融合專業認證和工程教育CDIO理念的教學模式研究與實踐

杜文遼 侯俊劍 王宏超

摘 要：基于工程教育專業認證和CDIO工程教育理念，探索落實立德樹人根本任務，建立將行業特色轉化為專業特色、研究特色轉化為專業優勢的方法，構建機械類一流本科專業課程體系;通過融合工程教育專業認證的“底線”合格標準和CDIO教學模式的“高線”教學方法論，強化課程思政，構建融合專業認證及CDIO教學模式的特色教學體系;建設具有工程沉浸感、突出專業特色、滿足培養“知識、能力、素質”協調發展的工程技術人才實驗教學體系;通過貫徹CDIO理念的教學模式，構建理論教學、實驗操作、學科競賽、科學研究、工程實踐“五位一體”的實踐創新能力培養體系。

關鍵詞：專業認證;CDIO理念;課程體系;教學體系;創新體系

“中國制造2025”部署全面推進實施制造強國戰略，為滿足國家戰略和新興產業發展需求，培養具有全球視野、創新精神和實踐能力的復合型人才，促進多學科交叉融合的新型工程技術專業建設尤為重要。本科教育承載著高等教育人才培養的主要任務，工程教育專業認證、卓越計劃2.0的實施，促進了新工科教育的發展。習近平總書記提出，高等教育是一個國家發展水平和發展潛力的重要標志，要求把建設一流作為推進高等教育高質量發展的戰略目標，把提升創新能力作為推進高等教育高質量發展的重大任務。教育部召開的新時代全國高等學校本科教育工作會議提出要著力提升專業建設水平，推進課程內容更新，提高創新人才培養能力。

工程教育專業認證以培養目標和畢業出口要求為導向進行專業合格性評價，貫徹“以學生為中心、成果導向、持續改進”的教育理念，是一種“底線”合格標準。構思—設計—實現—運行（CDIO）教學模式強調以工程全過程為載體，培養學生工程能力，培養適應企業和經濟社會發展要求的人才。將先進的教學理念與先進的教學模式相結合，為高校培養創新型、復合型的工程技術人才提供了可行的思路。

一、新型課程體系與教學體系構建

（一）構建基于機電大平臺的一流特色專業建設課程體系

大學學習是一種兼收并蓄、不斷擴充知識涉及的領域和深化認知的過程。在這個過程中，要兼顧基礎知識的更新和專業知識的豐富，避免知識無序的散亂堆積。因此，要在強化專業特色的基礎上，構建一流的專業課程體系。按照“綜合素質好、專業基礎扎實、知識面寬、創新能力強”的人才培養原則，充分發揮學校的專業特色優勢，依托輕工裝備行業，貫徹CDIO教學模式。在深入研究輕工機械裝備設計、制造、控制、測量實際生產過程的基礎上，設置專業課程體系;從科研項目中提煉人才培養專業教學內容素材，融進課程內容，將科研優勢轉化為專業特色優勢;認真研究專業發展趨勢，把握科技發展脈絡，超前規劃專業課程群。

1.課程體系包括通識公共基礎課程、專業基礎課程、專業特色方向課程、專業選修課程、實踐實訓課程、項目管理課程和人文藝術課程等七類。這些課程體現文理藝術滲透、理工經管結合，他們不是課程的堆積，而是貫徹工程認證要求，按照CDIO教學模式，以項目全生命周期的要求建立課程之間的內在聯系。在深入掌握工程科學技術的基礎上，在項目管理和經濟決策等知識點上進行延伸，擴寬知識面，消除知識盲區，使得畢業生在技術、管理和經濟決策等方面能夠最大程度的滿足社會需求，培養創新精神，能夠與不斷變化的社會需求相適應。

2.為使行業特色轉化為專業特色，在課程體系中強調機械設計及其自動化專業低年級的輕工（包裝）機械概論與高年級的自動機原理、包裝機械設計相銜接，在實踐教學中設計輕工裝備實踐內容，強化輕工裝備設計、開發、應用制造、維護管理等行業特點，實現行業特色內化為專業特色。重視英文教材的引進和吸收，將本專業方向國際先進的教材引入國內，培養學生的國際視野。

