基于CDIO模式的卓越工程師培養方案的探索與實踐研究

[摘 要]“卓越工程師培養”是指針對某具體工程領域的實際需求，培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才，他們將是獲得工程師執業資質或者工程師職稱潛力的后備工程師。文章首先分析當前國內工程教育存在問題，通過借鑒國際上成熟的CDIO理念的工程教育方法，分別從校企聯合培養模式、“3+1”新型聯合培養方案、提高教師的工程實踐水平等四個方面探討改進卓越工程師培養模式，目的就是為了提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，探索符合中國國情的卓越工程師的培養模式。

[關鍵詞]卓越工程師 CDIO 工程教育理念 培養模式

[中圖分類號] G423.1 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）18-0007-04

引言

早在2007年9月，由中國工程院和上海市人民政府主辦的“新形勢下工程教育的改革與發展”高層論壇在上海舉行，深入探討我國工程教育面臨的機遇與挑戰，交流實踐中的問題與經驗，提出了有針對性的改革建議。另外在2010年6月，教育部召開了關于“卓越工程師教育培養計劃”的啟動會議，使得工程教育得到政府部門、教育科研、工業企業等社會各界的支持。近年來，我國的工程教育有了很大的變化，工程教育目標明確、課程體系合理、加強了實踐教學等等，但是也存在不少問題，如工程教育方法匱乏、工程教育理論不成熟、工程實踐教學不足、工程教育評價無標準等，使得高校培養的工程科技人才難以滿足我國轉變經濟發展方式、建立創新型國家和參與國際競爭的需要。國外知名高校針對該問題，提出了“做中學（Learning-by-doing）”、“基于項目的教育（Project Based Education）”等工程教育方法，其中影響最大的是CDIO工程教育理念，它是由MIT和瑞典皇家工學院等四所大學組成的國際合作組織提出的工程教育新模式。在MIT受到CDIO工程教育理念影響的畢業學生，得到企業的好評。到目前為止，已有幾十所著名大學都加入CDIO 的國際組織，這些學校的工程院系都已采用CDIO 工程教育的理念和教學大綱，并取得了較好的教學效果，從這里畢業的學生尤其受到社會各界的歡迎。

本文將借鑒國際上成熟的CDIO工程教育理念，通過教學探索與實踐，結合卓越工程師的培養要求，探討如何建立并完善卓越工程師的培養方法與模式，從而為國家培養高質量的工程人才，使他們具有較強的系統工程技術能力，尤其是項目的構思、設計、開發和實施能力，以及較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力。

一、基于CDIO的卓越工程師的培養模式

金賽（Mc.Kinsey）全球研究所發表的一份調查報告表明，中國學生的實踐能力差、創新能力弱，其中有確切數據提到，在2005年，大約60萬畢業學生中只有不到百分之十的工程技術人員才適合在國際化公司工作，他認為存在的原因是：中國的教育偏于理論，學生幾乎沒有工程項目的實際訓練，而歐美的學生則通過具體的工程項目，以團隊合作的方式解決實際問題。為了提高我國高校學生的工程實踐能力、創新能力、團隊能力等綜合工程素質，2010年教育部在天津召開“卓越工程師教育培養計劃”啟動會，聯合有關部門和行業協會，共同實施“卓越工程師教育培養計劃”，它是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。該卓越計劃就是要提升我國工程科技隊伍的創新能力，培養一批能適應經濟發展需求的高質量工程技術人才，從而應對經濟全球化的挑戰，為建設創新型國家、增強綜合國力而服務。

作為國際上工程教育改革的最新成果， CDIO工程教育模式是 “做中學”與“基于項目教育”的集中概括和抽象表達。CDIO工程教育是從基礎知識、個人能力、團隊協作能力，以及工程系統能力四個方面來綜合培養學生。其理念是讓學生通過建立課程之間的有機聯系，在工程項目中主動學習和積極實踐。

從上面的CDIO工程教育方法可知，它與我國傳統的以教師講授理論知識為主的教育教學法不同，，CDIO的教育讓學生通過具體的項目來學習，它要求學生自主學習、自主探究，并與其他學生協調合作來解決問題。這種教育方法強調學生主動學習，而不是被動聽講；它把工程知識與具體的項目掛鉤，而不是復雜的理論和公式推導；它讓學生去完成真實的生產任務，而不是寫作業、考試；它把學生放到有意義的、復雜的具體問題中，而不是坐在教室里看書學習；它強調通過實際項目學習隱含在工程問題背后的知識，從而提高學生解決問題的能力、創新能力以及自主學習能力。這種模式不僅提出了系統的能力培養方案，還創建了實施過程和結果評價的12條標準，具有很強的可操作性。CDIO 評價標準中提出的要求是參照工業界的需求制定的，因而能完全滿足產業對工程人才質量的要求。

