基于CDIO模式的工程教育改革理論與實踐研究

摘"要：本文以深圳信息職業技術學院機械設計與制造專業為例，將CDIO工程教育理念融入機械設計與制造專業教學改革，探索CDIO理念下的工程教育改革與實踐。從我國高等工程教育及卓越工程師培養的發展現狀分析入手，本文分析了CDIO工程教育模式特點及其在培養卓越工程師與領軍工程人才方面的作用，剖析了CDIO在機械設計與制造專業人才培養方面的運用及啟示，進而歸納總結出進一步研究的方向與對策。本文以CDIO教學方式改革為契機，通過CDIO工程教育理念轉變教師的角色定位，在以學生為本的實踐及創新型人才培養體系方面進一步深入研究，更新教學方法和教學設計，協調提高學生的理論研究和實踐操作技能，持續提升人才培養質量和綜合素質。

關鍵詞：CDIO；工程教育；機械設計與制造專業；教學改革

一、我國高等工程教育及卓越工程師培養的發展現狀分析

目前，我國工程教育以培養了高達千萬計的工程技術類專業人才的數量優勢位居全球排列規模首位，造就了一大批卓越工程師、大國工匠人才和行業高技能人才，也連續10多年保持了中國第一制造大國的地位［1］，但我國合格工程師的數量和總體質量仍有較大的提升空間［2］。我國每年從國外進口的高端設備占據了設備投資的大額部分，雖然我國在尖端科技領域取得了不錯的進步，但是我國高端科研儀器設備絕大多數仍需要進口［3］。圖1也顯示了中國科學儀器行業進出口現狀，長期處于貿易逆差狀態。

我國第一制造大國的美稱，應建立在高質量發展、加快培育新質生產力基礎上，不應建立在大量資源能源消耗型、勞動力密集型粗放式發展基礎上。科技創新要自立自強，就要轉變大量進口發達國家的知識產權、大量犧牲環保與生態資源的不可持續發展模式，也不應為變成“全球最大的加工廠”而自豪，而應該客觀真實地認清和正視中國工程及其教育的落后現狀。補短板、強弱項、固優勢、彎道超車，是我國工程師的實干責任，更是我國工程教育工作者的職責所在。

（一）高等工程教育的基本屬性

工程教育的屬性包括以下三方面的內容：其一是實踐性，工程教育講究實踐實操為主；其二是融合性，工程教育分析和解決問題均講究跨學科、多學科交叉，系統效能發揮；其三是創造性，在人的需求、社會的需求不斷提升與變化等客觀情況下，講究創造有利條件去實現。

（二）卓越工程師具備的基本素質

根據美國ABET組織（Accreditation"Board"for"Engineering"and"Technology，美國工程與技術認證委員會）對工科人才鑒定的標準EC2000（Engineering"Criteria"2000），合格工程師應具備11個能力特征［4］。卓越工程師應具備項目創造能力強和適應經濟社會需要的高質量發展，也就是要具備實踐的能力和創新的精神；領軍人才應具備創業精神和開拓意識，指揮才干與領袖魅力。我國著名的土木工程學家、橋梁專家、工程教育家茅以升也指出一名優秀的工程師成功的六要素：品行、決斷、敏捷、知人、學識和技能，同時提出效率是優秀工程師的最重要觀念。

卓越工程師教育培養計劃（簡稱“卓越計劃”）立足為國家走新型工業化發展道路、應對新一輪科技革命與產業革命行動、建設創新型國家和人才強國戰略提供強力支撐，是貫徹落實國家教育改革和發展、國家人才發展規劃戰略的重大工程教育改革項目。該教育培養計劃重點關注工程技術人才的實際操作能力和創新能力的訓練，旨在加快我國由工程教育大國邁入工程教育強國行列。

