基于CDIO教育理念的工程實踐教學模式研究與探索

趙樹恩， 李玉玲， 張 鑄， 鐘 銳

(重慶交通大學機電與汽車工程學院，重慶 400074)

實踐是創新的基礎，也是學生創新能力培養的必由之路。面對當前日益突出的大學生就業難與企業招不到合用人才的矛盾問題，以及全球一體化進程的加劇和世界各國在政治、經濟、文化、科技等各個領域表現出的交融特點，地方高等院校必須改革現有教育模式下的實踐教學體系，強化工程教育理念，以“項目實現”為教育載體，推行跨課程、跨學科、跨校際、跨領域的“跨域交融”“大實踐觀”的實踐教學運行模式，堅持走產、學、研、用相結合的發展之路，才能培養和造就既具有較好人文、自然科學素養，又具有一定國際視野和跨文化交流、競爭與合作能力的創新型復合人才[1]。因此，改革現有實踐教學運行模式，是當前高等教育改革面臨的重要課題。

一、應用型人才工程實踐及創新能力培養存在的薄弱環節

長期以來，我國高等教育始終未能徹底改變傳統學科型教育模式下實踐教學處于從屬地位的狀況，課程設置和教學內容強調理論研究，與實踐需求差距較大，教材內容比較陳舊，沒有突出實踐性，課程體系仍然是“基礎課—專業基礎課—專業課”的“老三段”模式[2－6]。在教學培養方案中，除去入學教育、軍訓、社會實踐、公益勞動等環節，與專業相關的實踐學時遠遠低于理論學時，學生的技術技能訓練十分薄弱，具體表現為以下幾個方面。

(一)實踐教學采用傳統的單一灌輸式教學模式

實踐教學多采用驗證演示性教學方法，學生創新性思維和動手能力差。這主要是受中國傳統的知識儲備型教育質量觀的影響，即以學生掌握理論知識的多少和學術水平的高低作為能力的評價指標，未將學生非智力因素的發展、創新能力和國際視野納入高校教育質量考核范圍之內。

(二)對實踐教學重視不夠，教學內容設置流于形式

大學生和年輕教師受傳統學科型教育理念的影響，對實踐教學在“創新、創造、創業”人才培養中的重要作用認識不足，此外在教學模式和課程設置時過于強調基礎理論知識教育，導致學生實際工作能力沒有得到很好的訓練，使高等教育脫離生產實際和就業需要，造成畢業生高分低能，難以就業。

(三)實踐教學內容及教學體系封閉、延后、被動

大多數高校的實踐性教學項目仍附屬理論教學且滯后于科技發展的前沿技術，內容單一、設備陳舊，缺乏課程、學科、領域等方面的“跨域交融”，從而造成學生動手操作機會少、實踐性教學環節積極性不高和被動學習等問題。

(四)實踐教學環境建設和經費投入不足

實踐教學環境(實習基地、實驗室、實驗設備等)建設是實施素質教育、培養學生創新精神和工程實踐能力的根本前提，但長期以來大多數高校實踐教學經費普遍不足，致使實驗室、校內實驗基地建設相對滯后，校外實踐教學基地缺乏穩定性和連續性，從而嚴重影響實踐教學質量的穩定與提升。

(五)實踐教學師資不足、技能水平較低

實踐教學教師既是傳授知識和技能的教師，又是工程師和管理師，在培養學生創新能力和實踐能力方面起著非常重要的作用。但目前受高校人事制度限制，新進教師都是“從高校走向高?！钡母邔W歷人才，理論知識雄厚，普遍缺乏實踐鍛煉，很難培養和提高學生的實踐技能。

二、基于CDIO教育理念的專業課程體系建設

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[7－8]。CDIO 代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(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、實踐、團隊的方式學習專業知識。

