機械工程專業CDIO教學模式探索與實踐

賀春山，張代治

(長春大學 機械與車輛工程學院，長春 130022)

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO以產品研發到運行的完整生命周期為載體，從產品設計的最初沖動開始，在教學中以項目為紐帶，學習和實踐產品的設計、制造和運行，倡導“學中做、做中學”的教學模式。

機電產品的設計與研發過程與CDIO的全周期過程教育模式相一致，故機械工程專業人才培養適合采用CDIO工程教育模式。近年來，國內很多大學開展了CDIO工程教育模式的研究與應用。王軍等人[1]以機械工程及其自動化專業為例構建了以工程能力為導向的CDIO項目式教學體系；王殿軍等人[2]把CDIO人才培養模式引入到機械電子工程專業綜合實訓中，獲得了非常好的教學效果；燕山大學的史艷國等人[3]將三級項目與課堂教學相融合，為工程技術人才培養提供案例；王雪飛等人[4]運用CDIO工程教育理念構建了完善的機械設計教學體系，成果可喜。魏鴻磊等人[5]也在機電工程專業的CDIO模式下的實踐教學體系等方面進行了有益且成功的探索。國外的CDIO工程化教育實踐，效果更是明顯，引領著國內工程教育的方向。國內外的實踐表明，CDIO的教育理念和教學方法適合應用型本科高校的機械類相關專業的教學與實踐。其教育模式注重實踐、緊密與產業與技術相結合，適應當前學生特點，能夠培養出適合產業需求的，具有較強實踐能力、工程素質和專業技能的應用型技術人才。本文基于CDIO工程教育模式，以機械類智能制造工程為專業方向，課程與實踐并行驅動的人才培養體系的構建與實施。

1 存在問題分析

改革開放以來，國內的機械類各專業的人才培養體系和培養標準逐漸建立并趨于完善，很多先進院校借鑒國際先進的教育理念，形成了自己的特色。但大多數應用型本科院校培養的畢業生，仍然具有“知識型學生”的特點，缺少專業實踐能力，不具有創新性。這種情況造成了大批機械類畢業生就業前，還需要企業“再培訓”，畢業生的入門薪資也普遍較低。造成這樣的現象，高校人才培養模式跟不上時代和技術發展，是其中一個重要因素。重理論教學、輕實踐能力；重知識點講解，輕知識體系應用等傳統教育觀念、教育模式依然在很多高校中根深蒂固。主要表現在以下幾個方面：①課程設置過去注重學科體系，忽略產業應用需求；課程內容部分陳舊，某些技術已被產業淘汰，不宜給學生講授。②課程內容過去強調知識點的講解，單一課程的傳授，忽略機電產品的設計、研發、制造、運行的全過程培養，造成學生的知識體系、技能體系、能力體系碎片化，不能轉變為職業發展和提升的驅動力。③實驗、實訓等實踐環節所設置的內容陳舊，與現代技術與產業發展需求脫節；較多的演示性、驗證性實驗，與課程內容相關性差，并缺乏對學生設計實驗能力、創新能力的培養；課程設計內容彼此獨立，不能綜合多門課程、多個工程實踐環節，各實訓實踐環節缺乏連貫性，學生很難通過學校的教學，形成完整的、系統的工程素質和工程能力。(4)課程內容和課程實驗實訓缺少與當前和未來工程背景相適應的內容，也缺少與產業結合的工程過程訓練；課程與實訓中缺少對學生溝通能力、職業素質的培養和訓練，或者各個訓練環節中缺少使之有機聯系的紐帶，形不成完整的體系。總之，按照傳統的教育教學模式，培養的應用型機械類人才，與國家和社會經濟發展、與現代制造業的產業需求之間，存在較大的差距。

2 機械類專業CDIO工程教育模式的構建

從機械類工程技術人才的產業需求出發，按照CDIO工程教育理念，按照構思、設計、實現、運行，這一機電產品全生命周期的系統化要求，構建以主動學習、項目和競賽驅動、注重實踐能力培養的，以“課程-實訓-競賽”為特征的、融入工程教育理念的應用型人才培養體系。

如圖1所示，基于應用型人才培養定位，適應產業需求，按照CDIO工程教育理念，全面解構機械類各專業的“課程+實踐”教學體系，優化“課程+實踐”教學內容，改進“課程+實踐”教學模式和方法，完善“課程+實踐”教學評價方式，形成“課程+實踐”或者實訓項目并行驅動為導向的CDIO工程教育模式的教學體系。教學模式的主要內容包括以下幾個方面：

