基于CDIO理念的機械設計制造及其自動化人才培養(yǎng)模式探究

何船

摘 要：文章基于CDIO理念對傳統(tǒng)機械設計制造及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案進行了改革，創(chuàng)建了新的人才培養(yǎng)模式，采取了新的理論教學與實驗教學方法，旨在對高校培養(yǎng)適合現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展需要的創(chuàng)新型工程技術人才以及其他高校相關專業(yè)的教學改革與人才培養(yǎng)提供參考。

關鍵詞：CDIO；機械設計制造及其自動化；模式

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2018）01-0076-02

隨著信息化進程的推進及新型工業(yè)化道路的提出，我國傳統(tǒng)機械工程教育面臨巨大的挑戰(zhàn)。機械設計制造及其自動化專業(yè)作為我國傳統(tǒng)工程教育中發(fā)展較為成熟的專業(yè)，更是肩負著為機械制造產(chǎn)業(yè)輸送工程技術人才的重任。然而，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式已經(jīng)暴露出越來越多的問題，各大高校培養(yǎng)出來的畢業(yè)生越來越無法滿足企業(yè)日新月異發(fā)展的需要。因此，教育部于2010年啟動了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”。該計劃的總體思路是以工程實際為背景，以工程技術為主線，通過高校和行業(yè)企業(yè)的密切合作，強化學生工程素質和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)[1]。

一、CDIO理念的內涵

CDIO是國際工程教育的一種創(chuàng)新模式，代表了構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate），它基于產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)的生命周期而設計，強調真實社會背景下的工程環(huán)境，實現(xiàn)理論知識學習與工程實踐能力培養(yǎng)有機結合的工程人才理念。國內外的經(jīng)驗表明，CDIO的工程教育理念與機械設計制造及其自動化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標有極大的契合度及極強的可操作性，能夠系統(tǒng)地開發(fā)機械類專業(yè)學生的技術技能、知識和創(chuàng)造力[2]。

二、機械設計制造人才培養(yǎng)新模式的構建

依據(jù)機械設計制造及其自動化的人才培養(yǎng)目標，以培養(yǎng)適合企業(yè)發(fā)展需要的應用型人才為中心，以“工程實現(xiàn)”理念為指導，創(chuàng)建了以四個體系、兩個機制、一個基地為主要內容，體現(xiàn)“理論教學、工程實踐教學、自主學習”三位一體的機械類人才培養(yǎng)新模式。建立自主學習體系、工程實踐教學體系、綜合課程體系、教學質量保證體系等四個體系，開拓創(chuàng)新激勵、企業(yè)參與引導兩個機制，完善校外實習基地、企業(yè)工程實踐教育中心、實驗室系統(tǒng)建設。綜合課程體系建設包含基礎科學課程、核心工程基礎科學課程以及高級工程基礎科學課程、人文和社會科學等課程的建設。工程實踐教學體系包含工程認知實踐訓練，學科基礎實踐訓練，機械工程綜合實踐訓練等。自主學習體系包含科技競賽、企業(yè)工程實踐及自主創(chuàng)新實驗等。教學質量保證體系包含“計劃、運行、控制、反饋、改進”在內的質量管理閉環(huán)。

三、人才培養(yǎng)方案改革的實施策略

（一）依托行業(yè)背景，改革專業(yè)培養(yǎng)標準

將人才培養(yǎng)與行業(yè)、企業(yè)特色相結合，參照“卓越計劃”的通用標準和行業(yè)專業(yè)標準的要求，參照中國工程教育認證的通用標準和專業(yè)補充標準，結合服務的內涵，制定出符合機械設計制造及其自動化專業(yè)需求的專業(yè)培養(yǎng)標準。將培養(yǎng)標準細化為知識能力大綱，依據(jù)知識能力大綱對課程進行整合，將知識能力培養(yǎng)落實到具體的課程和教學環(huán)節(jié)中，參照CDIO大綱和CDIO標準制定知識能力大綱。根據(jù)專業(yè)知識能力大綱和重構的課程體系或整合的課程，最終建立專業(yè)培養(yǎng)目標實現(xiàn)矩陣。

