基于CDIO的機電類卓越工程師培養模式探索

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［摘要］提出了基于CDIO的機電類卓越工程師教育培養計劃的具體業務要求，規劃了符合本校實際的CDIO工程教育人才培養模式下的機械設計制造及其自動化專業課程體系改革內容，探索了可行的實踐方法。通過不斷建設和完善CDIO工程教育模式，為今后實施卓越工程師教育培養計劃奠定了基礎。

［關鍵詞］機電類專業CDIO卓越工程師教育課程體系培養模式

［中圖分類號］G640［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2013）08-0046-03

一、卓越工程師教育與CDIO的關系

“卓越工程師教育培養計劃”是國家宏觀的培養目標要求，其工作思路是借鑒世界先進國家高等工程教育的成功經驗，創建具有中國特色工程教育模式，通過教育和行業、高校和企業的密切合作，以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，培養造就一大批創新能力強、適應企業發展需要的多種類型優秀工程師。CDIO工程教育理念和培養模式注重培養學生系統的工程技術能力，尤其是項目組織、設計、開發和實施能力，以及較強的溝通和協調能力，體現了當今工程教育的國際共識。可見，CDIO人才培養模式和理念與卓越工程師教育培養計劃的教育理念是高度一致的，而且CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，應該作為實現卓越工程師教育培養計劃的重要途徑，也是加入卓越工程師教育培養計劃的基礎。

二、機自專業卓越工程師教育培養要求

機械設計制造及其自動化專業是典型的工科機電類專業，培養卓越工程師正是這類專業教育教學所追求的理想目標。根據近年來專業進行CDIO工程教育改革實踐取得的經驗，開展卓越工程師教育培養模式的探索具有更積極的意義，而且卓越工程師教育對學生的知識、能力和素質的培養要有具體的要求。

1.接受通用知識的基礎教育，具有扎實的數學、物理、化學等自然科學基礎知識，較強的外語和計算機應用能力，較好的人文、藝術和社會科學基礎，初步的經濟管理知識。

2.接受專業基礎教育，較系統地掌握機械制圖、力學、機械設計、電學、機械工程專業基礎領域的基本知識和技能。

3.接受專業基本技能訓練，掌握本專業必須的零件測繪、力學分析計算、實驗、測試、數據分析、文獻檢索和基本工藝操作等方面的基本實踐技能。

4.接受專業知識教育與專業技能訓練，具有本專業領域或方向所必需的專業知識，了解專業領域技術標準，相關行業的政策、法律和法規，了解本專業及相關學科前沿及發展趨勢。

5.接受工程意識與創新意識的培養與訓練，具有綜合運用所學理論、分析解決工程實際問題的能力，能夠參與生產、并具有基本的運行和維護能力，具有進行產品開發和設計、技術改造與創新的初步能力。

6.獲得綜合素質的教育與培養，具有較強的交流溝通、環境適應和團隊合作的能力，具有較好的組織管理能力，具有良好的質量、環境、職業健康、安全和服務意識，具有應對危機與突發事件的初步能力，以及較高的綜合素質和職業道德修養。

三、課程體系改革規劃與實踐

課程體系改革始終是貫徹CDIO工程教育改革理念，落實人才培養方案的具體保證。

（一）調整兩課開設學期，優化課程布局

兩課是標示中國特色高等教育的重要課程，共有356學時，16個必修學分，一般集中開設在大學一、二年級，在限制每學期計劃學時的要求下，一些基礎性課程被迫后延，對學生的工程意識和創新能力培養和訓練非常不利。本專業在CDIO工程教育改革實踐過程中，多方考察、學習，并與學校主管領導和教務處領導多次研究，做出了調整兩課開設學期的重大決定。將兩年完成的兩課主要教學任務調整為四年完成，即每學年開設一門政治哲學類課程，保證兩課四年不斷線：大一第一學期開設 “思想道德修養與法律基礎”，大二第一學期開設“中國近代史綱要”，大三第一學期開設“馬克思主義基本原理”，大四第一學期開設“毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論”。在兩課教學過程中，可以通過課程內容的改革，重點教育和培養學生的職業道德和社會責任感。在大三、大四學年開設政治課更有利于準備考研的學生學習和復習，大二調整兩課余出的學時由技術基礎課來遞進填補，優化了課程布局，為學生開展創新訓練提供了專業基礎，更有利于專業培養目標的實現。