我校車輛工程專業現有汽車工程和城市軌道車輛兩個專業方向。在構建專業主干課程體系過程中，充分考慮到作為現代汽車領域的工程師，應該能綜合運用科學的方法及觀點和技術手段來分析與解決各種工程問題，并能承擔工程技術中開發與應用任務的基本要求，因此借鑒國際CDIO先進教學理念和經驗，提出了基于知識(Knowledge)、能力(Ability)、素質(Quality)的KAQ－CDIO專業課程體系內涵，圖1所示為車輛工程(汽車)專業主干課程體系。該體系中加強了課程之間的交融和關聯，并通過實踐教學環節培養學生的綜合能力。

圖1 車輛工程專業主干課程結構體系和實踐教學體系

三、基于CDIO教育理念的實踐教學體系建設

專業課程實驗在培養學生基本知識技能和提高學生的工程實踐和創新能力等方面，具有非常重要的地位[9－11]。因此，以“工程教育”為理念，以“項目實現”為載體，轉變專業模塊課實驗教學模式和手段，制定切實可行的專業課實驗教學目標，是改進專業課實驗教學的必然。為此，我校車輛工程專業改變了以往的實驗教學觀念，強化課程交融、整合和優化專業模塊課實驗內容，全面開放實驗室，并以競賽為載體加強理論與實踐相結合，從根本上改變傳統實驗教學模式，構建了車輛工程專業實驗教學新模式與體系。

(一)強化課程交融，實現實驗教學模塊化

專業模塊課實驗教學體系首先應打破課程的界限，以強化學生的工程實踐和創新能力培養為主線，按照專業模塊課屬性、課程地位、實驗項目目的及技能培養要求，將課程實驗分為基礎知識層實驗、專業技能層實驗和創新設計層實驗3個層次，每個層次對應若干專業模塊課程，并由若干實驗項目構成專業實驗教學內容的總體框架，如圖1所示。

基礎知識層主要針對專業基礎課程，培養學生基礎理論課程實驗的基本操作方法、實驗技能、理論知識的感性認識以及嚴謹的科學學風。包括基礎理論驗證模塊(由理論力學、材料力學、機械原理等課程的實驗內容組成)、測試技能模塊(由電工電子技術、汽車測試技術、車輛振動理論等課程的實驗內容組成)。在這一層面除了驗證性實驗項目外，還可以通過專業基礎綜合實驗課、基礎實驗大賽、機構創新設計大賽、汽車文化節等實踐性教學活動，培養學生的專業興趣，激發學生的創新意識和學習積極性[12]。

專業技能層主要培養學生對汽車數字化設計與仿真的應用能力。采用以工程項目為導向，將汽車CAD/CAE/CAM及現代設計理論與方法等課程內容融合起來，通過綜合性、設計性實驗項目或CAD/CAE大賽等手段，理論聯系實際，強化學生工程應用能力。

創新設計層主要培養學生運用所學專業知識進行獨立發現、分析和解決問題的能力，重點培養其創新意識和創新能力，包括汽車結構模塊、創新設計模塊、綜合設計模塊等。

(二)整合實驗內容，開設實驗課程

實驗教學是對理論教學的有益補充，是學生理論與實踐相結合的一個系統學習過程。根據專業課程的屬性和地位，整合和優化課程實驗教學內容，獨立設置實驗課并建立獨立的考核機制，從而將“課實驗”轉變為“實驗課”，這不僅增加了實驗學時的機動性，而且加強了相關課程知識間的交融和關聯，實現了“指導—引導—探討”的實驗教學模式，以提高綜合性、設計性、創新性實驗項目的開出效果。

我校車輛工程專業根據專業基礎課程屬性和課程實驗教學需要，開設了車輛工程專業基礎實驗課和專業模塊實驗課。如將CAD/CAM、有限元基礎、車輛優化設計、車輛控制理論等課程的部分實驗進行整合和優化，開設汽車數字化設計與仿真綜合性實驗;將汽車構造、汽車設計、汽車理論等課程的部分實驗內容整合，開設汽車拆裝實習和汽車創新設計大賽等實驗教學周，以保證實驗教學單獨設課的初步實施。

