“工匠精神+CDIO”視域下電氣信息專業(yè)實驗教學研究與實踐

梁麗華，邵蘭云，侯振華，鄭學漢

（山東建筑大學 信息與電氣工程學院，山東 濟南 250101）

工匠精神是中華民族寶貴的精神財富，培養(yǎng)學生工匠精神是電氣信息類專業(yè)學生培養(yǎng)的重要目標。隨著“新基建”等一系列大國方略的提出，以及“新工科”“新農科”等高等教育改革的實施，工匠精神的新時代內涵更加豐富和深刻。習近平總書記高度重視弘揚工匠精神，提出了工匠精神“執(zhí)著專注、精益求精、一絲不茍、追求卓越”的深刻內涵。新工科的提出與發(fā)展，使工程教育進入一個全新的階段，CDIO 工程教育理念逐漸成為高等工程教育的重要行動指南，推動了新工科的不斷發(fā)展。實驗教學是專業(yè)培養(yǎng)方案中實踐教學的重要組成部分，將工匠精神與CDIO 工程教育理念融合，在電氣信息類專業(yè)實驗教學中探索構建“工匠精神+CDIO”教育模式，是促進高校實踐教學水平提升，培養(yǎng)工科應用型高素質創(chuàng)新人才的重要途徑。

一、培養(yǎng)大學生工匠精神是電氣信息類專業(yè)實驗教學的重要目標

（一）培養(yǎng)大學生工匠精神是電氣信息類專業(yè)實驗教學課程思政的必然要求

要牢固樹立立德樹人是根本任務的理念，將立德樹人貫穿于教育的全過程，實施于教學的每一個環(huán)節(jié)。一是工匠精神是中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的結晶，是中華民族對待技術、技藝、技能的鮮明態(tài)度。在漫漫的歷史長河中，工匠精神留給我們的不僅有雄偉的宮殿、巧奪天工的玉雕這些瑰寶，更留給我們追求卓越、勇攀高峰的精神財富。培養(yǎng)具有工匠精神的大學生，是地方工科院校弘揚傳統(tǒng)文化的重要途徑。二是工匠精神具有鮮明的時代特征。工匠精神所詮釋的卓越理念在新時代更加靚麗與鮮活，港珠澳大橋、北斗系統(tǒng)、神州系列等，這些大國工程所凝結的工匠精神，激勵著廣大青年學生奮勇前行。在傳統(tǒng)與現代之間、在傳承與弘揚之間，以工匠精神武裝當代大學生是高等工程教育發(fā)展的必然要求。三是工匠精神是實驗教學課程思政的重要載體。要挖掘工匠精神的課程思政元素，通過模范人物、典型事跡等，將工匠精神融入課程思政，實現教學與育人的統(tǒng)一。

（二）培養(yǎng)大學生工匠精神是電氣信息類專業(yè)實驗教學提升教學水平的必由之路

作為實踐性教學環(huán)節(jié)，實驗教學水平的高低對理論教學具有很大影響，如何貫通課堂教學與實驗教學，使兩者相互促進共同提升，是實驗教師的重要職責。一是要培養(yǎng)電氣信息類專業(yè)學生執(zhí)著專注的學習態(tài)度。電氣信息類專業(yè)實驗教學在形式上包含驗證性實驗、探索性實驗、開放性實驗等，在教學中要激發(fā)學生的樂學興趣，使學習成為一種持續(xù)的行動，使學生專注于專業(yè)、執(zhí)著于實踐。二是要培養(yǎng)電氣信息類專業(yè)學生精益求精的求學作風。將精益求精作為一種思維方式，形成一種良好的習慣，必將影響學生的一生。三是要培養(yǎng)電氣信息類專業(yè)學生一絲不茍的治學方法。“魚”與“漁”的選擇用在實驗教學上更具有現實意義，有了方法找對了方向才能到達成功的彼岸。四是要培養(yǎng)電氣信息類專業(yè)學生追求卓越的向學理想。在實驗中探索電氣信息專業(yè)無窮的魅力，豐富每一名學生的想象力，激發(fā)每一名學生的探索精神。工匠精神的豐富內涵為提升電氣信息類專業(yè)實驗教學課程思政水平明確了要求，指明了方向。

