基于CDIO的專業型碩士研究生工程創新能力培養模式

汪志成，趙杰，張斌

（東華理工大學，江西南昌 330013）

CDIO 是“做中學”和“基于項目的教育和學習”的集中概括和抽象表達，基于CDIO 的教學改革主要從課程重新設計、教學方法改進、學習環境構建和持續評估等方面展開[1]。CDIO 作為國際先進工程教育理念和模式，2005年被我國高校引入[2]，我國學者分別從工程教育環境定義（2008）[3]、工程文化教育（2008）[4]、CDIO 能力評價專家系統的設計（2011）[5]等方面開展研究，探討了OBE-CDIO 工程教育模式的構建（2019）[6]，還探討了包括學生職業發展的軟能力（Career）和學生職業技能的硬能力（CDIO）的CCDIO模式（2019）[7]及基于CDIO 的“BIM 創新實踐工作坊”模式（2019）[8]。本研究借鑒CDIO 理論和實踐研究成果，結合專業型碩士研究生培養模式的實際情況，開展工程創新能力培養體系構建方法的探索。

1 專業型碩士研究生工程創新能力培養問題探析

專業型碩士研究生階段的學習一般為2-3年，需要在專業課程學習階段，培養學生具備較強的獨立工程思維能力。研究生培養過程普遍實行導師制，研究生一般都會參與導師承擔的課題項目，專業型研究生還需要半年以上的企業實踐經驗，這些都使得研究生的科研能力和科研素養得到很大的提升。但問題在于，研究生的學習時間較短，學制為3年，系統性的學習階段時間較短。大部分課題項目的周期都在3年以上，且導師承擔的課題往往已經歷了長時間的研究工作，較為復雜，研究生需要較好的前期知識儲備才能正式開展工作。同時基本不會涉及團隊管理、市場財務、知識產權管理、公司運作管理等方面的知識，CDIO 理念在解決這一問題上具有很好的優勢。本研究結合CDIO 理念，將一系列側重于某方面技能的課程進行系統化設計，有梯次、有層次地培養學生的綜合性工程思維能力。通過專業訓練環節的階段化編排，結合課程教學、創新創業訓練、各類競賽和學科創新項目的設計，通過以小組為單位、進階式的學習，使學生在進階過程中切實感受到自身能力的提高，同時開闊學生的視野，促進學生形成創造性思維，提高自主學習能力。

2 基于CDIO模式的工程創新能力培養體系構建與實踐

結合專業型研究生創新創業能力培養實際需求，借鑒CDIO 教育模式，以機電類專業學位研究生為實施對象，結合課程教學、創新創業教育教學活動及各類競賽，借助聯合實驗室、研究生創新基地、學科平臺等構建工程教育環境，完成項目構思、設計、實施、運作等階段的培養。

2.1 項目構思階段

碩士研究生入學前的專業背景、本科階段的培養體系、先修課程等通常有較大差異，因此，對所需專業技能掌握程度不一樣。在研究生一年級上學期教學環節對學生進行技能測試、分組、項目構思、方案初步論證等方面的考核與訓練，以構建優勢互補、相互協作的良好團隊。

（1）技能測試：主要通過課程調查、電路識別與電路圖繪制現場測驗，掌握學生對電子設計類工具軟件的掌握程度，以及在電路設計方面的項目經驗。

（2）項目分組：根據技能測試，由具有一定基礎的學生組成項目組，其他學生組成基礎組，每組6-8 人。對基礎組學生進行電路設計、仿真、PCB 設計與電路調試等訓練，使其逐步進階至項目組學習。

（3）項目構思：項目組學生在上一年級已實施項目的基礎上提出改進設想，或通過調研討論提出新的項目需求，并完成市場評估與初步方案設計。

（4）方案初步論證：項目組學生針對所設計方案完成公開學術報告，不同組別間學生相互提問，對方案的可行性進行論證，以幫助完善方案。

2.2 項目設計階段

項目設計階段主要培養學生從工程實際出發完成項目設計的能力。

（1）結合學院擁有江西省新能源工藝及裝備工程技術研究中心、省級研究生聯合培養示范基地、與企業共建的聯合實驗室等平臺，學生可通過參與企業產品開發、項目課題研究的形式對產品設計和項目方案制訂有更清晰的認識。這一階段的學習主要通過學術交流會的形式進行，原則上每周舉行一次。教師、高年級學生、低年級學生共同參與，采用開放討論的方式，對項目的實施提出建議，對工作方案的可行性進行論證。

