應用型高校機械本科專業教學改革探索

銀光球　張福江　羅敏峰

[摘 要]CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果，也是我國高等工程教育改革的方向。應用型高校根據“厚基礎，強能力”的人才培養目標和以能力培養為目標的CDIO工程教育模式，結合機械本科專業的教學特點和對畢業生的能力要求，構建了M-CDIO項目教學體系。M-CDIO項目教學體系不僅系統地解決了學生重知識學習、輕知識運用的問題，而且學生通過做“項目”、“微項目”對專業知識認識得到了深化，進而固化為自身的能力。

[關鍵詞]M-CDIO項目教學體系；工程教育；應用型高校

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）07-0038-04

“大眾創業，萬眾創新”是現時代的鮮明主題，創業創新離不開扎實的工科基礎，高等工程教育則為創業創新提供理論基礎和人才儲備。我國工程教育規模世界第一，但還遠不是工程教育的強國。[1]

縱觀工程教育的發展，理論與實踐始終是一對矛盾。在工程教育過程中，以科學理論教學為主，還是以工程實踐教學為主，抑或兩者并重，一直是工程教育界爭論的焦點。[2]工程教育的發展，大致經歷了從早期的工程實踐為主、科學理論為輔，到現代的科學理論主導、工程實踐削弱。現代以科學理論為主導的工程教學模式，使得從過去實踐中抽象出來的概念和基本理論遠離了當今的工程實踐，工科教育、學習變成了智力游戲，偏離了工科教育創造性和實踐性的基本特征。因此，工科教育培養出來的學生科學理論較強，但動手能力差，人際交流、團隊協作能力不夠，難以滿足現代企業對人才的要求。因此，我國存在著這樣一種奇怪的現象：一邊是求才若渴的企業，一邊是大量畢業即失業的大學生。[3]

為了實現“中國制造2025”目標，把我國從制造大國轉變成為制造強國，也為了滿足現代企業對人才的要求，我國的工科課程教育必須改革。目前，我國工程教育體系仍然是以德國教育家赫爾巴特于200多年前提出并創建的“教師中心、教材中心、課堂中心”的教育體系為主。[4]這種教育體系歸根到底是以知識為中心，而不是以能力為中心的教學體系，把工科課程的基礎知識和基本技能糅合在解題訓練中，以培養善于考試的人才為目標。這樣培養出來的工程人才是難以滿足我國現代化工程建設的要求的，存在大學生畢業即失業的現象也就不足為怪了，關鍵是我們教育工作者要如何改變這一現狀。

近年來，國際工程教育改革的最新成果——CDIO工程教育培養模式，為我國的工程教育改革帶來了一線曙光。它以現代企業對人才能力需求為導向，在傳授工程知識和技能的基礎上，將企業項目的運作模式引入學生培養中，有針對性地培養學生各方面的能力，以滿足現代企業對人才能力的要求。

一、CDIO工程教育模式與機械本科專業教學的嵌合

（一）CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是由美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等四所大學組成的工程教育改革團隊提出、并持續發展和倡導的全新工程教育理念。[5]它將工科畢業生的能力分為工程理論知識、個人能力、人際交流與團隊協作能力和企業工程系統運作能力四個層面，涵蓋17種不同的主要能力，在執行操作層面細分為更具體的73種不同的技能。這種工程教育模式符合應用型技術大學的人才培養目標，易于量化考核和評價。國外高等工科院校的實踐證明[5]：實施CDIO工程教育模式的學校，這四個層面得到充分培養和訓練的工科學生，就業前景被普遍看好，大都供職于大型的跨國公司。

（二）機械本科專業的CDIO項目教學體系

以“厚基礎，強能力”為人才培養目標的應用型本科大學，更重視學生工程能力的培養。CDIO工程教育模式的實施必須與專業教學內容深度融合，賦予它新的內涵與特色。圖1是機械產品開發過程與CDIO工程教育有效結合的途徑。