二、CDIO 工程教育理念是電氣信息類專業(yè)實驗教學的重要指南

（一）CDIO 工程教育理念使電氣信息類專業(yè)實驗教學更具系統(tǒng)性

以電氣工程及其自動化專業(yè)為例，按照CDIO 理念設計工程知識、問題分析、設計開發(fā)解決方案等十二個方面的畢業(yè)要求，每項畢業(yè)要求由相應的課程進行支撐，從而形成相應的實驗教學體系。其基礎課程實驗課安排見表1。

表1 電氣工程及其自動化專業(yè)基礎課程實驗

以課程來支撐畢業(yè)要求，有效提升了實驗課程教學的系統(tǒng)性。一是體現在專業(yè)知識的架構逐級上升，從大學物理實驗到電路基礎實驗，從供配電實驗到專業(yè)綜合實驗，培養(yǎng)的要求越來越高。二是從知識的運用上逐漸綜合，實用性越來越強，形成了系統(tǒng)化的實驗教學體系。

（二）CDIO 工程教育理念使電氣信息類專業(yè)實驗教學更具科學性

合理的教學安排對教育效果有著重要意義，在電氣信息類專業(yè)的實驗課程中，CDIO 理念提供的科學性指引表現在以下幾個方面，一是實驗教學的內容更加合理，通過對具體實驗的設計，與課堂教學形成整體，并有力地推進課堂教學效果，實現學生專業(yè)素質的提升。二是體現在實驗教學的安排更加科學，所有實驗教學環(huán)節(jié)都有明確的目標，使教學活動有的放矢，也使學生的學習目的更加明確，增強了學生學習的主動性。三是體現在實驗教學的實施更加科學，電氣信息類專業(yè)的實驗課程具有典型的CDIO 實踐性，構思和設計、實現和運作，四個環(huán)節(jié)與階段的實施，拉長了實驗教學的過程，豐富了實驗教學的內容，確保了實驗教學的效果。

（三）CDIO 工程教育理念使電氣信息類專業(yè)實驗教學更具先進性

電氣信息類專業(yè)實驗教學長期的積累形成了較為固定的內容和模式，對專業(yè)技術人才的培養(yǎng)起到了很好的作用。但在新工科、新基建背景下，電氣信息技術的發(fā)展日新月異，這就要求教育理念也應該與時俱進。在CDIO 理念下，實驗教學實現了以環(huán)境構建促進教學效果的實施。環(huán)境構建的過程也就是學生教育模式的探索過程，外部機制建設使實驗教學規(guī)范性得到保障。二是CDIO 理念下實驗教學更關注學生個體的主動性與持續(xù)性，更能激發(fā)學生主動學習的潛質。通過構思到運作的長期訓練，使學生養(yǎng)成良好的學習習慣。三是CDIO 理念注重生態(tài)的系統(tǒng)性，注重各驅動要素的挖掘與利用，使實驗教學形成閉環(huán)的、穩(wěn)定的運行機制。

三、構建“工匠精神+CDIO”模式是提升電氣信息類專業(yè)實驗教學質量的有效途徑

（一）聚焦電氣信息類專業(yè)實驗教學的三個教學問題

從影響工科大學生創(chuàng)造力和人文精神培養(yǎng)的生態(tài)環(huán)境進行研究，利用工匠精神和CDIO 教育理念相結合，圍繞怎樣培養(yǎng)學生成為人文素質、科技智慧全面發(fā)展的工科應用型高素質創(chuàng)新人才，聚焦電氣信息類專業(yè)實驗教學的三個教學問題。