（二）公共基礎課程體現工程應用意識

英語課分層次教學，入學即可參加大學四、六級考試，通過者可以進入專業實驗室接受工程意識和創新能力訓練。

數學課教學內容與方式改革，在講述數學知識的過程中，啟迪學生的數學思維方式，教會應用數學理論進行工程建模的方法，數學中的實例應該以機械工程的具體對象為目標，使學生體會到學以致用的感覺，激發其學習興趣。

大學物理課教學內容與方式改革，在講授物理知識的基礎上，傳授和訓練進行物理實驗的基本方法、基本技能，訓練觀察現象與數據分析的能力，為工程實驗奠定基礎。

（三）技術基礎課程培養工程意識

在大一第二學期新增開設機械工程導論課程，介紹機自專業的培養目標、教學計劃、學科發展、工程案例，為學生提供一個開發產品、裝備和系統的理論知識與工程實踐的基本思維框架；勾勒出一個工程師的任務和職責，以及如何應用科學知識來完成這些任務的思維方法；并有意識地引導學生培養必要的個人能力和人際交往能力；進行學為所用的工程意識的啟蒙教育。

改革機械制圖課程體系，增加三維圖形教學內容，將獨立開設的零件測繪教學環節融入機械制圖理論課的進程中，理論與實踐應用綜合在一起，同步進行，初步培養學為所用的工程意識。

機械原理和機械設計課程體系改革，將獨立開設的機械原理課程設計和機械零件課程設計教學環節調整到對應的理論課學期，將課程設計內容與理論課內容綜合在一起，同步進行。在機械原理或機械設計理論課開始之初，將課程設計的任務布置給聽課學生，并要求理論課程結束時完成課程設計任務。教師講授理論課時始終關注課程設計內容，督促和指導學生完成所講相關內容的課程設計任務，使學生邊學、邊練、邊用，理論緊密聯系實際，不斷建立學為所用的工程意識。機械原理與機械設計課程與原培養計劃比較，分別提前1個學期開課，以便為后續專業基礎課提供前期知識。

（四）專業課程增強實踐能力訓練

專業課程的改革方式是減少專業課的理論授課學時，大幅度增加實驗、實踐訓練學時，盡量將CDIO理念貫穿于課程教學中。根據培養目標、對主要課程及學時比例進行了綜合調整，構成如表1所示，其中單片機原理及應用、井下作業設備與工具和海洋石油裝備概論為新增課程，目的是增強機電基礎和突出石油特色；合計增加100個實驗學時、88個理論學時。取消了獨立的專業英語課程，設置兩門以上的專業課程采用雙語教學，從而保證學生專業外語應用水平；專業英語（64學時）和毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論（96學時）后置余出的160個必修課程學時基本平衡了增加的專業課理論和實驗學時。

表1課程改革新增實驗學時課程列表

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（五）課程設計實施CDIO模式

“機構分析創新設計”和“機電一體化系統創新設計”是東北石油大學機械設計制造及其自動化專業參加教育部CDIO工程教育改革試點，實現“卓越工程師教育培養計劃”的目標，為培養本專業學生的個人、人際交往和團隊合作能力，產品、過程和系統的設計、建造和控制能力，而分別在大二和大三短學期新增設的2個理論與實踐相結合的教學環節。目的是為學生逐步獲得優良的工程素質和綜合能力（學會求知、學會做人、學會做事、善于合作）奠定基礎。

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每個班分成6~7個設計小組，每個小組獨立承擔一個設計題目，由4~5人組成，自選組長，組長負責設計小組任務分配、組織管理和工作協調。每個小組提交一份設計報告和每個小組成員的個人工作過程記錄（手寫），并進行ppt匯報答辯。機構分析創新設計提交的設計報告包括：設計分析說明書、CAD 設計圖紙；機電一體化系統創新設計提交的設計報告包括：設計分析說明書、CAD 設計圖紙、控制原理圖、電氣回路圖、程序設計圖。

課程設計的考核方式進行了如下探索：

1.組長給定本設計小組成員的個人貢獻或成績排序。設計小組組長根據小組同學的個人貢獻、合作表現，按分差不小于2分給出小組成員個人成績，或給出小組成員成績排序。

2.指導教師組成的答辯組評定設計小組成績。答辯組根據每個小組設計總結報告撰寫的質量（結構層次、語言表達、分析計算、撰寫規范）；設計圖紙的質量（圖紙完整、表達正確、符合規范）；答辯過程表現（匯報講述、回答問題、PPT質量）等項目按百分制綜合給出該組設計的綜合成績。小組的答辯綜合成績為小組成員的個人成績中間值偏上。

