基于CDIO理論的材料成型專業人才培養模式探索

錢芳+王利華

摘要：CDIO是以“構思—設計—實施—運作”為核心的工程教育理念，在探索材料成型專業創新培養模式的改革中起到了重要的指導作用。在原來的培養模式下，學生不清楚自己的專業方向，不懂得如何將所學課程與實際工程項目相結合。在此基礎上，本文提出了以材料工程項目為引導，以實踐操作環節為核心的創新型人才培養模式。

關鍵詞：CDIO理念；材料成型；創新培養；實踐操作

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）03-0141-02

隨著經濟社會的不斷發展，新材料的開發、材料的成型加工技術新手段的出現，跨學科之間的合作，使材料成型技術得以迅速發展。自教育部1998年增設了材料成型及控制工程專業，多數學校將鍛壓、模具、鑄造、焊接等熱加工單一專業轉向材料成型專業的建設。原來的專業教育模式相對于現代化產業的發展已明顯滯后，不能很好地滿足新時代的需求，結合CDIO工程教育模式，培養新時代創新型材料成型專業人才成為民族高校教育工作者面對的新課題。

一、CDIO理念

該理念是以構思—設計—實施—運作為核心，用來詮釋產品或系統全新的生命周期概念。CDIO是國際工程教育與人才培養的創新模式，它強調綜合的創新能力與社會大環境的協調發展；對學生，則更關注對其實踐能力的培養，希望工程教育的畢業生能夠發展成完整、成熟、有思想的個體。國內的汕頭大學、云南大學等學校率先開始研究并制定了CDIO理論的人才培養計劃，分別在2006級和2008級本科生中全面推行，目前已取得了一定的成果。這個模式繼承和發展了歐美20多年以來的工程教育改革的理念，更重要的是提出了系統的能力培養、實施指導，以及實施過程和結果檢驗的12條標準，具有很強的可操作性。

二、材料成型專業CDIO人才培養模式的確立

材料成型及控制工程專業是一個具有材料學科特征的機械類學科，其基礎知識構成包括機械設計理論及材料成型理論。目標是要培養具備扎實的專業理論知識，掌握金屬材料及高分子材料成型的專業基礎，掌握材料成型方法及工藝分析技能的高級工程技術人才。并要求學生在金屬液態成型、塑性成型、焊接成型、材料制備、生產管理等方面具有實踐能力和創新精神。我校自2011年開始招收材料成型專業的本科學生，一方面，教育平臺以通識教育、學科教育、專業教育為主，其中必須掌握的知識結構包括工程制圖、計算、實驗、測試、文獻檢索和工藝操作等方面的基本技能及較強的計算機和外語應用能力；另一方面是能力結構，內容覆蓋理論力學、材料成型原理、塑料成型工藝與模具設計、材料成型設備、三維實體造型等課程。要求學生在四年的大學學習過程中掌握扎實的專業基礎理論，具備較強的實踐創新能力，接受現代材料成型工程師的基本訓練，了解學科前沿動態及發展趨勢，能夠掌握常用材料的加工工藝及模具設計制造技能，并能夠組織生產管理，具有良好的職業操守和敬業精神、較強的自學能力和創新意識。

三、CDIO理論的實施與創新能力培養體系

學習是一種活動和構建過程，學習必須處于豐富的情境中。CDIO的理論模式將培養目標由低到高劃分為三個層次，在加工實訓及項目或課題層次中，讓學生身臨其境進行學習。

1.理論教學體系。第一階段，按照CDIO大綱要求，以項目為引導建立個性化的知識體系。培養學生的工程師職業道德，學習基本理論知識，培養個人職業技能、人際交流與合作能力，培養學生在企業和社會環境中構思、設計、執行和使用各種系統的能力。具體到課程結構上，包括數學和邏輯學的基礎知識、自然科學與工程技術理論及其前沿知識、社會科學知識、專業理論及服務于本專業的其他常識。以工程項目為引導，設置不同形式的課程群，有針對性地從基礎理論到機械制造，再到材料加工逐漸建立起完整的知識體系。根據課程性質選擇項目設計或加工實訓內容；學生通過整合所學理論來完成他們的項目。以專業主干課《材料成型原理》一書為例，該書主要內容涵蓋金屬液態成型、塑性成型及連接成型工藝等理論。金屬液態成型及連接成型部分主要從金屬原子的微觀角度進行推理、驗證、分析，其中涉及流體力學、物理化學、概率學等多學科的基礎知識，金屬塑性成型部分則更多地借助數學、彈塑性力學為分析計算工具，還有很多基礎課程內容作為理解分析的依據。這樣，就形成了針對材料成型專業的理論課程群。學生從大學初始階段學起，在這樣的課程群里逐漸形成自己的知識體系，為之后的項目學習階段奠定了理論基礎，同時還可根據項目的內容自行選擇需要學習的課程。學生可以在已有的校內選課范圍內選修適合自己的課程，也可以根據自己的項目針對性地自主選擇學習內容。

