機械專業(yè)CDIO培養(yǎng)模式探索

江 帆，張春良，王一軍，胡一丹

（廣州大學(xué)機械與電氣工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

隨著我國工程教育改革的啟動，各高校正在積極探索工程教育改革模式。近年來，以麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等四所高校工程教育改革成果——CDIO教育模式，受到教育界和企業(yè)界的重視（CDIO代表構(gòu)思——Conceive，設(shè)計——Design，實現(xiàn)——Implement，運作——Operate，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程），培養(yǎng)的人才非常適合社會的需要。目前有30多所世界知名高校正在積極推行CDIO教育改革，我國一些高校也在積極參與CDIO試點工作。廣州大學(xué)作為全國第一批CDIO試點高校，在探索地方性高校試點CDIO及結(jié)合傳統(tǒng)教育模式的優(yōu)勢等方面，作出了一些成績。

1 廣州大學(xué)機械專業(yè)人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

廣州大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化課程，計劃以應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標，適當引入研究性教學(xué)，課時大幅減少，選修課程增多。在學(xué)習(xí)公共必修課、專業(yè)基礎(chǔ)課后，學(xué)生分為計算機輔助設(shè)計制造、設(shè)備工程、汽車服務(wù)工程三個專業(yè)方向進行教學(xué)。授課采用講授、討論和實踐相結(jié)合的方式，強調(diào)實踐能力的培養(yǎng)。必修課程的考核方式，主要是綜合期末考試、平時作業(yè)、討論課成績和實踐課成績。

學(xué)生表現(xiàn)出較強的動手能力和實踐能力，有較好的團隊協(xié)助精神，但創(chuàng)新意識欠缺。近幾年來，廣州大學(xué)機械專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)率在90%以上，從用人單位反饋的意見來看，學(xué)生比較扎實，肯干，動手能力強，團隊精神好，前期對工作上手較快，但缺乏可持續(xù)發(fā)展能力。

傳統(tǒng)的工科教育模式，對廣州大學(xué)學(xué)生有諸多不適應(yīng)地方：

（1）專業(yè)課程比較枯燥，有些落后于時代，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足；

（2）理論教學(xué)學(xué)時較長，學(xué)生的動手實踐的愿望得不到滿足；

（3）課程的學(xué)期分布不合理，學(xué)習(xí)出現(xiàn)前松后緊的現(xiàn)象，前期學(xué)習(xí)過于松弛，學(xué)生處在轉(zhuǎn)型期無壓力狀況，容易思想渙散，影響學(xué)風(fēng)建設(shè)；

（4）教學(xué)內(nèi)容與社會需求有較大時間差，學(xué)生容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)無用的思想。

廣州大學(xué)處在改革開放的前沿——珠三角的中心城市廣州，正在經(jīng)歷著由“廣東制造”向“廣東創(chuàng)造”的轉(zhuǎn)變，機械裝備業(yè)是珠三角地區(qū)發(fā)展的一個重要產(chǎn)業(yè)，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的機械裝備，是產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路之一。這個過程中需要大量具有創(chuàng)新意識、實踐能力強的高級應(yīng)用性人才，機械專業(yè)的人才培養(yǎng)思路也面臨著轉(zhuǎn)變。

2 機械專業(yè)CDIO教育模式的歷程

針對學(xué)校機械專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)實需求，引入新型的工程教育模式——CDIO培養(yǎng)模式勢在必行，學(xué)校機械專業(yè)教學(xué)人員從2008年下半年開始接觸CDIO，從一開始就注意將CDIO與地方性高校的自身特點相結(jié)合，與傳統(tǒng)教育模式相結(jié)合，形成自身的特色。

廣州大學(xué)機械與電氣工程學(xué)院承擔了“地方高校機電類專業(yè)CDIO教育模式再創(chuàng)新”學(xué)校重點教學(xué)項目的研究，主要進行傳統(tǒng)工程教育模式與CDIO教育模式的融合研究，并結(jié)合地方性高校特點。現(xiàn)在多數(shù)高校的機電類學(xué)生培養(yǎng)采用傳統(tǒng)工程教育模式，該模式的主要特點是由淺入深，循序漸進，使學(xué)生掌握專業(yè)技能，課程比較系統(tǒng)，但無法解決課程間交叉、學(xué)習(xí)與實踐脫節(jié)等問題；而CDIO教育模式遵循“做中學(xué)”，使學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，強化學(xué)生對知識掌握程度，但存在知識體系的連貫性、系統(tǒng)性較差等不足；深入探索這兩種教學(xué)模式的相關(guān)性及融合方式，以及這種融合狀態(tài)下的CDIO創(chuàng)新模式的教學(xué)大綱和工作規(guī)則。地方性高校辦學(xué)條件對CDIO教育模式的影響及CDIO教育模式適應(yīng)性研究。全套直接引入CDIO模式，需要全面改造學(xué)校機電類培養(yǎng)模式，涉及面較大，需要很多的經(jīng)費投入，因此需要研究現(xiàn)有教學(xué)條件對CDIO實施的影響，以及具有地方性高校辦學(xué)特色的CDIO模式（教學(xué)大綱適應(yīng)性改造、工作規(guī)則的變革、課程組織方式等）。將解決以下關(guān)鍵問題：

