基于CDIO的機械工程應用型創新人才培養的研究與實踐＊

吳吉平，湯迎紅，邱顯焱

（湖南工業大學機械工程學院，湖南 株洲412007）

1 引言

中國是制造大國，卻不是制造強國，制造業整體水平不高、缺乏核心競爭力的問題日益突出。而機械工程專業是制造業的重要應用基礎學科之一。因此，培養具有較強實踐能力和創新意識的機械工程應用型創新人才，成為解決上述問題的關鍵性因素。

CDIO是工程教育模式是當今國際工程教育改革的一項重要研究成果。所謂CDIO，即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。它以產品研發到產品的運行、維護和廢棄的全生命周期為載體，建立一體化的相互支撐和有機聯系的課程體系，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程[1]。近年來的實踐證明，該教育模式在學生的工程實踐能力和創新思維的培養方面具有獨特的優勢。我校機械工程學院2018年開始了工程教育認證的試點工作，將CDIO工程教育理念應用在人才培養過程中，以滿足社會和企業對高素質機械工程應用型人才的需求。

2 基于CDIO的人才培養模式構建

CDIO教育模式主要是為學生創造現實的工作模式，讓學生在實踐中學習相關的理論知識。此模式有效避開傳統工程類專業教育中存在的弊端，強調將學生從工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面進行綜合培養，學生在實踐中學習，在學習中實踐，并通過綜合的教育培養方式使學生達到預定目標，這樣不僅可以鞏固學生的理論知識，還可以提高學生的實踐能力，進而提高學生學習的自主性，為將來的職業規劃打好基礎[2]。

2.1 基于CDIO工程教育理念，明確培養目標

我校從1979年開始設計機械類專業，逐步形成了以包裝機械、工程機械為特色，滿足地方經濟建設和特殊行業發展的需求。畢業生就業主要面向以包裝為核心的輕工機械領域，三一重工、中聯重科、山河智能等工程機械制造企業，建筑交通施工企業等。在企業中主要從事設備維護維修、運行管理，產品的設計制造、研發及經營銷售等方面的工作。針對社會和企業對畢業生的需求，引入CDIO工程教育理念，構建以工程項目為載體的教學模式，確定我校機械工程專業的培養目標是服務于國家及地方經濟建設和行業發展的具有較強機械專業基礎知識、較強實踐動手能力和創新思維的應用型高級專門人才。

2.2 基于CDIO工程教育理念，構建以工程項目為主線的課程體系

基于CDIO工程教育理念，優化課程體系和教學內容，注重實踐創新能力的培養，將畢業生應具備的能力與教學內容及過程聯系起來。

以工程素質、人文素質和創新素質培養為出發點，將課程教學分為理論教學和實踐教學兩大模塊。理論教學模塊由通識教育課程、大類專業課程、專業核心課程（課組）、專業選修課程、技術講座與論壇等組成。設立了兩個專業方向：包裝機械和工程機械方向。通過課程設置和課程教學大綱的編制，調整教學內容。如增加電子信息和控制類的課程，增加了“單片機”“PLC”“機器人技術”等課程，加強機電控制方面的技術教育和能力培養，以滿足企業對機電一體化技術人才的需求；在工程機械專業方向，根據企業的要求，在加強液壓與氣動學習的前提下，增加了液力傳動的教學內容。

CDIO工程教育理念重在實踐，所以我校機械工程專業重點對實踐環節進行了改革，增大了實踐教學的比例，從原來占總課時的25%增加到37%。實踐教學體系分為實驗、實習、實訓、設計、課外實踐五個模塊，針對包裝機械和工程機械兩個專業方向，建立分層次、多模塊、相互銜接的實驗實踐教學體系，推進“多基地、小批量、重實效”的實習與基地建設。在實驗模塊，主干專業課程均設置了實驗環節，既有驗證性實驗，也有創新性實驗，針對兩個專業向，分學期都設立了2門獨立于課程之外的專業綜合實驗課程。在實習模塊，安排了專業認識實習、金工實習、生產實習和畢業實習。如生產實習中，加強實習基地的建設，使學生在千山制藥、江麓機械、中聯重科、三一重工等企業中得到實踐技能的訓練。實訓模塊中，安排了Proe工程制圖、工程機械操作、機床拆裝、數控機床編程加工等工程項目的實踐實訓。在“設計模塊”“工程圖學”“機械原理”“機械設計”“機械制造工藝學”“液壓與氣動”“機電控制技術”等專業基礎課程教學中均安排了項目課程設計，包裝機械方向安排的包裝工藝及設備課程設計等；畢業設計指導與企業導師合作，實行雙導師制，選題來源于企業，同時緊密結合本專業工程實際問題，使學生能夠在解決生產實際問題的過程中學會應用所學知識；在課外實踐模塊，設立了素質提升班、雙創班等課外學習機構，積極鼓勵學生參加各類由學校、省、國家各部門組織的各類競賽活動，提升工程實踐創新能力。