從圖1可以明確，CDIO工程教育模式與機械工程領域相結合的契機在于：機械領域的產品開發的四個環節與CDIO工程教育的四個階段不謀而合。這樣，在機械本科專業的教學中，以CDIO工程教育模式為綱領，以機械產品研發到產品運行的生命周期為載體，以學生為中心，以工程能力培養為目標，以“項目”、“微項目”為手段，將機械領域的基本知識和基礎理論糅合在“項目”、“微項目”的方案原理構思，裝配圖、零件圖設計，零件制作實施和產品銷售、售后四個階段中，賦予CDIO工程教育模式中構思、設計、實施和運作四個階段新的內涵，實現CDIO工程教育模式與機械領域教學的有機結合，形成了機械工程領域的CDIO（Mechanical CDIO，簡稱M-CDIO）項目教學體系，并具有以下特征：

1.良好的工程能力培養。在M-CDIO項目教學體系中，隨著糅合了機械領域的基本知識和基礎理論的“項目”、“微項目”實施，學生的工程理論知識、個人能力、人際交流與團隊協作能力和企業工程系統運作能力四個層面都得到了全面、系統、具體的訓練，培育滿足現代社會和現代工程需要的、具有較強工程能力的工程技能型人才，符合我國應用型高校的辦學定位和人才培養目標。

2.“情境式”、“體驗式”學習工程理論知識的環境。在M-CDIO項目教學體系中，學生組成學習小組，通過相互分工、協作完成“項目”、“微項目”的形式學習機械領域基本知識和基礎理論，改變了傳統以“記憶、考試、拿證”為目的的工程理論知識學習模式，為學生提供了“在學中用，在用中學”的情境，實現理論與實踐的有機聯系和良性互動，使知識從實踐中來，又回到實踐中去，符合哲學領域的認識實踐觀。

3.“學生中心，教師主導”的授課模式。在M-CDIO項目教學體系中，需以學生為中心，以“項目”、“微項目”為抓手，針對機械工程專業每門課程的特點，設置若干個糅合了課程的基礎知識和基本技能不同的“項目”、“微項目”。課程的學習，先通過教師授課，講解本課程的基本概念、知識點，然后讓學生完成這些“項目”、“微項目”來再現、鞏固課程知識，使一些抽象的概念具體化，使過去從實踐中抽象而獲得的知識、理論重新回到工程實踐中指導實踐；學生在實踐中主動、積極地學習課程知識。

二、M-CDIO項目教學體系在機械工程本科專業的實施過程

機械系統一般由動力系統、傳動系統、執行系統和操作控制系統等組成，機械專業本科畢業生應該具備根據機械系統的功能，能夠獨立地完成機械系統構思、設計、制造和運作的基本能力，為社會、企業提供優質高效、物美價廉的機械產品。如果將機械系統功能、結構的完整呈現看作是一個大“項目”，則系統中的子系統功能、結構的呈現可以看作是一個“微項目”。

M-CDIO項目教學體系的實施，關鍵在于對“項目”、“微項目”的具體落實和完成，大致要經過以下過程：

（一）“項目”總體方案原理設計

根據機械系統的功能要求，確定機械系統的基本工作原理，進而獲得完成該功能的技術系統，確定總體的主要參數和結構布局設計，形成機械系統總體方案設計圖和結構布局圖，同時編寫總體設計報告及技術說明書，為“項目”的順利實施和完成奠定基礎。

（二）“微項目”方案原理設計

根據機械系統的組成，設計實現各個子系統功能的方案原理，確定實現各個功能的具體機構，形成機構原理圖，編寫“微項目”方案設計報告及技術說明書。比如原動機采用電動機還是內燃機，傳動系統、執行系統采用什么樣的機構來實現，是集中驅動還是分散驅動等。“微項目”的功能原理與結構設計服務于“項目”的總體功能，受“項目”的總體結構布局約束。

（三）“項目”、“微項目”的工程圖設計

根據前面二步形成的圖紙和設計報告，對“項目”、“微項目”進行詳細的技術設計和結構設計，最終得到“項目”、“微項目”的總裝配圖、子裝配圖和零件圖及設計技術說明書等資料。