“卓越計劃”的落實須突顯以下三大特點：第一，政、校、行、企深度參與人才培養全過程；第二，實施教育機構按通用標準和行業標準精準培養“高精尖特”工程人才；第三，強化訓練學生的工程實踐能力和創新協作能力?？偠灾?，實踐教學是現代工程教育不可或缺的基石，也是將知識內化為能力的必經之路。創新意識與開拓精神的培養是現代卓越工程師教育的中流砥柱。

（三）現代工程教育必須解決好的幾個問題

現代工程教育一以貫之創新意識和實踐能力，務必注重解決好以下三大問題：一是工程教育方法方式，二是工程教育的基本原則，三是課程與教學方法改革。

國際工程教育合作組織CDIO于2004年成立，發起院校為美國麻省理工學院（MIT）、瑞典皇家理工學院（KTH）等四所高等理工大學。這四所大學經過四年的跨國實踐探索和研究升華后，創立了基于CDIO理念的國際工程教育教學模式［5］。CDIO以現代工業產品為研究對象，以其構思研發到運行乃至終結廢棄的整個產品生命周期為載體，具體而言涵蓋構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）及運作（Operate）。它培養學生以積極主動的、創新實踐的、在課程之間有機聯系的方式學習工程知識和技能，也是一種以學生為中心的“生命課堂”學習方式。

二、CDIO模式旨在加強實踐與創新能力，有利于培養卓越工程師

CDIO的關鍵內容可以用一個愿景（Vision）、一個大綱（Syllabus）和十二條標準（Standards）來概括。愿景是為學生提供一種重基礎、重實踐創新能力的培養模式，大綱是對學生CDIO四個層面的能力要求，標準是對是否實踐CDIO教學理念的判定標準。CDIO工程教育改革圍繞學生學習氛圍、育人目標、整體化課程計劃、教學定位、創新激勵、工程實踐實訓基地建設、師資教學技巧及能力提高、成效考核及專業教研教改質量評估等全過程、全方位進行。

這里要強調的是CDIO工程教育的四個層面，涵蓋了工程基礎科學和技術知識、個人思維和終身學習能力、人際團隊協作能力以及工程系統調控能力。上述的大綱要求就是需要以綜合素質的培養標準使學生嚴格按照這四個層面達到預期目標［67］。CDIO對知識、能力、素質教育的層次劃分也很清晰，按照布魯姆教育目標分類法如圖2所示。該法由本杰明·布魯姆1956年提出，幫助美國教育成功走出了以記憶為主體的教學困境，也幫助全球各地教師明確教學目標并選擇合適的教學方法提供了便利。

CDIO推進教學改革的核心目的就是要把學生培養成可嫻熟掌握工程科學、技術基礎知識和專業基礎知識，可統領和部署新產品、新系統的開發和運行，且具備系統協調、團隊協作和個人終身學習能力，能夠掌握前沿技術的研究與發展，以及分析其帶來對社會的必要性和政策影響。

三、機械設計與制造專業的培養模式及啟示

深圳信息職業技術學院堅持以就業為導向，以德能培養為核心，不斷提高學校綜合辦學能力、社會服務能力、學生專業核心技能、創新能力和可持續發展能力培養。機械設計與制造專業為廣東省示范性專業，技術領域人員由機械設計制造工程和控制科學工程學科背景人員組成，該專業既繼承已有技術（培訓期），又開發新技術（研發期），積極參加各級賽事（備賽期）。

（一）培訓期工作任務

（1）加工、制造能力培訓。認識常用加工工具，掌握加工工藝及精度要求，熟悉選用的工程材料性能，精通數控機床使用等；

（2）機構創意設計與制作。利用計算機測繪機械零件圖，分配材料，準備好加工裝備與制造，做好機床維修維護預案等；

（3）搭建控制系統。電路板制作，主控系統搭建，安裝上層執行元件等。

培訓期預期成效：熟練掌握產品設計與制作通用步驟，掌握零件加工的專業技能，明晰機械控制系統組裝與搭建、機電一體化，嫻熟應用跨學科融合知識。

（二）研發期工作任務

根據已有的專業知識延伸拓展開發新的技術，融會貫通，為了實際應用而研發并加以改進升級，從而使新產品品質更上新臺階。例如，柔性機械外骨骼的研發，機器人避障系統設計等。