2.3 基于CDIO工程教育理念，改革教育教學方法

基于CDIO工程教育模式對傳統的教學也提出了挑戰。傳統的教學模式主要以教師為主，學生是被動學習。在CDIO教育理念中，學校的教學活動該以學生為主，強調學生主動學習。主動學習方法讓學生致力于對問題的思考和解決。該方法不將重點放在被動的信息傳遞上，而是放在讓學生更多地從事操作、運用、分析和判斷概念上。在一些以講授為主的課程里，主動學習可包括如合作和小組討論、講解、辯論、概念提問以及從學生那里得到他們對學習的反饋[3]。通過這種教學方法，可以培養學生獨立思考、團隊協作和解決實際問題的能力。

通過綜合提煉課程內容，精簡理論授課學時；增加工程項目訓練，設置單獨的從業技能訓練，提高實踐教學比例；完成了基于CDIO工程教育理念的專業人才培養方案、課程和實踐教學大綱設計，堅持以工程項目為導向，強化了工程素質教育和創新教育在教學內容中的比例，如學生參與各種校內外科技競賽活動可以獲得學分，突出了學生實踐創新能力的培養。

2.4 有效實施CDIO工程教育模式的保障措施

為了達成這一目標，首先要加強師資隊伍建設，建設符合CDIO教學要求的隊伍。教師是學生實踐動手能力和創新精神的培養者和參與者，教師工程實踐背景的缺乏已經成為制約工程教育實踐性發展的重要因素之一。學院為了提高教師的工程實踐能力，采用了以下方法：①青年教師導師制，為年輕教師配備了具有豐富教學經驗的老教師為導師；②校企聯合培養，與企業進行產學研合作，提高年青教師的工程素質；③完善以政策與制度為導向的青年教師工程教育素質培養機制，一方面通過各種培訓提高年輕教師的教學水平，另一方面對參與指導學生競賽活動的教師在職稱評審和教改課題申請方面予以支持。

其次，為CDIO工程教育提供強有力的硬件支撐。近年來，學院投入500余萬元，對建成的實訓中心、專業實驗室、校內實踐教學基地等教學基礎設施進行改造，增加和更新了設備臺套數，新建了機器人實驗室，構建了良好的校內工程培訓平臺。新簽訂了北京汽車集團株洲基地等四個校外實習基地，搭建多元化的校外工程培訓平臺。

最后，為了有效實施CDIO工程教育模式，學校和學院還制定了一系列相關政策和文件。如學校出臺了《湖南工業大學素質提升教育實施方案》《湖南工業大學大學生創新創業學分認定管理辦法》等相關文件，機械工程學院為落實學校素質提升和創新創業教育也出臺了若干配套措施，在資金、場地、設備上予以支持。在各年級學生中成立了素質提升班、創新工匠實驗班等課外創新實踐團隊，在具有豐富工程實踐能力的校內外導師指導下，參與各種科研、競賽活動，使學生了解科研，拓寬視野，提高實踐能力，營造了良好的工程實訓環境。

3 結語

湖南工業大學機械工程學院將CDIO工程教育理念引入人才培養模式，從制訂明確的培養目標、建立完備的課程體系、引進先進的教學方法等幾方面入手，取得了很好的成效，機械工程專業近幾年一次就業率達到90%以上，大部分學生能很快能被企業所接受，成為企業骨干；學生在各類國家級、省級大學生科研競賽和創新活動中獲獎；學生在科研期刊發表論文和獲得專利的人次越來越多。教師的工程實踐和創新意識也不斷提高，能夠主動將創新實踐改革融入教學工作，積極參與教學改革，改進教學效果。當然，由于我校機械工程專業實施CDIO工程教育模式時間不長，還有許多問題，在以后的教學改革中進一步改善提高。