（1）如何為學生打造堅實的創(chuàng)新基礎？實驗教學要面向工程領域人才需求，主動應用先進的工程教育理念，解決傳統(tǒng)實驗教學模式造成的課程之間、理論教學與實踐教學之間缺乏聯系與聯動、課程孤島現象明顯、知識體系不完整、實踐能力不足、團隊協作精神缺乏等一系列問題，通過創(chuàng)新實驗教學的教育模式，培養(yǎng)學生形成堅實的理論知識體系，具備卓越的實踐能力，打好高素質創(chuàng)新基礎。

（2）如何激發(fā)學生的樂學潛質？樂學潛質以學生內在的原動力為目標，解決了學生學習的主動性問題。針對學生學習主動性不強、注重邏輯思維、缺乏創(chuàng)新思維能力和人文關懷等問題，通過工匠精神與CDIO 理念的耦合，將形象思維、邏輯思維等結合，文化感性和學術智性聯合，將中國傳統(tǒng)文化下的“道的思維”和現代精細化的“術的方法”融合，通過以人為本、目標為導向尋找顛覆性創(chuàng)新方案的方法模式，激發(fā)學生內在的樂學潛質。

（3）如何保持工科應用型人才持續(xù)創(chuàng)造力？針對工科人才持續(xù)創(chuàng)造力不足問題，以系統(tǒng)論、生態(tài)論為指引，從創(chuàng)新基礎、人文環(huán)境、科技環(huán)境角度著手，打造全范圍、全過程、全員、全方位育人生態(tài)系統(tǒng)，構建以創(chuàng)新型工程人才與環(huán)境相互影響共同發(fā)展的生態(tài)圈機制，使整個系統(tǒng)不斷持續(xù)改進平衡發(fā)展，滿足高素質創(chuàng)新人才培養(yǎng)的生態(tài)要求，保持工程人才持續(xù)的創(chuàng)造力。

“工匠精神+CDIO”教育模式聚焦電氣信息類專業(yè)實驗教學的三個問題，很好地解決了學生培養(yǎng)的創(chuàng)新力、原動力、持續(xù)力的問題，并在教學工程中形成系統(tǒng)化的體系，對提升實驗教學質量起到良好的促進作用。

（二）構建“工匠精神+CDIO”工科應用型高素質創(chuàng)新人才教育生態(tài)系統(tǒng)。

應用型本科高校是高校分類管理中的重要類別，在高等教育中占有重要的地位，各省出臺了應用型本科高校建設指導標準，提出應用型高校要重點在產教融合、學生發(fā)展等方面深入發(fā)展，工科應用型高素質創(chuàng)新人才培養(yǎng)方法改革勢在必行。在電氣信息類專業(yè)實驗教學中以學生為中心，以扎實的理論知識體系、卓越的工程實踐能力為基礎，通過構建激發(fā)學生樂學潛質工匠精神模型的人文環(huán)境，構筑激發(fā)學生持續(xù)的創(chuàng)造力CDIO 模型的科技環(huán)境，打造“四位一體”的應用型高素質創(chuàng)新人才教育生態(tài)系統(tǒng)機制與培養(yǎng)模式。應用型高素質創(chuàng)新人才教育生態(tài)系統(tǒng)模型如圖1 所示。

圖1 應用型高素質創(chuàng)新人才教育生態(tài)系統(tǒng)

在系統(tǒng)中，由校、企、政、研構筑全方位立體交叉的學習場景，加上教育專家、教授、學生共同營造的多元學習場景，打造教育創(chuàng)新成果。生態(tài)系統(tǒng)涵蓋了總結、實踐、持續(xù)改進等閉環(huán)機制，調動了實驗示范中心、協同創(chuàng)新中心等教學科研平臺。應用型高素質創(chuàng)新人才教育生態(tài)系統(tǒng)以外部環(huán)境營造和學生個體潛質開發(fā)并用的方式，開展教學應用和實踐，對提升電氣信息類專業(yè)實驗教學水平，培養(yǎng)工科應用型高素質創(chuàng)新人才起到了良好的效果。