本文將把CDIO工程教育理念融入卓越工程師的實踐教學方法中，參照CDIO工程教育的培養方案，選取一些典型的工程項目，讓學生在項目中反復訓練、自主學習，通過這種“做中學”的方式，不僅可以使學生學到課本上的一些基礎知識，而且可以提高解決問題的能力、自主學習能力以及創新能力，這才是他們終身取之不盡用之不竭的寶貴財富。這也正適合卓越工程師的培養目標：培養學生的工程素質和實踐能力，而不僅僅是灌輸有限的專業知識。

二、卓越工程師培養模式的探索與實踐

卓越工程師的培養目標是造就一批工程實踐能力強、富有創新潛力、能適應經濟社會發展需要的卓越工程師；同時，探索具有自身特色的工程教育與人才培養新模式，提升內涵建設質量，不斷增強學校核心競爭力，更好地服務于上海國際航運中心的建設和國家海洋裝備事業的發展。具體的探索過程和實踐內容歸納為如下幾個方面：

（一）建立校企聯合培養模式

本科階段的工程教育重在培養應用型工程師應具備的素質和能力，主要培養在現場從事產品的生產、營銷、服務或工程項目的施工、運行和維護的工程人才，其培養模式為：四年制本科，“3 + 1” 模式，即三 年在校學習，累計一 年在企業學習和做畢業設計。科研、教學、生產一體化已成為當今世界各國進行高等工程教育改革的共同模式。通過在大型企業設立“工程實踐教育中心”，讓企業的專家和優秀工程師參與制訂學生的培養目標、共同建設課程體系和教學內容、共同實施培養過程、共同評價培養質量。從而為學生創造良好的工程實踐環境，使學生學習企業的先進技術和解決實際問題的方法，通過在企業的工程實踐活動，參與企業技術的革新和生產開發過程，培養學生的實踐能力和創新能力。迄今為止，我們船舶工程專業與企業建立了三個實習基地：滬東中華（集團）有限公司、中海集團、上海振華重工（集團）股份有限公司，實習基地的建設將為我們實踐教學環節的開展提供有力保障。

通過累計一年在企業的實踐學習，學生可把理論知識與實踐經驗相結合，并融入企業的工程素質，極大提高學生的工程意識、工程實踐能力、創新能力和國際競爭力。達到了注重“實踐能力、創造能力、就業能力、創業能力”的培養目標，突出了實際工程的建造與設計等實踐能力的培養。

（二）制定適合“3+1”聯合培養的新型課程教學方案

由于工程教育要培養符合社會經濟、企業需要的具有實踐能力和創新能力的工程人才，其教學內容就必須結合工程、面向工程實踐。根據CDIO的標準，教學大綱制定是基于實際的工程需求分析，制定的教學方案、教學大綱以及培養目標必須分析企業對學生素質和能力的要求。因此，我們在制定“卓越工程師培養計劃”時，把每一課程的開設都與該工程的建造、設計緊密相結合，教學大綱的設計在一定程度上體現了產業界的實際需要，從而保障學生所學到的知識、技能和能力到工作單位中有用武之地。

在新型課程改革方面，我們根據CDIO的標準要求，選取典型的工程項目，按照項目的工程分析、生產設計、項目實施的過程，組織學生的教、學、做，圍繞本專業的培養目標，讓學生進行系統的生產設計，使學生掌握各門課程知識之間的關聯，并用于解決實際的工程問題。此外，在課程設計與制作實踐方面，設置基礎層次和高級層次的課程設計與制作項目。例如：在大四階段，開設“船舶靜力學課程設計”、“海洋工結構設計課程設計”、“船舶設計原理課程設計”、“船舶生產設計課程設計”等課程（如圖1所示），這種實際的設計項目讓學生從最初的概念設計開始，經歷產品設計和生產過程，使學生具備應用工程知識的能力、設計產品的能力和生產制作產品的能力。

圖1 卓越船舶工程師培養計劃課程體系（部分）

而企業培養方案以學生普適性的理論應用能力、工程實踐能力的培養為基礎，以具有特色的船舶與海洋工程產品的設計和建造能力的培養為核心，以船舶與海洋工程特色訓練為主線，劃分為企業工程教育、專業特色實習和專業綜合設計三個層次。培養方案設計了船舶與海洋工程應用類課程訓練、船舶企業實踐、綜合設計應用等教育內容，使學生在實踐中系統地學習專業領域知識，逐步地增長工程分析，解決實際問題和工程創新的能力。企業課程主要包括：船舶生產設計（必修）、造船企業經營與管理（選修）、先進造船技術（選修）等（具體內容如表1所示）。通過聘請企業工程師講解，在企業完成本模塊的教育，做到講授、參觀、實踐穿插進行，使學生學習的專業特色內容與企業實踐充分結合。

1.船舶生產設計：第七學期滬東中華造船（集團）有限公司或教育培訓中心，由企業導師進行講授、帶領參觀及實踐穿插進行。 根據提供的船體某分段生產設計圖紙，要求學生獨立完成對該圖紙的識讀、了解船體建造的各工藝階段及加工順序、確定該分段生產設計的要領，繪制工作圖、工作輔助性作業圖和管理圖表的編制等。

