中不能充分发挥其优势的培养理念、起到协同提升本科教育质量，无法达到培养大学生创新能力的目的，导师和本科生协同性受挫。2构建“新工科”背景下本科生导师制的 CDIO培养模式如何针对中国高等教育新时代对工科类本科生培养的新理念，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设 1，切实提高本科生适应新时代发展素质和能力的导师制教育模式和机制，是目前本科生导师制呕待探讨和解决的关键问题之一。针对当前本科生导师制存在的培养模式不健全造成导师对本科生创新创业能力提升效果不明显的问题，提出构建“新工科”背景下本科生导师制的CDIO培养模式，提升工科类本科生的创新创业能力。2.1本科生导师制的 CDIO培养模式的执行思路CDIO工程教育模式基于导师们现有的科研课题为目标物，并以此为载体在全过程中培养学生的工程实践和科研创新能力。该模式主要以学生为中心，以思政为核心指导思想，以“创新思维从做中学”为教育理念，以具体科研项目为驱动和研究生传帮带为核心方法，其中CDIO是构思（Co n c e i v e）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（O p e r a t e）四个英文单词的首字母缩写，在培养过程中通过把创新思维训练方法和所学到的学科专业知识与真实的科学研究结合起来，在构思（C）、设计（D）、实施（I）和运行（O）四个环节逐步培养大学生们的创新思维和创业能力。其中导师和本科生全程参与四个环节，导师主要起到引领和评价的作用，本科生成为具体内容的构思者、设计者和实施者，导师所指导的研究生为衔接桥梁，并在设计和实施环节对本科生起到关键的协助作用。2.2CDIO 工程教育模式的本科生导师制运行模式的优势其一，以实际需求为牵引，让本科生结合课程知识点领悟指导老师研究课题，跟随CDIO体系在实践中理解创新、尝试创新和验证创新。绝大部分的本科生导师都需要完成本-105-科教学、研究生指导和课题研究等教学工作，但是由于指导老师精力和时间有限，很难做到为所指导的每一个本科生单独制定培养计划，并同时确保在培养环节的每一步监管到位。这就导致很多时候本科生导师的指导难以深入，无法为本科生真正解决在学习和生活中遇到的问题 12 。针对这一现状，本项目提出以导师科研课题为主要研究对象，让本科生跟随着低年级研究生从研究创新点开始构思（C)，进入开题设计（D），实施（I）实验方案，通过对参与科研课题的深入学习，找寻创新的思路和提出创新的策略，领悟并理解创新的真正含义，最后再通过独立运行（O）去验证创新。在本科生导师指导过程中，老师无需从头设计，其研究课题又属个人专业特长，必然能节省导师的大量时间和精力，又能让本科生在实际科研过程中得到提升和锻炼。其二，以研究生为桥梁来衔接导师和本科生，能通过“联帮带”有效协助本科生科学设计和构思实验方案，解决本科生因知识体系尚未健全而无法相对独立开展科研的问题，并能实现“导师-研究生-本科生”有机融合的CDIO创新培养模式。本科生受知识体系的局限，缺少独立思考完成设计和实施方案的能力，而导师全程指导又会耗费大量的精力。同时，导师制一对多的培养范式易导致导师对本科生的指导缺乏因材施教。鉴于此，将导师所属的研究生资源纳入CDIO体系中，让研究生通过联帮带模式参与到本科生指导环节中，承担起导师联系本科生的纽带。CDIO模式系统闭环内“导师-研究生-本科生”有机融合，将主导者、受培训者以及协同辅助者有机地衔接在一起，相互制约、相互促进，共同朝向目标达成度方向努力 13 。本科生以CDIO模式为基础参与到指导老师的科研工作中，可以实现从专业知识综合利用、创新思维以及实际操作能力等多方位的提升；协助指导的研究生可以在联帮带过程中实现对实验过程的管理、课题可行性方案的布控以及科研团队协作等能力的提升；研究生的参与不仅不会浪费精力，还可以提升自身的团队指挥和课题指导能力，使其形成一个良性互动的齿轮式联动体系，使导师的指导工作事半功倍并获得高质量的科研成果。导师也能在指导过程中充分调动起本科生的积极性，参与到所需科研课题的研究之中，并收获科研成果。最终建立以“导师-研究生-本科生”有机融合的CDIO创新培养模式。其三，将思政教育落实到CDIO整个过程，言传身教，遵守学术道德规范，恪守学术诚信。培养什么人、怎样培养人、为谁培养人，这是我国高等教育事业发展必须回答的根本问题 14。思政教育与具体的专业课最大的区别在于老师并非仅靠课程传承就能起到很好的立德树人的效果。针对这一问题，将思政教育落实到CDIO整个过程，让学生将这些体会融入于真正的科研创新之中，努力补足欠缺的知识点，用心投入课题设计并在创新创业能力上追求真实的提升和进步。