（四）“項目”、“微項目”制造工藝、工裝設計

根據現有的制造工藝水平和設計的技術要求，設計零件的制造工藝和裝配工藝以及相應的工裝夾具。形成“項目”、“微項目”完整的制造工藝過程，并編寫制造工藝規程及技術文件，比如繪制工序圖、制定工序卡、確定切削參數等。最終得到能完成預定功能的機械產品。

（五）“項目”、“微項目”過程管理與運作

由于團隊的分工和協作，上述過程離不開“項目”、“微項目”的過程管理與運作。過程管理與運作可以使“項目”、“微項目”按順序、有步驟、有目的地齊頭并進，而不至于出現“短腿”現象，縮短“項目”、“微項目”進程。同時，過程管理與運作還與機械產品后期的營銷與售后服務等業務流程有關，也與學生個人的組織、溝通、交流與協作能力息息相關。

上述過程中，第一、二步為“項目”的方案設計階段，屬于M-CDIO項目教學體系中的C階段，即構思階段；第三步為“項目”的圖紙結構設計階段，屬于M-CDIO項目教學體系中的D階段，即設計階段；第四步為“項目”的生產制造階段，屬于M-CDIO項目教學體系中的I階段，即實施階段；第五步為“項目”的過程管理、營銷與售后服務階段，屬于M-CDIO項目教學體系中的O階段，即運作階段。

在M-CDIO項目教學體系中，隨著糅合了機械專業基礎知識和基本技能的一系列“項目”、“微項目”的實施和完成，學生不僅在工程理論知識、個人能力、人際交流與團隊協作能力和企業工程系統運作能力四個層面都得到了全面、系統、具體的訓練，而且熟悉了“項目”、“微項目”的操作流程，模擬企業項目的運作過程，使學生畢業后能更好地了解和融入企業，找到理想的工作。圖2表示了M-CDIO項目教學體系中知識、項目實踐和個人工程能力之間的關系。

由圖2可知，在M-CDIO項目教學體系中，基礎知識、專業知識通過M-CDIO項目實踐訓練轉化為工科畢業生的四種能力；反之，工科畢業生要達到這四種能力，需要經過相應的M-CDIO項目實踐訓練，而要完成實踐，必須學習相應的專業知識和基礎知識。這符合哲學的認識實踐觀：知識來源于實踐，并高于實踐，指導實踐，接受實踐的檢驗。

三、以M-CDIO項目教學體系引領機械本科專業的課程教學改革

針對我國機械本科專業的教學現狀與存在的問題，結合CDIO教育理念，為貫徹應用型高校“厚基礎，強能力”的人才培養目標，在機械本科專業實施M-CDIO項目教學體系。在具體落實M-CDIO過程中，必須思考和解決好以下幾個問題。

（一）解放教師思想，轉變教育觀念

目前，我國大部分高校的工程教育體系仍然還是沿襲德國教育家赫爾巴特于200多年前提出并創建的教師中心、教材中心、課堂中心”的教育體系，體現在以記憶、考試、拿證為目的的工程理論知識學習模式，常常以分數論英雄。畢業生難以滿足現代企業對人才的要求，造成很多畢業生一畢業就失業的現象。因此，在教育思想和教育觀念上，必須解放教師思想，牢固樹立“大工程觀”意識，以學生為中心，以能力培養為目標，明確工程能力培養在工科人才培養中的地位與作用，體現應用型本科院校的特色。結合以能力培養為目標的M-CDIO教學大綱，實現四個教育大轉變：一是專業對口教育向基本素質教育轉變，二是注重知識傳授向重視學生能力培養轉變，三是注重共性教育向注重個性發展、因材施教轉變，四是注重學科知識系統性向重視學科工程綜合性轉變。[6]通過教育觀念的改變，為工程應用型人才的培養提供新的知識體系、能力結構和思想指導。