2.造船企業經營與管理：第七學期滬東中華造船（集團）有限公司，由企業導師進行講授。 現代造船模式、造船工程的計劃管理、船體建造過程的管理和造船定制管理。

3.先進造船技術：第七學期滬東中華造船（集團）有限公司，由企業導師進行講授。 船系統的組成、成組技術、柔性制造系統、并行工程、虛擬制造、敏捷制造、敏捷供應鏈管理、企業經營過程重組。

表1 企業工程教育方案

（三）提高船舶工程專職教師的工程實踐水平

專業教師作為培養卓越工程師的核心力量，其自身就必須具備“卓越工程師”的能力和素質，同時作為大學教師一員的專業教師又必須從教師職業要求出發，扮演“傳道、授業、解惑”者的角色，所以培養“卓越工程師”的工科類大學教師應是“卓越工程師”與“卓越大學教師”的結合體。根據CDIO的標準，要求積極采取措施讓教師深入社會、企業，并加強工程實踐能力、創新能力、團隊協作能力以及產品的設計和分析能力。具體措施包括：專業教師與企業進行項目合作、利用假期到企業去工作、把具有工程實踐經驗作為聘用和晉升的條件。因此，專業教師就應該是船舶與海洋工程領域的“優秀工程師”，不僅要專業知識扎實，工程實踐經驗也要非常豐富。作為教師就應該主動深入企業積累自己的工程實踐經驗，這不僅能在基礎教學中為學生提供形象的工程實例，更重要的是在學生心目中樹立了偉大工程師的榜樣。

針對上述措施，我們船舶與海洋工程專業在近兩年來共派出專業教師到企業、國內著名高校進行產學研3人次、國內訪問學者2人次。將青年教師派到大型企業中去學習，并邀請企業高級工程師對教師隊伍進行培訓，傳播企業先進的工程技術和工程理念，提升專業教師隊伍的工程實踐水平。

當專業教師從企業高校實踐、學習回來，就鼓勵他們認真進行教學研究，把工程實踐經驗融入教學過程中，經常開展教學研討會、發表研究論文，改進教學理念、方法和模式，使教學效果臻于完善。另外，課堂教學應該選取典型的工程項目，確保項目訓練的完整性以及工程基礎知識的連貫性，強調學生自主學習能力的培養，強調“學以致用”。

（四）建立工程教育的第二課堂

第二課堂的教學是開辟和完善工程創新型人才培養重要內容之一，在人才培養事業中發揮著不可替代的作用。單純的第一課堂理論知識學習已經遠遠不能滿足社會的要求，第二課堂在教學的內容、時間、空間、人員、規模等方面都具有其特有的靈活性。可以滿足不同年級段、不同興趣愛好、不同層次學生的多方面需求，這在很大程度上適應了高等教育大眾化所帶來的學生多樣化、多元化特點，有利于培養學生的工程創新能力。

專業課教師根據學生的興趣與愛好，鼓勵他們參加各種創新活動和競賽，激發學生學習和創新的動力，讓學生隨時走出“理論”的課堂，以團隊的形式進行實訓，做到“研中學”、“做中學”。近兩年來，本專業教師通過這種創新項目活動和競賽，讓學生與實際項目進行零距離接觸，促使他們積極了解船舶工程技術的發展方向，在廣博的工程背景知識下，冒出創新的火花。近兩年來，船舶專業的教師指導學生進行創新活動十余次，例如：參加每年一次的“上海大學生創新活動計劃項目”，（如圖2所示是學生創新項目“三體船連接橋新型結構形式研究”的部分研究成果）。這種創新實踐活動不僅提高了學生自主學習能力、團隊合作能力、解決問題能力、創新能力和溝通交流能力，還能增進師生互動，加強學生之間的學術交流，營造良好的學習、競爭氛圍。

圖2 學生創新項目的部分研究成果圖

三、結束語

由于我國轉變經濟發展方式、建立創新型國家和參與國際競爭的需要，以及當前國內工程培養還存在問題，本文借鑒國際上成熟的CDIO工程教育理念，通過高校和大型企業的密切合作，以實際工程設計、工程建造項目為背景，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，探索符合中國國情的卓越工程師的培養模式。

通過卓越工程師培養模式的探索與實踐，發現還有需要改進的地方，不僅要派教師到社會、企業中進行工程訓練，并獲取實際工程經驗，同時也要邀請企業中具有工程實踐經驗的工程師到校兼職任教或演講；另外，在學生的學習評價方面，應該注重學生實踐能力的評價、實踐過程的評價，而不僅僅是通過考試來評價學生的學習能力。因此，我們將不斷努力地改進卓越工程師培養方法，為實現由制造大國向制造強國的轉變作出更大的貢獻。

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[責任編輯：雷 艷]