（二）優(yōu)化課程體系

課程體系改革主要圍繞自主學習體系、工程實踐教學體系、綜合課程體系進行。在自主學習體系中，針對每個學生完成的二級項目具體內容的不同，設置了不同的選修課程。在綜合課程體系中，結合公共基礎課程在人才培養(yǎng)中的作用，按照能力及課程間的相關對應關系，搭建學生的“知識、能力、素質”協(xié)調發(fā)展的一體化人才培養(yǎng)的綜合課程體系。在工程實踐教學體系中，為低年級的學生設立工程實踐導論、工程基礎訓練等課程，初步培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

在CDIO教學過程中，將項目學習貫穿于整個學習階段[3]，在人才培養(yǎng)方案中，可通過采用CDIO模式進行不同層級項目的設計和實施。如：一級項目、二級項目、三級項目的設計與實施，并明確三個級別的項目設計與集中實踐環(huán)節(jié)，相關課程群、專業(yè)核心課程的關系，以使項目貫穿的教學方案有可操作性、構建新的學生學習效果評價方法。根據(jù)CDIO的構思—設計—實現(xiàn)—運作的企業(yè)生產(chǎn)實踐的過程，設計工程教育的教學過程，在不同教學學年循序漸進地設計一級項目、二級項目和三級項目，結合整合過后的課程，完成以項目驅動的探究式工程教育過程。例如：以機械設計制造及其自動化專業(yè)2015級設立的40人的實驗班為例。

一級項目的設計與實施：結合人才培養(yǎng)目標，培養(yǎng)學生的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力。學生在四年中的具體一級項目為：第三學年的一級項目為機器人項目，第四學年的一級項目為畢業(yè)設計。

二級項目的設計與實施：基于專業(yè)核心課程群、專業(yè)基礎核心課程群，結合教學實習，培養(yǎng)學生機械設計及制造專業(yè)知識的應用能力。具體二級項目為：機器人運動系統(tǒng)的設計、機械手的設計、機器人創(chuàng)新的設計。

三級項目設計與實施：本專業(yè)的專業(yè)核心課程有機械制造工藝學、機械加工設備、機床電氣自動控制、機械工程控制基礎。為加強學生對核心課程知識的理解、培養(yǎng)學生的專業(yè)能力，我們進行三級項目的設計，具體三級項目包括：軸類零件的機械加工、機床主軸箱拆裝與設計、自動往返工作臺控制系統(tǒng)、機械工程控制綜合實驗等。在三級項目設計與實施中，可結合不同設計項目的需要，發(fā)揮學生的創(chuàng)造性，進行獨立自主的實驗設計和綜合創(chuàng)新實驗。

各級項目的選取緊緊圍繞人才培養(yǎng)目標，項目本身應該技術含量高、通用性強、貼近企業(yè)生產(chǎn)實踐，并將公共基礎課教學與具體項目進行對接，實現(xiàn)全程工程素質能力培養(yǎng)。畢業(yè)設計是一個綜合檢驗環(huán)節(jié)，要求學生完成一個小型項目或大項目中一個完整的部分，整個項目由學生獨立完成，教師則側重于對學生在項目實施中出現(xiàn)的問題進行有針對性的指導。圖1為CDIO模式下機械設計制造及其自動化專業(yè)的課程體系。