3CDIO本科生导师制的协同培养路径3.1基于CDIO 模式创建一个培养目标明确和教学质量闭环控制的本科生导师制管理体系根据学院的实际情况，统计学院导师的研究课题和研究方向，由学院教学管理机构组织相关委员会对老师们的指导能力做出一个初步评估，再通过“双选制”将学生与导师明确挂钩。选定的本科生会由导师安排进入各自课题组统筹安排，按照课题需要分派给研究生组成微型的科研团队，并围绕着明确的科研课题制定研究目标、研究内容、研究实施方案和可行性分析。该训练体系的实施部分由本科生全权承担，而导师通过听取汇报、日常研究报告总结等形式对本科生的研究进展进行指导、调整和评估，让CDIO模式通过实际的研究课题串联成闭环体系。因此，通过建立质量闭环控制的CDIO系统（如图1），强化导师在本科生培养关键环节的培养效力，可持续性地培养学生的科研创新兴趣和创新能力。CDIO的导师制模式本科生能力提升学术道德研究课题导师设计思路(C)引导(D)团协研究生本科生队作联帮带运行过程独立实施方案步骤(O)作战导师全程指导、协助、评价图1以科研课题为核心的导师指导本科生的CDIO模式框架图3.2在CDIO系统中建立起“导师-研究生-本科生”的联帮带桥梁针对高校导师同时兼有本科教学、教学管理以及研究生导师等多种身份，在具体的本科生指导过程中存在精力投入受限的问题，将导师指导的研究生资源纳入CDIO体系中，让研究生通过联帮带模式全程参与本科生培养，并为本科生指导过程中的项目设计（D）和实施（I）进行辅助性指导工作。在不影响本科生专业授课的前提下，组织本科生参与研究生学术组会，按时提交实验进展报告；积极组织和参与以导师科研课题为主线的国家级/省部级大学生科技创新和创业类项目，通过前期策划、中期研究和后期结题等环节提升专业科研素养和实践能力，系统建立“导师-研究生-本科生”的联帮带桥梁，强效导师制对本科生的培养过程。3.3伟制定以“促进科学研究和创新能力”为导向的导师制激励制度针对以往导师制中因缺乏正确的激励导向和合理的激励制度所导致的导师制推广积极性差的问题，制定以“促进科学研究和创新能力”为导向的导师激励制度。将激励制度辐射到“导师-研究生-本科生”三个层面，尽量避免将激励制度片面集中到某一类群体上。激励制度应适当将科研体系考评方法与本科生挂钩，制定出合理公正的本科生科研成果评价体系，并在本科生各类先进、奖助学金、研究生项目申报以学术规范知识盲点差缺补漏团队协作优势互补创新思维创业实践科研成果-106-及导师分派名额等多方面体现。明确导师制的激励导向和制定出合理辐射的激励制度，提升CDIO模式中导师制的主动性和积极性。3.4依托CDIO系统培养本科生创新创业品质和能力把专业方向的国家/地方重大需求与专业知识有机结合。在此过程中由学院学工部门辅助导师关注学生们的课业学习、师生沟通、心理健康以及社会活动等方面，特别是当学生在科研培训过程中遇到瓶颈的时候老师能从心理方面多加开导学生，并帮助本科生树立正确的人生观和价值观。4CDIO 本科生导师制在具体学院的实施内容广西大学化学化工学院现有两个国家级一流本科专业。其中化学工程与工艺专业为教育部“卓越工程师”试点专业、自治区优势专业、自治区重点建设专业，化工与化学专业群（化学工程与工艺、化学、应用化学专业）为自治区优势特色建设专业群。同时，该学院还拥有国家级化学化工虚拟仿真实验教学中心和自治区实验教学示范中心。该学院作为广西壮族自治区化学化工本科教育的重要学院之一，重点为广西区内培养和输送化学化工人才。基于该发展背景，学院在2019年尝试使用CDIO模式和理念来提升本科生的创新创业能力。4.1低年级本科生强化知识体系训练该学院从大二开始给本科生配备学术指导导师，根据导师条件配备师生比不低于1：5的本科生。导师主要跟踪学生的基础类课程学习情况，并根据课题组科研课题需求方向，适当加入专业知识学习内容。通过线下自学、线上交流以及组会等方式将与专业相关性大的理论浸润于本科生知识体系之中，关联基础知识和专业应用间的纽带，巩固学生的知识体系，提高他们对科研的兴趣和解决问题的自信心。4.2开设导师制课程导师制课程在本科三年级第一学期（秋季）开课，在毕业学年的第一学期（秋季）结课，并于结课后提交课程成绩。内容包括指导学生了解专业的学术前沿，进行学术道德和学术规范教育，加强学生考研的宣传与指导；指导学生参与课题研究、科研和创新活动，使用科研仪器设备，撰写研究论文；指导学生查阅文献、泛读和精读文献、撰写文献综述、调研，完成毕业设计（论文）的选题和开题环节，提交任务书和开题报告，指导学生参加学科竞赛、大学生创新创业训练计划项目或社会实践等创新创业活动。这在时间和具体实施内容上为CDIO的本科生导师制提供保障，同时规范了导师制行为准则。通过此方法，广西大学化学化工学院本科生参与发表高水平论文和专利成果比例高达8 5%，教师指导国家级大学生创新项目的比例高达10%，提升了10%2 0%。