（2）通過學生自主申報項目和參加學科競賽的方式，完成項目實際設計階段。由學生結合在第一階段過程中參與的實際項目或在企業參觀交流過程中形成的實際工程創意提出項目計劃。參與項目設計訓練的學生首先與高年級學生充分溝通，形成項目設計的初步方案。教師在此過程中主要承擔組織者的角色，對各個環節及進展進行監督指導，及時發現過程中存在的問題，針對學生薄弱環節進行專門的講解和組織研討。

2.3 項目實施階段

項目實施過程以學生為主體，根據在實施過程中承擔的任務，將參與群體分為教師指導組（包括建立的聯合培養基地企業人員）、項目組、高年級組三個類別。

（1）任務分配。教師在教學過程中主要承擔組織任務，負責學生的技能訓練、實施過程中的方案調整規劃及實施過程中的技術指導與節點考核；高年級組由上一年級已完成項目實施的學生組成，以講座形式對項目組學生傳授項目研發思路，與教師共同引導項目組學生完成方案，并在實施過程中對方案進行調整，分組完成項目實施。

（2）團隊協作。團隊協作主要體現在三個方面，首先項目組學生在項目實施過程中相互學習，增進了解與交流；其次通過高年級學生講解已實施項目情況，讓項目組學生對團隊協作的組織形式有更直觀和深入的理解；最后通過項目組學生共同調研并組織項目實施，完成團隊內部分工協作以及團隊間的交流與協作。

（3）品質管理意識。學生在實施階段，由于缺少工程經驗，往往在材料的采購、系統的加工制作、產品外形的工藝設計評判、系統的測試、技術指標的完成度評判等方面存在隨意性強、缺乏品質管理的意識。企業導師可根據自身的行業經驗，對學生進行指導，以提高項目的完成度和完成質量。

2.4 項目運作階段

在完成上述階段的學習后，根據項目實施情況，引導學生通過參加創業競賽、參與聯合實驗室企業運營、自主創辦企業等方式，使學生完成項目實際運作過程中的經營管理、市場管理、財務管理、知識產權管理等方面的學習。通過參加創青春全國大學生創業大賽、“互聯網+”大學生創新創業大賽等各類創業競賽，部分團隊進入學校創業孵化園和科技園完成公司注冊，進行實體運營。

（1）技術成果的獲取與應用。對于項目實施過程中所獲得的技術創新，申報軟件著作權、專利等工程技術成果，對技術進行保護。通過對市場同類產品的分析，對市場需求的準確把握，對項目產品進行反復測試，根據反饋進行優化。通過這一學習過程，讓學生具備知識產權的概念，形成原創性技術開發意識。

（2）技術成果的優化升級。部分產品在試運行階段，由于使用環境的復雜性，存在產品功能不完善、產品性能不穩定等問題，在持續改進過程中，使用者會提出各種針對應用的需求。學生需逐步了解技術產品的全周期，包括設計、實施到售后技術支持和技術升級改造的全過程。

3 基于CDIO 的工程創新能力培養模式實踐效果分析

通過CDIO 模式的教學過程，學生的工程技術能力得到了極大提升，項目實施過程中構建的各培養環節，學生的參與度較高，受益面廣，通過不同環節的學習，取得了較好的成果：

在項目實施階段，分別對“電路與系統”“電子與通信工程”專業學生進行了技能測試，在第一階段，由學生獨立提出項目構思；第二階段，結合提出的項目構思，通過對電路仿真、電路設計和PCB 制作方式的講解，引導學生自主完成項目初級階段的驗證，形成初步的技術報告，為后續項目設計和團隊組建做好準備。

（1）通過項目的構思、設計階段的培養，參與項目實施的60 余名研究生，以團隊形式自主申報并完成了15項創新類項目，其中包括研究生創新基金項目、大學生創新創業訓練項目；通過項目實施過程，學生團隊參加了多項學科競賽及教師在研課題，獲得省部級以上競賽獎項20 余項，獲批專利和軟件著作權等60 余項。

（2）通過項目運作階段的培養，學生團隊參加了多項創新創業競賽，獲得省級以上獎項20 余項，創辦企業4 個。參賽項目包括“創青春”全國大學生創業大賽、中國軍民兩用技術創新應用大賽、研究生創新創業大賽、“海峽杯”創新創業大賽、“互聯網+”大賽等，獲得國家級獎項5 項、省級獎項20 余項。

4 結語

基于CDIO 模式的碩士研究生教學改革方法發揮了積極作用，將CDIO 模式與研究生教育相結合，綜合利用學科平臺、校企合作及創新創業訓練，構建項目構思、設計、實施和運作的立體培養體系，促進學生形成系統化工程思維體系，有助于學生團隊協作和管理意識的形成，增加對項目運作中市場、財務及管理方面的認識，明確職業定位。