大學生創新性實驗項目CDIO工程教育模式研究與實踐

秦紅星

(唐山學院 機電工程系，河北 唐山 063000)

大學生創新性實驗項目CDIO工程教育模式研究與實踐

秦紅星

(唐山學院 機電工程系，河北 唐山 063000)

大學生創新性實驗是一項以學生為主體的高校教學質量工程項目。在項目實踐中，應用CDIO工程教育模式，能使學生在項目構思、設計、實施和運行等方面得到鍛煉。實踐表明，該方法能夠充分發揮學生的主體性，促進學生主動學習和交流，培養學生的創新思維和實踐能力，提升學生的綜合素質。

CDIO；大學生；創新性實驗

大學生創新性實驗項目是高等院校本科教學“質量工程”的重要組成部分[1-2]。該項目以大學生為主體，以問題和課題為核心，旨在調動大學生的積極性和主動性，激發大學生的創新思維和創新意識，使其逐漸掌握思考問題、解決問題的方法，全面提升創新實踐能力。為此，引入CDIO工程教育模式用于實驗項目的指導和研究，探索創新性實驗項目的管理模式，從項目構思申報、設計計算、實物制作、論文撰寫、專利申報等方面培養和鍛煉學生，使學生實現從被動學習到自主創新的轉變。

一、CDIO工程教育模式

2000年，由美國麻省理工學院和瑞典林克平大學等幾所高校聯合組成的教育改革研究團隊提出并倡導了一種全新的工程教育模式CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)，它是一種以構思、設計、實施和運行全過程為載體，以培養大學生工程實踐能力為目標的工程教育與人才培養的創新模式[3]。

CDIO工程教育模式不同于以往“先教后做”的傳統教育模式，而強調教師要鼓勵學生勤于思考，引導學生在活動中探索，強化學生的獨立性、主動性和創造性，使學生在觀察、設想、提問、試驗、表達和交流中構建基本的知識體系，同時使學生在嚴謹的學術氛圍中獲得科學探究的能力。

CDIO具有國際先進性、實踐可操作性、全面系統性和普遍適應性等特點，得到了國際高等工程教育界的肯定。如法國、丹麥等國家的很多高校均參與到CDIO計劃當中，對該模式進行探討并實踐。國內許多高校也相繼開展了CDIO工程教育模式的試點。CDIO符合高等院校工程應用技術型人才培養的要求[4]，也很好地契合了創新性實驗項目培養大學生工程實踐和創新能力的目標。

二、創新性實驗項目的選題

大學生創新性實驗項目研究題目的確定主要有“被動式”和“主動式”兩種方式[5]。“被動式”是由指導教師根據自身研究方向和課題來設置項目，再由學生選報，這種方式的優點是項目與實際科研結合緊密，缺點是學生研究的興趣和積極性可能不高。“主動式”是學生依據自己的興趣愛好確定項目，再為其配備相關指導教師，其優點是學生研究的積極性比較高，缺點是項目的合理性通常較差，與實際科研結合可能不夠緊密。

考慮到上述兩種選題方式的優缺點，基于CDIO工程教育能力大綱中的“構思與工程系統”理論，依據項目選題的創新性原則，應將兩種方法有機結合。指導教師在日常教學中注意尋找和發現對創造發明和科學研究有濃厚興趣的大二和大三年級的學生，引導他們主動發現自己身邊潛在的項目，并就指導教師的研究方向和相關課題與他們交流，進而鼓勵學生自主構思進行選題。這樣既能將教師研究課題的一部分作為創新實驗項目，與實際科研相結合，又能帶動學生的實驗興趣和積極性，讓學生真正積極主動地參與到創新性實驗項目中來。

選題實際執行過程中，指導教師首先要與學生座談交流，充分了解學生的興趣愛好、專業知識和動手能力，結合教師研究方向和科研課題，討論確定選題范圍。然后，指導教師引導學生進一步主動思考和討論，學生再結合自身特點在課題范圍內自主確定感興趣的1-2個項目，并最終確定所申報的創新性實驗項目的題目。這個過程中，指導教師需在以下幾個方面為學生把關：①項目是否有助于培養學生的創新能力；②項目是否結合學生的專業知識與實際能力；③項目是否結合學生專業特點，并考慮到工程應用價值；④項目難度是否適中并具有可實施性。

整個項目選定過程中，通過與指導教師溝通，學生確定項目的基本要求、任務目標和工程意義，對所選項目的任務和功能進行分析，明確基本思路，提出整體研究內容和方案，提升了自主學習和知識運用的技能。并且，通過確定各部分功能結構的環節，學生應用專業方法準確表達的能力得到培養[6]。