研發期預期成效：強化拓展學生自主創新、刻苦鉆研的科研進取精神和不懈能力，研學結合。在研究下學習，清楚一項新技術從構想到設計、研發、制造的過程，從技術設想走向技術推廣的生命周期。

（三）機械設計與制造專業人才培養成效

機械設計與制造專業人才培養目標在于使學生兼具杰出的專業技能和豐富的行業經驗，對課堂知識進行舉一反三，學以致用，熟練操作跨學科、交叉學科應用的實訓實踐平臺；拓展學生知識面，更新知識廣度和深度，指導學生參加機械學科競賽、工程實踐、產品創造等活動踴躍報名，使創新實踐意識和團隊協作能力得到大幅提升，為學生過渡到畢業后的研究生深造、參加工作或自主創業等階段提供充分條件。

四、以生為本的CDIO實踐與創新人才培養模式

深圳信息職業技術學院秉承求真求學、創新創業的教育理念，把高端制造裝備技術骨干和工程領軍人才、堅實寬廣的基礎理論、豐富精湛的專業知識、CDIO工程理念及強勁的工程實踐能力作為該校人才培養目標。把加強科技成果轉化、技術轉化、培養創新能力和前沿視野、構建制造專業群教學標準與課程標準體系、實現綜合素質IQ、EQ、FQ全面發展作為自己的創新型特色鮮明的職教改革新標桿。通過構建多維度、多環節的培養體系和多方位的創新實踐體系，建設具有CDIO能力和國際視野的師資隊伍，優化實驗環境建設，持續不斷的深化教學質量體系改革作為該校人才培養途徑與著力點。

（一）多維度、多環節的培養體系

（二）多方位的創新實踐體系

配合學校教學計劃改革，建立了三層級實驗教學體系。

機械設計與制造專業重視與企業、行業、兄弟院校、社會科研機構密切聯系，廣泛建立了校重點實驗室實訓室、廣東省工程實踐中心、企業行業國培項目等工程教育資源。課內實驗安排如表1所示。

開放創新實驗20多項，包括《機械原理》仿真設計綜合實驗、機械強度綜合實驗、基于慧魚創意組合模型的機器人制作實驗、數控機床自動編程與加工、機構創新設計與分析實驗、機械傳動性能測試、三坐標測量機抄數檢測、反求工程實驗等。

（三）具有CDIO能力的師資隊伍建設及教學質量改進體系

深圳信息職業技術學院機械設計與制造專業師資力量具有國際化視野、教師出國率及海外學歷教育背景20%以上；該專業發揮“雙師素質”教師隊伍作用，企業一線科技人員為主體的兼職教師與專任教師比例基本持平，另特聘國內資深技術人員及知名企業高級管理者組成機械設計與制造專業教學指導委員會；青年教師下到企業做研究、博士后或社會實踐，并納入職稱評審條件。

該專業實行持續不斷的教學質量改進體系，其PDCA循環框架圖如圖6所示。

圖6"機械設計與制造實施質量PDCA循環控制

五、進一步研究的方向與對策

今后將圍繞以下兩個頂層問題、三個關鍵問題進一步深入探究。

（一）頂層問題一：教學工作的核心地位

眾所周知，工程教育強調人才培養為中心，專業教學為基礎。高校作為人才培養的主力軍，也是全面提高人才培養質量的橋頭堡，應在人才培養、科學研究、社會服務、文化傳承等職能方面進行準確定位。提出適合我國的人才培養理念，并進行量化考核、經濟利益評價這是今后仍需完善的頂層設計。

