機械專業CDIO培養模式探索

江 帆，張春良，王一軍，胡一丹

（廣州大學機械與電氣工程學院，廣東 廣州 510006）

隨著我國工程教育改革的啟動，各高校正在積極探索工程教育改革模式。近年來，以麻省理工學院、瑞典皇家工學院等四所高校工程教育改革成果——CDIO教育模式，受到教育界和企業界的重視（CDIO代表構思——Conceive，設計——Design，實現——Implement，運作——Operate，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程），培養的人才非常適合社會的需要。目前有30多所世界知名高校正在積極推行CDIO教育改革，我國一些高校也在積極參與CDIO試點工作。廣州大學作為全國第一批CDIO試點高校，在探索地方性高校試點CDIO及結合傳統教育模式的優勢等方面，作出了一些成績。

1 廣州大學機械專業人才培養現狀

廣州大學機械設計制造及其自動化課程，計劃以應用型人才為培養目標，適當引入研究性教學，課時大幅減少，選修課程增多。在學習公共必修課、專業基礎課后，學生分為計算機輔助設計制造、設備工程、汽車服務工程三個專業方向進行教學。授課采用講授、討論和實踐相結合的方式，強調實踐能力的培養。必修課程的考核方式，主要是綜合期末考試、平時作業、討論課成績和實踐課成績。

學生表現出較強的動手能力和實踐能力，有較好的團隊協助精神，但創新意識欠缺。近幾年來，廣州大學機械專業畢業生就業率在90%以上，從用人單位反饋的意見來看，學生比較扎實，肯干，動手能力強，團隊精神好，前期對工作上手較快，但缺乏可持續發展能力。

傳統的工科教育模式，對廣州大學學生有諸多不適應地方：

（1）專業課程比較枯燥，有些落后于時代，學生學習興趣不足；

（2）理論教學學時較長，學生的動手實踐的愿望得不到滿足；

（3）課程的學期分布不合理，學習出現前松后緊的現象，前期學習過于松弛，學生處在轉型期無壓力狀況，容易思想渙散，影響學風建設；

（4）教學內容與社會需求有較大時間差，學生容易產生學習無用的思想。

廣州大學處在改革開放的前沿——珠三角的中心城市廣州，正在經歷著由“廣東制造”向“廣東創造”的轉變，機械裝備業是珠三角地區發展的一個重要產業，開發具有自主知識產權的機械裝備，是產業發展思路之一。這個過程中需要大量具有創新意識、實踐能力強的高級應用性人才，機械專業的人才培養思路也面臨著轉變。

2 機械專業CDIO教育模式的歷程

針對學校機械專業人才培養的現實需求，引入新型的工程教育模式——CDIO培養模式勢在必行，學校機械專業教學人員從2008年下半年開始接觸CDIO，從一開始就注意將CDIO與地方性高校的自身特點相結合，與傳統教育模式相結合，形成自身的特色。

廣州大學機械與電氣工程學院承擔了“地方高校機電類專業CDIO教育模式再創新”學校重點教學項目的研究，主要進行傳統工程教育模式與CDIO教育模式的融合研究，并結合地方性高校特點。現在多數高校的機電類學生培養采用傳統工程教育模式，該模式的主要特點是由淺入深，循序漸進，使學生掌握專業技能，課程比較系統，但無法解決課程間交叉、學習與實踐脫節等問題；而CDIO教育模式遵循“做中學”，使學生在實踐中學習，強化學生對知識掌握程度，但存在知識體系的連貫性、系統性較差等不足；深入探索這兩種教學模式的相關性及融合方式，以及這種融合狀態下的CDIO創新模式的教學大綱和工作規則。地方性高校辦學條件對CDIO教育模式的影響及CDIO教育模式適應性研究。全套直接引入CDIO模式，需要全面改造學校機電類培養模式，涉及面較大，需要很多的經費投入，因此需要研究現有教學條件對CDIO實施的影響，以及具有地方性高校辦學特色的CDIO模式（教學大綱適應性改造、工作規則的變革、課程組織方式等）。將解決以下關鍵問題：