(三)開放實驗室，加強學生工程實踐能力培養

公開實驗室開放時間，學生可以根據所學知識及課程要求自主設計實驗項目，再結合項目研究需要，預約實驗時間和實驗設備。實驗室對實驗開放時間進行科學安排，并安排教師進行指導，從而激發學生學習的主動性，使其真正成為實驗教學的主體，以加強學生工程實踐及創新能力的培養。

(四)以競賽為載體，創新實踐教學理念和考核模式

針對專業模塊課實驗教學涉及面廣、耗時較長、連續運行、學生自主設計不足等問題，采取以競賽為載體的專業課實驗教學模式，即結合專業模塊課程教學內容和教學要求，設計各種競賽活動，如綜合性、設計性、創新性實驗項目設計大賽，汽車創新設計大賽，“挑戰杯”全國大學生科技創新大賽，飛思卡爾智能汽車大賽，節能小車大賽等，全方位培養學生分析、設計、制造等方面的工程實踐及創新能力，并可以將此類競賽成績作為學生專業模塊實驗課及工程實踐的考核結果，從而有效提高學生專業學習的積極性和分析問題、解決問題的綜合能力。

四、建立產學研用合作的多元推動機制

(一)加強校內工程實踐基地建設，突出工程實踐教學的綜合性與設計性

改造校內工程訓練中心，改革傳統金工實習單純操作式的實習內容，增加面向設計、制造、測試內容。購置數控加工中心、圖形工作站、工業機器人、電工與電子綜合實驗系統等設備，建立集計算機、機械、電子、汽車傳動與控制等綜合技術為一體的現代工程技術訓練中心。學生在其中除了進行金工、電工電子等方面的基本技能訓練外，還可進行包括計算機輔助設計與制造、汽車數字化設計與仿真等創新實踐訓練。

(二)建立穩定的校外工程實踐基地，突出產學研用相結合的多向推動機制

市場經濟條件下企業更注重直接經濟效益和安全生產，普遍不愿接受學生的實習，即便是接受也是被動接受，學生動手操作的實踐機會很少，以致實習效果很不理想。要改變這種現狀，其核心問題在于探索出一條學校與企業合作教育的新模式。這需要從兩個層面開展工作，一是推動建立產學研全方位合作的機制，二是學校自身要適應企業改革的趨勢，優化工程實踐教學的組織與管理。為此，我校按照建立產學雙方共同參與、雙向推動的工程實踐教學運行機制，建立了穩定、可行的校外實踐教學基地[13]。

(三)實施大學生課外創新行動，強化學生的實踐與創新能力

學校制定了“大學生課外創新行動計劃”，包括科學研究訓練、工程實踐訓練、課外創新實踐活動等。在這些活動中，積極推進以“項目實現”為載體的實踐教學模式，有計劃地組織學生參與教師的科研課題，學生也可自己提出研究型項目方案，學校酌情給予資助，學生自主在課外到校內工程實踐基地進行研究，從而實現課堂理論教學與課外創新活動的有機結合及學生智力與非智力的協調發展，強化了學生的工程實踐和自我發展能力。“大學生課外創新行動計劃”已成為重慶交通大學機電與汽車工程學院“重實踐、強能力”的一個顯著特色。

實踐證明，基于CDIO工程教育理念的實踐教學運行模式和手段實現了理論知識與工程實踐的有機結合，既解決了專業課程抽象、枯燥的授課難題，又充分提高了學生的工程實踐及創新能力，這種實踐教學設計理念和模式深受廣大學生的好評，取得了良好的教學效果。

五、結束語

提高學生的綜合素質，增強學生的工程實踐能力是21世紀我國高等工程教育的重要使命。高等院校應轉變教育觀念，以現有實踐性教學環節為基礎，建立“跨域交融”的“大實踐觀”教學運行模式，推動多層次、全方位的協調與配合，才能真正培養出適應現代工程技術發展需求的綜合型專業人才。

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