（二）頂層問題二：如何平衡理論教學與實踐能力培養

理論教學和實踐教學好比人的兩只手，一只手強調夯實理論基礎，打牢專業根基，循序漸進，行穩才能致遠；另一只手重視應用擴展，學以致用。一個人只有在實踐中活學活用知識，才能知道自己的能力，也才能有針對性地改進提高。在理論中學、實踐中悟才能提高分析實際問題、解決實際問題的能力，這也就是理論知識、實踐能力、發現問題和解決問題四者之間的關系。

（三）關鍵問題一：教師的工程能力及對教學的傾注程度

教師自己懂和能講好課是兩回事，作為課堂的主要執行者，教師怎樣將知識傳授給學生，培養學生的能力，既是一門科學，也是一門藝術，精心設計教案，做到深入淺出、誨人不倦、扣人心弦、感染學生、發人深省都是十年磨一劍的真本事。教師工程能力培養渠道很多，例如赴企業進站做博士后，赴國內外參加專題培訓及學術研討，參加校企合作橫向課題等方式，對投入熱情高的教師應予激勵與獎勵。

（四）關鍵問題二：學生出現消極情緒怎么辦

工程教育中，有些學生積極性和主動性不高，智能手機的出現和網絡科技的發展，導致大量的“低頭族”應運而生，這是應試教育與教育產業化帶來的產物。此情形下，工程教育改革勢在必行，學生的消極情緒成為這場改革的催化劑，大一學生剛入學無專業背景，構思較困難；大二時功課重，課余時間較少；大三時能制作一些構思與設計，但已來不及了，因為面臨就業的壓力了。有種穩妥的解決方式，就是讓每門課程貫穿產品設計考核，自由不拘形式地構建課程教學內容的有機銜接與融合，選擇CDIO項目靈活代替畢業設計和課程考核。

（五）關鍵問題三：教學質量評估

教學質量評估應多方參與，提高評估的準確性。學生參與評估的可信度及頻次方面有待優化，可通過制定科學有效的調查表來實現；專家參與的評估應邀請校內專家、同行專家、甚至國外專家來進行；行業參與的評估應邀請行業企業、政府機構、用人單位來進行，且評價的周期也有待完善；教師的教材、講義、課件、授課計劃及學生的實驗、作業、試卷等材料均應列入教學質量評估重點內容；教學質量評估還應考慮到學生平時能力測試及主管部門的評估意見。

參考文獻：

［1］陳向東，洪冠新.國際科技競爭環境下高等工程教育改革大勢：新工程教育十大革新理念［J］.中國軟科學，2024（01）：111.

［2］胡德鑫，徐文君，顧佩華，等.國際注冊工程師資質認證制度的建構邏輯與改革趨向：基于美、英、日、澳四國的范例［J］.高等工程教育研究，2023（02）：8795.

［3］劉敏娜，黃素萍，李延香.中國CDIO工程教育研究現狀與發展趨勢評估［J］.現代信息科技，2020，4（12）：179183.

［4］朱露，胡德鑫.歷史制度主義視域下美國工程教育認證標準的嬗變邏輯［J］.黑龍江高教研究，2023，41（11）：6371.

［5］顧佩華，胡文龍，陸小華，等.從CDIO在中國到中國的CDIO：發展路徑、產生的影響及其原因研究［J］.高等工程教育研究，2017（01）：2443.

［6］顧佩華，包能勝，康全禮，等.CDIO在中國：上［J］.高等工程教育研究，2012（03）：2440.

［7］顧佩華，包能勝，康全禮，等.CDIO在中國：下［J］.高等工程教育研究，2012（05）：3445.

基金項目：深圳市教育科學“十四五”規劃課題（zdzz"22010）；廣東省高?？蒲衅脚_和項目（2020KTSCX299）；廣東省高校思想政治教育課題（2020GXSZ165）

作者簡介：陳慧群（1982—"），男，漢族，江西高安人，副教授，高級工程師，主要研究方向：工程教育教學改革。