(1)CDIO項目設置和課程及實訓環節緊密結合，分為四級，基本上與學生的學年相對應，也能與學生所能參與的學科競賽對應。一年級項目主要面對低年級學生，以產品表達為主，課程為《工程圖學》和《CAD基礎》，實訓為三維建模、零部件測繪。學科競賽為大學生數字化設計、先進成圖技術與產品信息建模、3D打印等競賽。二年級項目基于專業基礎課程，課程為《機械原理》《材料成形》《精度設計》等，實訓為工程基礎訓練和機構運動仿真，競賽為慧魚創新設計、工程訓練綜合能力等競賽。能力和素質培養以專業基礎和初步機械工程設計、工程素養培養為主。三年級項目基于不同的專業方向和不同的專業課程群，實訓為機械制造技術、機械裝備設計和機械工程自動化，競賽為全國大學生機械創新設計大賽、“挑戰杯”大學生課外科技學術作品大賽等，以專業知識綜合運用和創新能力培養為主要目標。四年級項目為機電產品CDIO實踐、智能制造系統綜合設計、畢業設計。其中一類是結合特長項目專題培訓開展的創新設計項目，一類為畢業設計項目，強調對接產業需求，綜合運用所學專業知識、工程工具和團隊能力解決復雜工程問題，并能夠評估產品的性能，考慮社會、環境、健康、安全、法律、文化等非技術因素。

(2)采用頂層設計，以項目驅動為主線，以“知識+能力+素養”為目標，規劃人才培養方案的各個環節，構建以“課程+實踐”為雙核，平行驅動的人才培養體系。也就是培養體系不再以課程體系為主，還包括實踐體系，在CDIO工程教育模式要求下，實踐體系更為重要。從產業需求出發，把培養目標的各個子目標，落實到各具體的課程和實踐教學環節中去。將課程內容、課程實驗、課程設計、專業綜合實訓、生產實習、學科競賽等所有教學環節都對應到CDIO項目實踐中，在多個“學中做”“做中學”實踐周期中，培養學生工程能力。建立對學生工程能力、溝通能力、職業素質的考核機制和體系，并參照學科競賽成績，就可以科學、客觀地評價人才培養的教學效果，并通過持續改進，提高學校辦學質量、辦學層次。

(3)基于CDIO工程教育理念，在“課程+實踐”雙主導，更注重“實踐”的要求下。徹底轉變“教師主導、課堂灌輸”的傳統教學模式為“以學生的學習為中心”的CDIO教學模式。將“教師、教材、考試”為主要特征的教學方式，轉變為以“學生、實踐項目、學習效果”為特征的新型教學模式。將機電產品的構思、設計、制造、運行貫穿于教學過程的各個環節，并通過所設置的、具體的工程項目、學科競賽幫助學生將所學知識系統化、應用于解決復雜工程問題。在人才培養過程中，不僅強調知識與技能，更加強調過程與方法，還強調情感態度和價值觀。在培養過程中注重搭建學習環境，建設師生共管的實驗實訓環境，為學生提供必要的CDIO實踐所需的工具、材料和工作場所。在實踐教學中，強調過程培養，強調學習方法培養，推廣自主學習、合作學習、小組學習等。

(4)基于 “項目驅動”的人才培養模式，改革課程、實驗、實訓、實習和畢業設計等環節的人才培養質量和效果評價體系，重構評價要素，在評價中更加強調學生的能力和素質因素。基于CDIO工程教育模式的人才培養，除去知識要求，還應將工程實踐能力、項目能力、創新能力以及項目和競賽成果納入到評價體系。同時將學生在項目實踐過程中的自我評價、團隊成員評價、指導教師評價等有機結合，重視實踐過程中的過程考核，關注實踐過程中的學生個人體驗、團隊合作溝通、矛盾沖突以及問題的解決過程。在教學實踐中培養和發展學生的領導能力、技術協作能力，人際溝通能力，在團隊運行中培養團隊精神。從專業知識與能力、過程與方法、價值觀以及素質等多層次、多方位評價教學目標的完成情況，并通過持續改進，提升CDIO工程教育模式的教學實施效果。

3 人才培養的成效

近年來，學院推廣以CDIO工程教學模式為特征的教學體系改革，人才培養質量逐步提升，人才培養效果提高明顯。在生源質量基本不變情況下，學生的工程實踐能力、創新能力明顯增強。近三年，學院學生參加各類學科競賽、科技創新競賽獲得省級以上獎勵逾百項，近兩年獲得國家級獎勵超過30項。各專業畢業生就業率超過96%，專業對口率超過80%，很好地服務于國家和地方經濟社會發展。