（1）傳統工程教育模式和CDIO教育模式的結合問題。要形成融合傳統工程教育模式和CDIO教育模式的創新教育模式，需要解決這兩種教育模式的結合的問題，獲得二者的相生相克的關系，才能構建融入二者優勢的新型工程教育模式。

（2）現有辦學條件融合CDIO教育模式的切入點及結合模式的問題。在現有條件上進行CDIO教育模式的引入和再創新，需要獲得現有辦學條件融入CDIO教育模式的改造方式和內容，并尋求CDIO教育模式與現有條件的結合思路。

廣州大學機械與電氣工程學院同時還承擔了廣州市教育科研項目——“研究性學習與汽車服務類課程教學整合研究”，以及全國教育科學規劃課題“基于TRIZ理論的地方性高校創新人才培養體系研究”等課題的研究，對課程整合、研究性教學、TRIZ創新思維教育等方面取得了一系列成果。并積極參與全國CDIO試點工作，是第一批CDIO試點高校，參加了第一、二次試點工作會議和骨干教師培訓，主持了CDIO機械類專業的華南區的調研工作，CDIO機械類專業大綱的編寫工作等。目前正在進行以CDIO為特色的國家第二類特色專業建設。

3 機械專業CDIO教育模式探索

3.1 課程組織方式

CDIO教育模式，以項目驅動的方式組織課程教學，根據項目需要安排課程。我們在進行課程安排時，主要注意了傳統教育模式課程體系優勢和CDIO教育模式的結合。

如圖1所示，我們采用數門課程支撐一個二級項目、一個三級項目支撐一門課程的課程組織方式。

圖1 課程組織方式

圖中橫向矩形代表項目，豎向矩形代表課程，項目和課程相互支撐，將傳統工程教育模式中課程系統化的優勢完全融入。

3.2 課程體系

學校機械專業根據CDIO的基本原理，對課程體系設置進行了探索，按照“構思，設計，實現，運作”的思路，進行課程設置，初步方案如圖2。

圖2 機械專業CDIO課程體系

整個培養方案和課程體系，圍繞機械產品設計與制造展開，組織學生參與數個特定機械設計與制造項目（如減速箱測繪、縫紉機拆裝、運輸機設計、齒輪制造、手機外殼模具設計與制造）進行課程安排。將CDIO項目按規模和范圍劃分為三級：

一級為包含機械專業主要核心課程和能力要求的項目；

二級為包含一組相關核心課程（課程群）、能力要求的項目；

三級為單門課程內為增強該門課程能力與理解而設的項目。

其中三級項目的設立與否及形式，由各門課程大綱根據需要確定。

3.3 教學模式

第一學年的第一學期，學生還是按傳統教學模式進行基礎課程的學習，適當引入研究性教學模式，在基礎課部分，就有意識地引導學生自主探究學習，激發學生創新思維，為后續的專業項目（課程群）研究性教學打下基礎。

從一年級第二學期開始，學生5～6人組成各自的項目團隊，選出組長1名。機電系全體老師也相應分成若干項目指導小組，每組由3～4名老師組成，并選出教師組長1名，其中一位為機械類專業的老師，一位為控制類專業的老師，還有一位為實踐環節的老師。

在指導老師組的指導下，每個學生項目團隊選擇一個具體產品或課題，從市場分析、技術需求分析開始，先做產品的概念設計與總體設計，在此基礎上做系統設計、機械結構設計、傳動與控制設計等，直至到最后制造、裝配與調試，體驗產品開發的整個實踐過程。在整個一級項目的實踐過程中，要求學生以創新思維的理念，團隊合作的方式，在導師組的指導下體驗CDIO改革與實踐中的各個環節，并通過后續課程與項目的學習及實踐，對查閱資料進行綜合與理解，不斷完善產品的構思與設計，為未來專業化的構思、設計、實現、操作打好堅實的基礎。