四、“工匠精神+CDIO”教育模式解決電氣信息類專業(yè)實驗教學問題的方法

在“工匠精神+CDIO”教育模式構建的工科應用型高素質創(chuàng)新人才教育生態(tài)系統(tǒng)中，從生態(tài)要素、生態(tài)環(huán)境、生態(tài)機制三個層面，搭建了實驗教學的人文環(huán)境與科技環(huán)境，形成從感性思維+智性思維到樂學精神和持續(xù)創(chuàng)造的升華。系統(tǒng)挖掘發(fā)散思維和邏輯思維要素，協同第一課堂與第二課堂，形成創(chuàng)新思維的生態(tài)要素。將工匠精神分解為美好的目標、良好的關系、積極的投入、卓越的成績，與CDIO 構建的構思+設計+實施+運行機制共同形成穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境，形成教研、學賽、產教、做用四位一體的生態(tài)運行機制，有效地解決了實驗教學中存在的典型問題。

（一）以學生為中心，理論教學與實踐訓練為兩翼，打造堅實的實驗教學生態(tài)基礎

以學生為中心，以理論教學與實踐訓練為兩翼，通過課程體系改革與課程組建設，加入高素質創(chuàng)新思維與人文課程，構建完備的理論知識體系。以工程能力目標為指引，啟動“口袋實驗室”，通過項目化/工程化實驗、實踐訓練，實現學生工程能力目標的達成與團隊協作精神的培養(yǎng)；在此基礎上，以學科競賽、工程/科研項目為載體，培養(yǎng)學生專注鉆研問題、創(chuàng)新解決問題、精益求精迭代完善的工程素養(yǎng)。

（二）以工匠精神模型為指引，構建實驗教學的人文環(huán)境，激發(fā)學生樂學潛質

以感性思維+人文環(huán)境+樂學的激情構建工匠精神模型如圖2 所示，明確實驗教學的驅動要素，形成教師團隊、學生團隊、校外專家團隊等要素構成的協同育人機制。通過實驗教學課程思政的全方位、全過程浸潤，開展“魯班文化”等中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化進校園系列活動，幫助學生建立美好有價值的目標。以“雙師型”導師、校外企業(yè)導師團隊為依托，構建“學生團隊+教師團隊+校外專家團隊+項目+社會化運作”大學生創(chuàng)新教育人際關系模式，培養(yǎng)學生健全的人格、積極樂觀的態(tài)度，激發(fā)學生創(chuàng)造力和團隊合作精神。構建工匠精神模型，將“工匠精神”基本理念（美好有價值的目標→良好的人際關系→樂觀的態(tài)度和積極的投入→卓越的成績）的實踐貫穿實驗教學的全過程，實現持續(xù)改進精神與創(chuàng)作的合二為一，使得學生擁有“匠心”，其興趣更持久，激發(fā)學生樂學潛質，得到高質量創(chuàng)新成果。

圖2 工匠精神模型

（三）以CDIO 模型驅動實驗教學的科技環(huán)境建設，激發(fā)學生持續(xù)創(chuàng)造力

充分發(fā)揮學校與政府共建教學科研平臺、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐基地以及教育部產教融合項目等優(yōu)勢條件，構建電氣信息類專業(yè)實驗教學CDIO 工程教育模型如圖3 所示。CDIO 工程教育模型以CDIO 工程教育理念構建“學校+政府+科研機構+企事業(yè)單位”的校內外科技環(huán)境。引導學生轉換視角、提高站位，以工程化思維關注產品從研發(fā)到運行整個生命周期過程，引領學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程知識和技能。構建四大空間“構思創(chuàng)意空間-創(chuàng)新設計空間-實施構建空間-運行調試空間”，營造學生在互動激勵性的環(huán)境中一起工作學習的氛圍，激發(fā)學生持續(xù)的創(chuàng)造力。