（二）修改專業培養方案和教學大綱，增加工程知識與技能培養

專業培養方案是學校教學，學生選課、修課的依據。M-CDIO培養大綱將工科畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面。國外高等工科院校的實踐證明[5]，這四個方面得到充分培養和訓練的工科學生，就業前景普遍看好，大都供職于大型的跨國公司。而國內傳統的工科專業培養方案基本上是以知識傳承為基礎，對實踐、動手和創新能力強調不足，更沒有全面的工程實際的實踐環境，難以滿足現代企業對人才的需求。因此，需要修改工科專業的培養方案，在保證工程基礎知識傳承的前提下，增加對工科學生個人能力、團隊協作能力和產品企業運作能力的培養，實現“供給側改革”，滿足現代企業對人才的需求。

（三）改變考核方式，探索科學評價體系

考核獎勵方式歷來是學生學習的動力和指揮棒，為了實現以能力培養為中心的學習模式，必須打破以書面考試論成敗，以分數論英雄傳統考核方式，建立多樣性的考核方式，比如采用創新創業計劃、組隊完成小項目、研究小論文、設計型大作業、綜合型課程設計、科技創新等多種形式相結合的考核方式。目的在于激發學生的學習自主性，鼓勵學生的個性發展，培養其創新意識、創造能力和團隊協作能力。

（四）編寫基于M-CDIO項目教學體系的教材

目前，機械工程專業本科教材缺乏基于CDIO工程教育模式的教材，教材編寫也是以知識為中心，而不是以能力為中心來建設，教材死板、教條而且乏味，實例少，學生看得索然無味。隨著M-CDIO項目教學體系的提出，急需一批機械類的、適合推行M-CDIO項目教學體系的教材。該類教材的編寫必須以CDIO工程教育模式為綱領，以機械產品研發到產品運行的生命周期為載體，以工程能力培養為目標，將機械本科專業的專業基本知識和技能糅合在“項目”、“微項目”中，學生通過相互分工、協作完成“項目”、“微項目”的形式學習機械領域基本知識和基礎理論，使學生“在學中用、在用中學”，錘煉學生的工程實踐能力。教材編寫要以能力為中心，教材生動、活潑而且有趣，實例多，學生就愿意看、愛看。因此，如何將我國目前工程教育以知識為中心的教材轉換成以能力為中心的教材，是我們工程教育者迫切需要解決的問題。

四、總結

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果，也是我國高等工程教育改革的方向。M-CDIO項目教學體系是以CDIO工程教育模式為綱領，以機械產品研發到產品運行的生命周期為載體，以學生為中心，以工程能力培養為目標，以“項目”、“微項目”為手段，將機械領域的基本知識和基礎理論糅合在“項目”、“微項目”的方案原理構思，裝配圖、零件圖設計，零件制作實施和產品銷售、售后四個階段中，賦予CDIO工程教育模式中構思、設計、實施和運作四個階段新的內涵，實現CDIO工程教育模式與機械領域教學的有機結合。

M-CDIO項目教學體系不僅系統地解決了學生重知識學習，輕知識運用的問題，而且學生通過做“項目”、“微項目”對專業知識認識得到了深化，進而固化為學生的能力，符合應用型高校“厚基礎，強能力”的人才培養目標。因此，M-CDIO項目教學體系將成為應用型本科高校教學改革的方向之一。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 朱高峰，中國工程教育的現狀與展望[J].清華大學教育研究， 2015（2）：13-20.

[2] 李曼麗.用歷史解讀CDIO及其應用前景[J].清華大學教育研究， 2008（10）：78-87.

[3] 猛桂云，鄧曉丹，大學生失業原因透析與市場化就業取向[J].現代教育科學，2007（6）：97-99.

[4] 李國倉，論高等教育人才培養的“一個中心”和“兩個基本點”[J].中國高等教育，2015（2）：54-58，63.

[5] Edward F. Crawley， Johan Malmquist， Rethinking Engineering Education： the CDIO Approach[M].Springer science & business media， 2007.

[6] 包秋燕.基于CDIO理念探討大學生現代工程意識培養[J].福建工程學院學報， 2008（10）：451-454.

[責任編輯：劉鳳華]