在一級項目訓練中，注重培養學生的設計、創新、協調、溝通和領導能力，要求組內成員必須輪流擔任組長（每半個學期輪換），在擔任組長工作期間，負責項目的組織、溝通與協調等，定期提供給指導教師項目進度、組內同學平時表現和參考成績，領導和增強組內同學的自信心。

整個一級項目開放型教學實踐，使學生有機會把所有的知識有機的聯系起來，學會以探究方式獲取知識和運用知識的能力。

3.4 CDIO實踐場所的設計

CDIO實踐場所的設計，是讓學生積極地進行創造性和實踐性的學習，并支持整個課程計劃。這與傳統的實驗室不同，因為傳統的實驗室基本上是圍繞一個學科和（或）希望學生在項目中充當一個比較被動的角色。傳統的工程實踐場所，往往是讓學生學習特定的能力，例如機械原理實驗環境、金工實習車間、與工程實踐場所相關的CAD/CAM/CAE實驗室、以及多媒體環境，而不是一體化的實踐場所。另外，傳統的學生實驗室，主要以演示性、驗證性實驗為主，而沒有為構思、設計以及團隊建設提供支持條件。

構思工程實踐場所使學生能夠構思新的產品，理解用戶需求和發展概念，它們包括個人與團隊的實踐場所，以鼓勵概念的形成和優化。典型的設備與資源包括白板、網絡接入、圖書館資源以及數據放映機。這種工程實踐場所基本上是不涉及到技術的大型空間，其主要目標是讓學生通過交談、傾聽及反思的過程相互交流。

設計工程實踐場所支持新的協作模式和數字化設計；使學生能夠進行設計、模擬設計、分享設計和相互交流。典型的設備包括安裝有計算機輔助設計軟件、輔助制造軟件以及開發、輔助工程軟件的計算機。還有其他設備，如視頻會議和共享數據庫，能夠支持世界各地學生團隊相互協作。設計工程實踐場所還要在課余時間開放，因為學生會經常利用晚上和周末的時間進行設計工作。

實施工程實踐場所，可以讓學生建造小型、中型和大型的系統，包括機械、電子和軟件系統。典型的設備包括金屬加工機械、手工工具、測量設備、制造電路板的設備、以及可將軟件集成到產品的計算機。學生進行的項目范圍必須有較大的靈活性，實踐場所要保持學生和設備的安全，實踐之前進行必要的安全教育。

運行工程實踐場所，可為學生提供學習運行產品的機會，這種學習是通過實驗和做出他們所設計的產品來實現的。CDIO要求的運行環節，在學校教學環境下很難完成，通過運行工程實踐場所，模擬產品系統的運行環節，讓學生模擬市場客戶，評判同學的產品，提出改進意見，通常引入一些兄弟院校的學生參與，以保證產品的評價的全面和客觀，便于學生收集實用的改善意見，進行產品系統的改進。

4 結束語

廣州大學機械專業根據應用型創新性人才培養需要，初步構建了基于CDIO的機械人才培養模式、課程組織方式與課程體系，進行了教學模式探索和實踐場所設計，為CDIO的推進提供參考。并將進一步編寫教學大綱、課程大綱，擬定在下一個教學年度開始，進行人才的培養實踐，繼續深入進行CDIO與傳統教育模式、與地方性高校相結合的方面的研究，并在實踐中進行檢驗和優化。

[1]顧佩華，李昇平，莊哲民，等.CDIO培訓材料[C].汕頭：汕頭大學工學院，2009.

[2]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭打下工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008，（1）：12-20.

[3]徐 兵，孫海泉.T-CDIO課程體系的構建與實踐[J].高等工程教育研究，2009，（2）：35-38.

[4]江 帆，王一軍，劉曉初，等.TRIZ理論在汽車電子技術課程教學中的應用[J].理工高教研究，2007，26（3）：96-97.

[5]江 帆，孫 驊，胡一丹，等.基于TRIZ理論的機械基礎創新實驗教學體系的構建[J].裝備制造技術，2010，（2）：190-192.