依據CDIO工程教育模式的“構思與工程系統”理論，經過學生的構思和設計，這一階段的大學生創新性實驗項目最終確定的選題有：袖珍型縫紉機、MINI四輪車、載重汽車電磁輔助剎車系統和陀螺儀車輛座椅等7項。袖珍型縫紉機項目是由團隊成員根據自身實際，經過構思確定的項目選題。團隊成員平時酷愛籃球運動，運動服經常出現刮破撕裂的情況，而自己又不會縫補，于是將研究縫衣裝置的想法與指導老師進行溝通，經過近一周的研究討論，最終選擇確定了袖珍型縫紉機這個項目。MINI四輪車項目在題目申報伊始，小組成員就和指導教師探討關于自行車的問題，深入剖析目前市面上的二輪自行車存在的缺點，根據其不便于攜帶和不易于學習等問題，確定了研究適用于廣泛人群，尤其是方便小孩和老人騎行的小型四輪自行車——MINI四輪車。

三、創新性實驗項目的實施

在項目具體設計和實施過程中，以學生為主體，以創新為原則，創造條件為學生打造創新實踐平臺，促進學生創新思維、科研水平的提高和發展。

指導教師要注重培養學生的“項目實施”能力。在項目研究伊始，組織各個項目組開展座談，指導教師和學生共同對項目的研究目標和任務進行分解，學生自主地進行文獻資料查閱，獨立完成研究設計和實驗，對結果進行分析和總結。指導教師在項目實施的過程中只給學生提供一些指導性的建議，引導學生大膽創新，敢想敢做，善于質疑。同時注意挖掘和激發學生的創新潛能，培養學生分析問題和解決問題的能力，使學生真正成為研究的主體，從而培養CDIO工程教育能力大綱所規定的“項目實施”能力[7-9]。

指導教師要特別重視培養學生的“實施和運行”能力。作為研究主體的學生，更應該注重項目實施過程的管理。不僅從項目申報、中期檢查和終期結題來開展項目管理，而且更要對項目的計劃、進度等進行管控，從而培養CDIO“實施和運行”的能力，對此教師要給與定期指導和檢查[10-12]。實驗項目完成后，學生以實驗報告、論文、專利等形式提交研究成果。通過查閱文獻、撰寫科技論文，學生的總結歸納能力、文字表達和語言組織能力得到培養[13]。

在項目實施過程中，注重培養學生的團隊意識和協作精神。項目團隊中各位成員既有分工又有合作，遇到問題經常開展交流座談，共同商量解決方法，這樣學生在研究交流過程中互相取長補短，在團隊協作和人際交流方面得到鍛煉。

以我們所指導的7個創新性實驗項目為例，指導教師給予學生充分的選擇權和自主權，鍛煉學生自主研究和自主管理的能力，從而培養CDIO工程教育能力大綱中“項目實施”的能力。具體主要體現在以下兩個方面：第一，自主研究。學生自主查閱文獻資料，自主制定研究計劃，獨立開展實驗研究、試制實驗實物，撰寫論文等相關文件資料，真正成為實驗研究的主體[14]。第二，自主管理。學生根據專業和特長組建項目研究團隊，獨立管理項目的實施、安排研究的時間和場地，合作精神和團隊意識得到培養。載重汽車電磁輔助剎車系統項目團隊在課余時間深入汽車修理廠，通過與汽修師傅溝通交流，研究載重汽車的剎車結構及原理，剖析機械剎車失靈的緣由，查找相關資料，自主確定電磁剎車系統的方案，并獨立進行試驗。陀螺儀車輛座椅項目團隊根據成員的各自特點和特長進行了具體的分工，并制定了詳細的工作計劃，小組成員獨立采購實驗材料，自主開展實驗研究，自主進行實驗項目任務分解并組織工作小結座談會，且及時向指導教師匯報研究進展。通過自主研究和管理，學生初步具備了CDIO工程教育能力大綱所要求的“學習能力、實踐能力、協作能力、交流能力和大系統掌控能力”。

四、項目實施的成效

經過三年多的探索和實踐，運用CDIO工程教育模式指導大學生創新性實驗項目的開展和實施，取得了良好的效果。

(一)提高了學生的工程素養和創新意識

通過創新性實驗項目CDIO工程教育模式的實施，學生受到了較為系統的工程和科研訓練，受益面達到本科學生的60%以上。該模式有效地推動了大學生在工程實踐能力方面的學習、研究和交流，同時滿足了本科生自主學習及創新的需求，為提高本科教學質量和培養高素質創新型人才發揮了積極作用。