3.指導教師還可以根據設計小組每個同學的平時表現（出勤情況、工作態度、提問情況）調整個別同學的個人成績，更好地維護公平性。

4.學生自評與團隊成員互評可以調整小組組長給出的成績排序偏差。小組成員自評主要考核學生的誠實性；團隊成員互評主要考核學生的公正性和團結互助精神。

（六）畢業設計實施CDIO模式

大四第二學期全部進行畢業設計，將畢業設計從13周延長至18周，有利于完整系統地實施CDIO工程教育模式。

在畢業設計的準備、進行和總結的全過程中，對各個環節都進行嚴格把關。首先在選題上，采取指導教師申報題目，然后由教研室從中優選確定，保證工程實際設計題目占到80%的比例。將確定好的設計題目下發給學生，使學生有很大的選擇權利，在個別嚴重沖突的題目上，由教研室做適當調整。這樣做，能夠激發學生的興趣，提高學生對畢業設計的積極性。

學生在畢業設計過程中，把幾年中所學的理論知識綜合應用于工程實際，不僅鍛煉了他們分析研究問題的能力，而且增強了他們的工作責任感，從而使他們投入更多的精力；遇到疑難問題，指導教師能及時地給予啟發，并與之研究、討論，激發他們的創新意識。對于常出現的問題事先講給學生，使其自檢、互檢，有問題及時修改，爭取交出一份質量較高的畢業設計答卷。

在畢業設計的最后階段，教師根據畢業設計的任務書對設計圖紙嚴格審查，杜絕在答辯時出現“設備無法安裝、機構不能轉動、機件互相碰撞、工件不能加工”等原則性問題。隨著畢業設計的完成，多數學生基本掌握了進行工程設計和解決工程實際問題的方式和方法，并培養了創新意識，已具備直接服務于生產與工程建設的能力。在教師嚴格要求、認真把關下，學生完成較好的畢業設計可以直接轉化為生產力，經過近兩年的統計，學生的畢業設計經修改后直接應用于工程實際生產的占18%左右。

四、CDIO實踐總結

2010年機械設計制造及其自動化專業代表東北石油大學成為教育部CDIO工程教育模式第二批試點院校。經過多年的實踐探索，機自專業基于CDIO教育理念的人才培養模式已經逐步形成，對專業培養目標、培養方向、教學計劃、課程教學大綱、實踐環節教學大綱、課程教學體系等進行了卓有成效的改革與建設。

東北石油大學機械設計制造及其自動化專業已經分別在機自07級、08級、09級的部分課程和環節逐步開展了CDIO工程教育模式的探索性實踐，完成了機電一體化原理及應用、數控加工技術、電氣控制技術、液壓與氣動、機械控制工程、石油鉆采機械等課程為載體的CDIO三級項目實施試點工作，都取得了預期的效果，并獲得了良好的經驗；機自2010級、2011級的人才培養方案已經融入了CDIO理念，并根據調整后的課程體系有序地進行全面實踐和總結；機自2012級、2013級的人才培養方案在CDIO實踐基礎上又加入了卓越工程師培養計劃的新要求，正在進行著初步的實踐探索。

CDIO工程教育模式的廣泛實踐有效促進了本專業大學生創新創業訓練計劃和科技創新活動的開展。在創新實踐活動中，學生明確自己的發展目標，積極性、主動性非常高， 2010~2013年本專業學生承擔或完成 “國家大學生創新創業訓練計劃項目”15項，發表科技論文10篇，獲得以“挑戰杯”為主的科技競賽獎勵30余項。

五、結束語

東北石油大學機械設計制造及其自動化專業在CDIO工程教育改革實踐過程中不斷探索和總結，逐漸積累了一些工程教育改革的經驗，基本建立起CDIO工程教育的實施環境，為培養一批工程意識好，實際工作能力強的優秀學生奠定了良好的基礎。同時，我們也在實踐中漸進性地理解卓越工程師教育培養計劃的內涵，并逐步明確：CDIO工程教育與卓越工程師教育培養計劃的理念是一致的，卓越工程師教育培養計劃是宏觀指導方針，CDIO是具體實施模式和重要基礎。

［參考文獻］

［1］顧佩華,包能勝,康全禮,等.CDIO在中國（上）［J］.高等工程教育研究，2012,（3）.

［2］吳恭興，劉文白，張寶吉，等.基于CDIO模式的卓越工程師培養方案的探索與實踐研究［J］.大學教育，2013,（9）.

［3］顧佩華,包能勝,康全禮,等.CDIO在中國（下）［J］.高等工程教育研究，2012,（5）.

［4］鄒龍慶,賈光政,王金東.石油特色高校機電類CDIO工程教育模式探索［J］.中國電力教育，2012,（4）.

［責任編輯：雷艷］

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