圖3 CDIO 工程教育模型

（四）構筑電氣信息類專業(yè)實驗教學生態(tài)系統(tǒng)，實現應用型高素質創(chuàng)新人才培養(yǎng)

以學生為中心，基于扎實的理論知識體系、卓越的工程實踐能力打造高素質創(chuàng)新人才的能力基礎；實踐CDIO教育理念，構筑科技環(huán)境，轉變學生工程能力培養(yǎng)模式，激發(fā)學生的持續(xù)創(chuàng)造力；通過人文環(huán)境構建，培養(yǎng)學生健全的人格、積極樂觀的態(tài)度，激發(fā)學生樂學潛質。確立“產教+教研+學賽+做用”工匠精神和CDIO 體驗式的學習生態(tài)環(huán)境體系，建設專業(yè)創(chuàng)客空間等平臺，舉辦創(chuàng)新訓練營，通過系統(tǒng)化、實戰(zhàn)化培訓持續(xù)提高學生創(chuàng)造力和工程實踐能力，培養(yǎng)工科應用型高素質創(chuàng)新人才。

五、“工匠精神+CDIO”視域下電氣信息類專業(yè)實驗教學生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新點。

（一）提出了邏輯思維和發(fā)散思維等相融合的學生高素質創(chuàng)新思維模式

工科學生普遍偏重邏輯思維能力，忽視發(fā)散思維及其他思維方式的訓練。以問題為導向的邏輯思維結果，只是一般的修改創(chuàng)新，而以目標成果為導向的邏輯和發(fā)散思維并重的高素質創(chuàng)新思維模式，有顛覆性的創(chuàng)新成果。以培養(yǎng)全面發(fā)展的創(chuàng)新人才為目標，在課程體系中加入高素質創(chuàng)新思維課程，并在實踐教學中進一步訓練學生的科技創(chuàng)新能力和人文素質，取得較好的成效。

（二）提出了工匠精神和CDIO 相耦合的培養(yǎng)德才兼?zhèn)鋭?chuàng)新人才方法

工匠精神和CDIO 相耦合的高素質創(chuàng)新方法：就是邏輯思維和發(fā)散思維的結合、學術智性和文化感性的結合、創(chuàng)新流程和設計工具的結合，整體而言是中國傳統(tǒng)文化下的“道的思維”和現代精細化的“術的方法”的結合。是以人為本目標導向，尋找顛覆性創(chuàng)新方案的一種思維和方法模式。構建激發(fā)學生樂學潛質的工匠精神模型人文環(huán)境，以工匠精神仁義禮智信為核心觀念構筑了學生與教師、學生與產教融合的工程師、學生與其他人員、學生與學生的和諧人際關系，促進學生心智發(fā)展；建造激發(fā)學生持續(xù)創(chuàng)造力的CDIO 模型科技環(huán)境，以CDIO 工程教育理念構建“學校+政府+科研機構+企事業(yè)單位”的校內外教育科技生態(tài)環(huán)境，促進大學生創(chuàng)造力和工程實踐能力培養(yǎng)。

（三）構建了應用型創(chuàng)新人才與環(huán)境相互影響共同發(fā)展的生態(tài)圈機制

構建以創(chuàng)新型工程人才與環(huán)境相互影響共同發(fā)展的生態(tài)圈機制，頒布有利于優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和工程教育理念相融合的各項規(guī)章制度，使整個系統(tǒng)不斷持續(xù)改進平衡發(fā)展。確立“產教+教研+學賽+做用”工匠精神和CDIO 體驗式的學習生態(tài)環(huán)境體系機制，持續(xù)提高學生創(chuàng)造力和工程實踐能力；構筑高素質創(chuàng)新教育生態(tài)，學生、老師和校外導師都得到成長，并獲得教學成果獎、論文、專著等優(yōu)秀成果。