3.建立基礎—提高—創新“三位一體”的實踐課程體系，按照CDIO教學模式，將認識實習、專業課程設計、生產實習、畢業實習、畢業設計納入項目全生命周期進行統籌規劃。

（二）構建融合工程教育專業認證及CDIO教學模式的特色教學體系

貫徹工程認證和CDIO工程教育理念，依托機電大平臺，以輕工裝備設計、制造、維護整個產業鏈條為著眼點，建立融裝備設計、制造、控制、動力、測量為一體的課程體系。既保證課程之間重點內容的相互獨立，又體現邏輯上的相互聯系，整合、優化專業集群相關課程內容。精簡理論教學學時，加強實踐教學和真實項目教學;創新教學形式和手段，提高教學效果和質量;建立科學的教學評價、監督、持續改進機制。

1.課程建設中首先是培養方案的制定和完善，它是師生進行教學、學習的指導性、操作性文本。按照工程教育培養目標的12個指標點要求和CDIO項目全生命周期理念，科學制定專業培養方案。根據拓寬基礎、突出專業特色、加強素質教育和創新能力培養的思路，修改和完善培養方案。在培養方案的基礎上優化課程結構，既要滿足產業需求，又要高于產業現狀，圍繞人才需求發展趨勢進行培養方案的謀劃。

2.統籌設計教學內容，科學規劃理論課和實踐課的課時分配，增強課程體系張力。基于OBE理念的課堂教學要求遵循成果導向的課程教學設計。通過課程矩陣定義出課程體系中各門課程對畢業要求的支撐關系，明確每門課程的教學任務。改變過去教學各門課程過分強調各自的系統性、完整性的狀況，而是在培養方案的指導下，以工程認證培養目標為指引，按照CDIO的理念統籌規劃專業課程內容的知識體系。在保持知識體系一致性的前提下，壓縮理論教學內容，探索“胖教材、瘦課堂”的教學形式，突出課程重點，加強知識縱向聯系。加強實踐教學環節，對原有基礎實驗、專業課程實驗內容進行整合提升，對實習內容、畢業設計項目進行特色強化，突出專業特色，增強教學體系中課程內容張力。

3.加強精品課與雙語課建設，優化教學資源，突出“金課”在人才培養中的帶動作用。以學生為中心，對課程內容進行統籌規劃，跟蹤產業和領域的新發展、新要求、新內容，從課堂理論授課、課內課外實驗、課下實踐等多個環節充實，建設精品線上、線下開放課程。在引進國外原版教材的基礎上，吸收專業領域國際最新研究成果，融入教學內容，大力提升雙語教學質量。

4.建立科學的教學評價機制。變革現有的考核方式，除注重課程理論和實驗操作內容考核外，探索將項目設計過程中人際交往能力，以及產品、過程和系統建造等能力納入考核范圍，建立科學的教學評價機制，促進學生綜合素質與能力的提升。

二、構建新型創新實踐體系

（一）構建多學科、立體化創新實踐平臺

實踐教學是高校工程教育的重要環節，也是專業認證中達到畢業要求、實現培養目標的重要抓手。實踐教學是學生理論聯系實際的橋梁，是增強解決復雜工程問題能力的重要手段，也是校園教育向產業延伸的重要途徑。圍繞特色專業實驗室的建設方向，機電創新實驗平臺的建設在創新型人才培養理念指導下，建立以現代輕工裝備及技術實驗室為基礎、省重點實驗室為校內支撐、與龍頭企業聯合成立的機電一體化培訓中心，以及校外實踐教學基地為企業支撐的多學科、多場域融合的立體式創新實踐平臺。通過實驗室理念建設和規劃、購置一批先進儀器設備、購置及開發虛擬實驗平臺，建成立體化的、具有工程沉浸感、突出專業特色的工程技術人才教學實驗平臺，成為實現對培養素質過硬、基礎扎實、實踐技術突出、創新能力強的創新型人才的有力支撐。

1.圍繞建設一流特色專業實驗室方向，制定實體實驗室和虛擬仿真實驗室互相補充、校內實踐平臺和校外實踐基地相互融合的立體化創新實踐平臺建設規劃。校內以省市級實驗室、工程中心為支撐，完成專業人才培養基礎實驗以及創新型培養的設計性、綜合性實驗;校外實踐教學基地作為企業支撐，完成面向企業需求的、具有專業特色的實驗項目。

2.大力開發特色虛擬仿真實驗平臺，在掌握課程相關理論的基礎上，引導學生主動查閱資料、收集文獻，建立項目開發小組。根據CDIO的理念，完成項目需求分析、概念設計、詳細設計、開發實現、調試完善等步驟，完成虛擬仿真實驗平臺的開發。

3.在現有校內實習、實訓基地的基礎上，加強校外企業創新基地的建設，按照實際項目全生命周期開發的要求，貫徹專業認證和CDIO理念，培養學生的創新意識、創造精神和創業能力。建立校外工程實踐基地，讓學生可以在一定時間內參與企業生產。