（三）創(chuàng)新教學方法

采取多種教學方法相結合的方式，激發(fā)學生學習的積極性。CDIO是一種深入性的探究式學習，研討式學習，興趣增長式學習，掌握研究方法式的學習。需要學生在學習的過程中有很強的獨立獲取知識的能力，綜合運用知識的能力，以及創(chuàng)新思維能力。只有通過改進傳統(tǒng)教學方法單一的不足，才能最大限度地激發(fā)學生的學習積極性。在教學方法上可引入啟發(fā)式教學、參與式教學、多媒體教學以及現(xiàn)場教學等多種教學方法相結合的方式激發(fā)學生的學習興趣。對于一些理論性不強的課程可以采取微課、慕課與翻轉課堂相結合的方式進行教學。教師可設計出題目，學生自主選題，完成自主設計、分析、實現(xiàn)、總結與匯報等全部環(huán)節(jié)，教師僅啟發(fā)式引導；對于像機械制造技術基礎、特種加工、機械制造裝備這樣的課程可采取現(xiàn)場教學與視頻教學相結合的方式。在教學方法改進上，可充分將現(xiàn)代技術、虛擬仿真技術、網(wǎng)絡遠程互動教學技術相結合，培養(yǎng)學生綜合運用知識的能力。

（四）完善實踐教學模式

加強與企業(yè)的深度融合，在企業(yè)建立校企人才培養(yǎng)的綜合平臺即工程實踐教育中心，負責部分工程實踐的教學內容，以“學徒制”、“頂崗制”、“導師制”的模式加強學生的工程實踐能力及研究設計能力。

加強實踐教學，培養(yǎng)學生的工程應用能力。在實驗教學方面，改變傳統(tǒng)課程實驗環(huán)節(jié)模式，提高綜合性、設計性實驗的比例，所選實驗項目需緊密貼合企業(yè)生產(chǎn)實踐，使學生受到接近實際的工程訓練。引入研究型實驗、虛擬仿真實驗、自主設計型實驗、實際操作實驗、網(wǎng)上演示實驗、機構拆裝實驗、課程綜合實驗等多種實驗模式，并根據(jù)實際課程特點及人才培養(yǎng)方案總體安排，建立階梯遞進式實驗總體框架。增設創(chuàng)新性實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)課堂所學知識和實驗室及金工實訓中心現(xiàn)有設備設計實驗，由學生自主搭建實驗平臺，在實驗中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。充分利用大學生的課程設計、科技競賽等提高學生的學習興趣。

（五）加強師資隊伍建設改革

在CDIO教學過程中，更加注重培養(yǎng)的是學生的綜合能力，包括團隊協(xié)作能力、實踐動手能力、創(chuàng)新能力、溝通表達能力等，這就決定了采用CDIO教學模式后對教師的綜合能力水平的要求更高。為了適應人才培養(yǎng)的新模式，必須對傳統(tǒng)的師資隊伍建設方法進行改革，以建設出一支高素質的能解決工程實際問題的師資隊伍。

1.注重培養(yǎng)“雙師型”教師。目前，高校引入的教師普遍具有高學歷，但又缺少實際的工程項目經(jīng)驗，導致最終的教學效果重理論，輕實踐。CDIO教學模式下，需要的是具備一定工程知識的教師，如此才能更好地指導學生完成實際的工程項目。通過校企合作，校外實習基地建設等，定期輸送校內教師到企業(yè)、工廠等生產(chǎn)一線進行在職培訓，也可通過校企合作讓教師參與到實際的工程項目中，加強教師工程實踐經(jīng)驗的積累。

2.通過啟用導師制，引入高水平教師。在CDIO這種新的教學模式下，啟用導師制，更有利于學校培養(yǎng)創(chuàng)新型的工程技術人才。從省內重點高校引入高學歷和高水平的教師作為學生的兼職導師，或從企業(yè)引入有實際工程經(jīng)驗的符合條件的工程師作為學生的校外導師，讓他們定期為學生進行工程知識及專業(yè)知識的指導，包括科研課題研究、課外科技競賽指導、創(chuàng)新能力培養(yǎng)、科技前沿信息引導、工程實際項目實施經(jīng)驗、職業(yè)生涯規(guī)劃等。

筆者結合機械設計制造及其自動化專業(yè)培養(yǎng)要求，探索了基于CDIO教學理念的人才培養(yǎng)新模式，重點分析了CDIO教學理念在教學體系改革、教學方法改革、實踐教學模式改革、師資隊伍建設改革中的具體應用，這對高校相關專業(yè)的人才培養(yǎng)模式有一定的借鑒作用。

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