4.3增强实战演练提高高年级本科生的创新能力将CDIO本科生导师制与大学生创新创业、挑战杯以及学科专业竞赛等项目直接挂钩，激发本科生对创新理念的认识深度和创新思维的培训。通过各项比赛，发觉自身在科研创新上的不足和项目实施可行性的问题，在导师的指导下学会思考围绕一个实际工程需求，查找归纳科学问题，提出问题解决思路，凝练创新思想的系统科研思考训练和工程实践能力。据统计，目前学院内参与导师横向研究课题的数量约为7 0人/年，参与导师国家级和省部级项目的数量约为150 人/年，读研率从导师制推行初期的5%提升为现在的2 0%，被国家一流学科的重点高校录取的比例为15%。5结束语以本科生创新创业能力为核心培养目的，在CDIO的培养模式中明确将导师的指导和评价贯穿CDIO的四个主要环节，借助于研究生在课题思路设计和实验路线策划的“联帮带”弥补本科生因专业知识体系不健全而不能相对独立实施的短板。CDIO培养模式的核心和关键在于：其一，CDIO导师制模式中四个环节的合理定位和有机联系，以及评价体系对培养目标反馈的调整策略，是当前该模式急需解决的关键科学问题。其二，研究生对本科生的“联帮带”和学工辅导员对本科生思想引导作用的体现方式和策略，以及激励机制如何合理辐射到导师、研究生和本科生的具体方式方法，是CDIO导师制中需要认真探讨的问题。其三，应将CDIO模式引入工程认证模式，利用工程认证强有力的制度反馈评价体系监督和激励CDIO的良性发展，让其正向作用于工程认证，进一步提高本科生自主创新和工程实践能力。1朱高峰，关于工程教育和一般教育问题的再思考 .高等工程教育研究，2 0 2 1(1):1-9.2 曾华鹏，邢媛，汤莉，等.基于能力本位与CDIO的应用型本科实践类课程改革：以“工业控制网络集成”课程为例 J高等工程教育研究，2 0 2 0(1):18 2-18 8.3 孙文洁，杨文凯，王子超，等本科生全程导师制的实施和成效 J.教育教学论坛，2 0 2 0(8):2 3-2 4.4庞岚，吕军，周建伟。新工科建设背景下的地质类专业跨学科人才培养模式探析 .高等工程教育研究，2020(1):62-66.5 赵志瑛，韩素青，穆晓芳.CDIO工程教育理念下的大学生创新训练项目选择与运行研究 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1，13(3 6):6 9-7 1.4 郭锦晨，王茎，周桥，等.3 种风湿病关节炎处方用药规律的比较 J中成药，2 0 2 1，43(6)：158 3-158 8.5 李静，孙维峰，武鹏，等复方土茯苓颗粒治疗痰瘀痹阻型痛风患者51例临床观察 J.风湿病与关节炎,2 0 2 1,10(8):10-13.6彭财英，程双，熊艳芬，等土茯苓中2 个新化学成分 .药学学报，2 0 2 2，57(6):18 55-18 6 2.7李经蕾，侯炜，基于网络药理学探究“白花蛇舌草-土茯苓 治疗肺腺癌的作用 .中国中药杂志，2 0 2 1，46(2 3):6261-6270.8李露，曹晔文，王欣妍，等。基于网络药理学的“土茯苓-金银花 药对治疗类风湿关节炎作用机制研究 北京中医药，2 0 2 1，40(4):42 5-43 0.9】黄诗淇，武正华，缪文清，等，基于高效液相色谱法结合层次分析和正交设计法优选土茯苓醇提工艺 中南药学，2 0 2 1,19(4):6 42-6 48.10】姚娜，黄燕明，陈桂生，等正交试验法优化土茯苓配方颗粒提取工艺研究 中医临床研究，2 0 2 1，13(9):137-139.11国家药典委员会，中华人民共和国药典(一部)M.北京：中国医药科技出版社，2 0 15.（上接第10 7 页）8贺武华，我国本科生导师制演进发展的新时代要求及其实践创新 J中国大学教学，2 0 2 1(3)：10-16.9胡文龙敏捷型新工科建设研究 1.高等教育研究学报，2021,44(1):20-24,104.10裴钰鑫，汪惠芬，李强新工科背景下跨学科人才培养的探索与实践 高等工程教育研究，2 0 2 1(2)：6 2-6 8,98.11蔡映辉.新工科体制机制建设的思考与探索高教探索 .2019(1):37-39,117.12刘勇健，管民生，梁仕华，等.基于OBE-CDIO模式的工程地质教学改革探析 .教育现代化，2 0 19(6):6 2-6 4.13陈彬，谢旭，江小平.基于CDIO模式的研究生创新能力培养模型：以系统仿真方向研究生培养为例 .高等教育研究学报，2 0 19(42):53-57，6 3.14国务院中共中央国务院印发关于加强和改进新形势下高校思想政治工作的意见 EB/OL.(2017-2-27)2022-8-30.http:/