（二）建立和完善大學生實踐創新能力培養體系

通過研究教學過程中貫徹CDIO模式的教學理念和教學方法，以項目為導向，面向工程、突出應用、體現創新，通過無限接近社會需求，構建理論教學、實驗操作、學科競賽、科學研究、工程實踐“五位一體”的實踐創新能力培養體系。

1.建立理論教學、實驗操作、學科競賽、科學研究、工程實踐“五位一體”的創新人才培養體系。貫徹“基于項目學習和創新”的CDIO教學理念，在理論教學和實驗教學中，以項目思維組織教學，用聯系的觀點學習和掌握相關知識。依托精品課程、學科平臺、校內創新基地、校外實踐基地，以實驗訓練、學科競賽、科學研究、工程實踐為載體，促進知識—能力的轉化和創新思維的培養。

2.實踐教學按照基礎—提高—綜合—創新四個層次設置創新人才培養教學體系，包括課程體系和實踐體系。在每個層次中按照模塊化思維組織教學。為適應在線開放課程以及慕課的學習形式，每個模塊中按知識點設置理論與實踐教學內容，知識模塊物理上彼此獨立，內容上又有一定的內在邏輯聯系和銜接關系。課程體系和實踐體系均按照CDIO教學模式組織教學，即按照項目實施的思想，使學生既能夠掌握知識，又能夠學會在項目中怎么應用。

3.建立和完善大學生參與科研項目、科技競賽、工程實踐機制。鼓勵大學生參與教師科研項目，培養其創新思維、知識應用能力和創新能力，對參與項目的科研成績折合創新學分。鼓勵大學生積極參與各種創新大賽并給予指導，對有潛力的項目進行重點培育，激發大學生的創新熱情和創新潛能，制定在校大學生參加科技競賽細則，確保每名大學生至少全程參與一項科技競賽賽事。

4.強化學生工程創新實踐。制定畢業設計選題規范，保證實際工程課題占畢業設計題目的比重;突出課程設計、畢業設計、工程實踐面向實際工程課題的導向，培養學生將專業知識能力與生產管理、團隊協作、溝通能力相結合。

三、教學改革成效

融合工程教育專業認證及CDIO教學模式的課程體系及特色教學體系，為機械設計制造及其自動化、測控技術與儀器一流專業建設提供了支持。以項目引領的工程技術人才實驗平臺的建設，既具有工程沉浸感、突出專業特色，又滿足培養“知識、能力、素質”協調發展的工程技術人才要求。實驗室建設通過機械、電子信息和計算機應用等學科的交叉綜合，充分體現機電結合的特色和優勢。

項目首先在鄭州輕工業大學機電工程學院機械設計制造及其自動化專業、測控技術與儀器專業推廣運行，在教學體系和課程體系建設方面均取得了良好效果。以互換性與技術測量課程為例，針對“課程設置的實驗環節內容是否能增強對理論知識的理解”這一問題，課題組對歷屆學生進行了調查，學生選擇“可以”以上的比例從2019年的70%提高到了2021年的94%，即使受新冠疫情影響，一些實驗項目受到影響，在2022年度，學生選擇“可以”以上的比例也達到92%，特別是由于疫情期間線上課程，探索出更多師生交流渠道，選擇“非常可以”的比例達到43%。

圍繞一流特色專業建設目標，依托輕工裝備行業，貫徹工程認證理念和CDIO教學模式，構建基于機電大平臺的一流特色專業建設課程體系，探索將行業特色轉化為專業特色、研究特色轉化為專業優勢的方法。通過貫徹工程認證和CDIO工程教育理念，以輕工裝備設計、制造、維護整個產業鏈為著眼點，建立融裝備設計、制造、控制、動力、測量為一體的課程體系。圍繞特色專業實驗室的建設方向，在創新型人才培養理念指導下，建設實體實驗室和虛擬仿真實驗平臺互相補充、校內實踐創新平臺和校外實踐基地相互融合的立體化創新實踐平臺。以項目為導向，面向工程、突出應用、體現創新，通過無限接近社會需求，構建理論教學、實驗操作、學科競賽、科學研究、工程實踐“五位一體”的實踐創新能力培養體系。教學改革實踐表明，通過把前者的“底線”合格標準和后者的“高線”教學方法論有機結合起來，能夠更有效地落實專業認證理念，培養具有創新能力的合格人才。

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責編：應 圖