2.以項目為引導的實踐體系。創新能力是認知主體發現、分析、解決問題的認識過程和能力，它受到知識結構、創新意識等因素的共同影響。在第三階段CDIO理念的設計—實施過程中，通過引入兩個層面的項目訓練來啟發學生的創新能力。第一個層面，在課程學習階段，以教學改革課程《塑料成型工藝與模具設計》為例，課程劃分為高分子聚合物流變理論、塑料制件成型工藝、注射模具結構設計及常用塑料成型方法幾個模塊。在每個模塊的學習結束后，可以按小組給學生分配項目任務，教師給出范圍，但不指定內容，具體的構思、設計、實施過程，均由小組內學生分工合作來完成。另一個層面，要等學生經過兩到三年的專業理論學習和實踐操作訓練后，即進入真正的項目培養階段。在此階段，參考我校機械設計制造專業工程師教育實驗班計劃，學生可以根據自身特長和興趣有針對性地選擇導師，再由導師根據所帶科研項目需要來制定學生的項目課程計劃，學生需要完成指定課程并修滿對應的學分。期間，學生帶著任務去上課，憑借之前的理論和實踐基礎，參與到真正的構思—設計—實施—操作環節。這樣就可以將大范圍的培養計劃發展為針對小部分甚至個體的培養方案。在現有的材料成型設備實驗室、工程材料實驗室、模具室、金相室、機房等相關實驗室的分工合作下，依托機械加工實訓中心，建立以實驗室、加工中心為基地的CDIO工作空間，形成團隊項目負責制的創新實踐中心，來發展跨年級、跨專業、跨學校的綜合培養項目。在各方的支持下，鼓勵學生在現有項目的基礎上，憑借參加各類創新、創業大賽的經驗，不斷地發掘新思路，并付諸實踐。

四、結語

在CDIO工程教育模式的引導下，結合我校現有材料成型與控制工程專業學生的培養計劃，實施人才培養模式的改革探索。通過“構思—設計—實施—運作”的過程培養學生“做中學”，提高了分析、解決問題的能力和創新實踐的能力。在改革初期，還要本著“洋為中用”的原則，在探索中不斷總結完善，以獲得更健全、更符合時代發展的材料成型專業人才培養模式。

參考文獻：

[1]郭建，穆云超.材料成型及控制工程專業相關問題探討與實踐[J].鑄造技術，2012，33（1）：36-38.

[2]梁維中，馬波，王振廷，等.材料成型及控制工程應用型人才培養探索[J].鑄造設備與工藝，2010，（1）：45-47.

[3]常云龍，袁曉光，李榮德等.材料成型及控制工程特色專業建設的研究與實踐[J].高等教育研究，2009，26（1）4：75-78.

[4]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.

[5]康全禮，陸小華，熊光晶.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.

[6]Edward F.Crawley.The CDIO Syllabus：A Statement of Goals for Undergraduate Engineering[EB/OL].http：//cdio.org/cdio-syllabus-rept/index.html，2008-07-1.

[7]左遠志，蔣潤花，楊小平.以創新設計為導向的CDIO工程教育培養模式[J].東莞理工學院學報，2010，（17）3：118-122.

[8]薛穎.民族地區教育技術學專業創新人才培養模式探析[J].民族高等教育研究，2013，（1）5：36-37.

The Training Model Based on the CDIO Guidance for the Students of Material Forming Professional

QIAN Fang，WANG Li-hua

（Inner Mongolia University for the Nationalities College of Mechanical College，Tongliao，Inner Mongolia 028000，China）

Abstract：CDIO theory with the core of “Conceiving-Design-Implementation-Operation”in Engineering education，played an important role in training reformation of material forming profession.In the past，students had no ideas neither about their professional target，nor the method how to combine their courses to special projects.According to this condition，this paper put forward to a new model which is guided with material projects and practices.

Key words：CDIO；material forming；innovative training；practices