(二)取得了顯著的研究成果

大學生創新性實驗項目CDIO工程教育模式的實施，增強了學生參與科研項目的積極性，學生在全國3D大賽、機械創新設計大賽等各類專業競賽中獲得榮譽和褒獎，撰寫并發表了多篇科學研究論文，有些項目已獲得實用新型專利授權，取得了較高水平的研究成果。

(三)培養了一批創新性優秀人才

3年來，參加過CDIO工程教育模式創新性實驗項目的畢業生中，有的考取了知名高校的研究生繼續深造，有的到大中型企業就業。經過創新性實驗項目的鍛煉，這些學生具備了較強的創新意識和工程實踐能力，受到了所在校企的普遍好評。

大學生創新性實驗項目CDIO工程教育模式的開展和實施，為大學生創造了良好的科研創新學術氛圍，產生了良好的教學和科研效應。參加實驗項目的學生既鍛煉了實踐能力，又提高了科研能力，極大地提升了創新能力和綜合素質，同時也增強了團隊協作意識，在學習和實踐中收獲了喜悅和成果，為將來的學習和工作奠定了堅實的基礎。

五、結語

CDIO作為一種新型人才培養模式，在教學實踐中已經顯示出強大的生命力。通過對CDIO工程教育模式進行研究，探索大學生創新性實驗項目的CDIO模式，并在其他大學生科技創新實踐活動中加以推廣，既能提高大學生的工程素質，又能培養大學生的創新能力[15]，最終將對提高本科教學水平和培養高素質應用型人才發揮積極作用。

[1] 周玉.高校如何培養有創新思維的學生[J].教育教學論壇，2012(3)：61-62.

[2] 馮林，張威.“質量工程”視角下的大學生創新性實驗計劃[J].實驗室研究與探索，2008，27(6)：27-29.

[3] 牛換霞.CDIO工程教育模式解讀：課程論的視角[J].現代教育科學，2010(6)：40-43.

[4] 李臣學，李丹，劉和勇.關注成效 大學生創新的CDIO教育模式[J].實驗室研究與探索，2010，29(6)：90-92.

[5] 張麗紅，王康，郝文慧，等.關于國家大學生創新性實驗的幾點思考[J].中國科技信息，2011(19)：166.

[6] 付延玲.對高校實施創新性實驗的認識和思考[J].實驗室研究與探索，2008，27(4)：12-15.

[7] 顧學雍.聯結理論與實踐的CDIO——清華大學創新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009(1)：11-23.

[8] 康全禮，陸小華.CDIO大綱與工程創新型人才培養[J].高等教育研究學報，2008，31(4)：15-18.

[9] 陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創新的啟示[J].中國高教研究，2006(11)：81-83.

[10] 馮潔.創新型人才培養中實驗教學的問題與對策[J].實驗室研究與探索，2008，27(4)：102-105.

[11] 白廣梅，王小逸.創新性實驗教學的思考[J].實驗室技術與管理，2008，25(2)：128-129(轉156).

[12] 李麗潔，施瑞，陳樹森.大學生創新實驗項目中的實驗教學[J].實驗技術與管理，2011，28(3)：162-164.

[13] 趙希文，吳菊花，燕杰.大學生創新性能力訓練體系與方法[J].實驗室研究與探索，2010，29(10)：67-69(轉84).

[14] 陳華，聶江，張萬奎.地方院校創新實驗教學的實踐[J].實驗技術與管理，2010，27(1)：128-129.

[15] 喬連全.我國研究型大學“大學生創新性實驗計劃”的現狀與反思[J].高等教育研究，2011，32(3)：81-87.

(責任編校：白麗娟)

Research and Practice of Educational Model of CDIO——a University Students Innovation Program

QIN Hong-xing

(Department of Electrical and Mechanical Engineering， Tangshan College， Tangshan 063000， China)

University students innovation is a student-centered college teaching project. In the practice of the project， it is advisable to apply CDIO to train students in project conceptualization， design， implementation and operation. The results shows that this method can encourage students’ initiative， promote students’ active learning and communication， cultivate students’ creative thinking and practical ability， and improve the comprehensive quality of students.

CDIO； university students； innovation program

G642.0

A

1672-349X(2015)02-0106-03

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2015.02.029