（1）傳統(tǒng)工程教育模式和CDIO教育模式的結(jié)合問題。要形成融合傳統(tǒng)工程教育模式和CDIO教育模式的創(chuàng)新教育模式，需要解決這兩種教育模式的結(jié)合的問題，獲得二者的相生相克的關(guān)系，才能構(gòu)建融入二者優(yōu)勢的新型工程教育模式。

（2）現(xiàn)有辦學(xué)條件融合CDIO教育模式的切入點及結(jié)合模式的問題。在現(xiàn)有條件上進行CDIO教育模式的引入和再創(chuàng)新，需要獲得現(xiàn)有辦學(xué)條件融入CDIO教育模式的改造方式和內(nèi)容，并尋求CDIO教育模式與現(xiàn)有條件的結(jié)合思路。

廣州大學(xué)機械與電氣工程學(xué)院同時還承擔了廣州市教育科研項目——“研究性學(xué)習(xí)與汽車服務(wù)類課程教學(xué)整合研究”，以及全國教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于TRIZ理論的地方性高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系研究”等課題的研究，對課程整合、研究性教學(xué)、TRIZ創(chuàng)新思維教育等方面取得了一系列成果。并積極參與全國CDIO試點工作，是第一批CDIO試點高校，參加了第一、二次試點工作會議和骨干教師培訓(xùn)，主持了CDIO機械類專業(yè)的華南區(qū)的調(diào)研工作，CDIO機械類專業(yè)大綱的編寫工作等。目前正在進行以CDIO為特色的國家第二類特色專業(yè)建設(shè)。

3 機械專業(yè)CDIO教育模式探索

3.1 課程組織方式

CDIO教育模式，以項目驅(qū)動的方式組織課程教學(xué)，根據(jù)項目需要安排課程。我們在進行課程安排時，主要注意了傳統(tǒng)教育模式課程體系優(yōu)勢和CDIO教育模式的結(jié)合。

如圖1所示，我們采用數(shù)門課程支撐一個二級項目、一個三級項目支撐一門課程的課程組織方式。

圖1 課程組織方式

圖中橫向矩形代表項目，豎向矩形代表課程，項目和課程相互支撐，將傳統(tǒng)工程教育模式中課程系統(tǒng)化的優(yōu)勢完全融入。

3.2 課程體系

學(xué)校機械專業(yè)根據(jù)CDIO的基本原理，對課程體系設(shè)置進行了探索，按照“構(gòu)思，設(shè)計，實現(xiàn)，運作”的思路，進行課程設(shè)置，初步方案如圖2。

圖2 機械專業(yè)CDIO課程體系

整個培養(yǎng)方案和課程體系，圍繞機械產(chǎn)品設(shè)計與制造展開，組織學(xué)生參與數(shù)個特定機械設(shè)計與制造項目（如減速箱測繪、縫紉機拆裝、運輸機設(shè)計、齒輪制造、手機外殼模具設(shè)計與制造）進行課程安排。將CDIO項目按規(guī)模和范圍劃分為三級：

一級為包含機械專業(yè)主要核心課程和能力要求的項目；

二級為包含一組相關(guān)核心課程（課程群）、能力要求的項目；

三級為單門課程內(nèi)為增強該門課程能力與理解而設(shè)的項目。

其中三級項目的設(shè)立與否及形式，由各門課程大綱根據(jù)需要確定。

3.3 教學(xué)模式

第一學(xué)年的第一學(xué)期，學(xué)生還是按傳統(tǒng)教學(xué)模式進行基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，適當引入研究性教學(xué)模式，在基礎(chǔ)課部分，就有意識地引導(dǎo)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，為后續(xù)的專業(yè)項目（課程群）研究性教學(xué)打下基礎(chǔ)。

從一年級第二學(xué)期開始，學(xué)生5～6人組成各自的項目團隊，選出組長1名。機電系全體老師也相應(yīng)分成若干項目指導(dǎo)小組，每組由3～4名老師組成，并選出教師組長1名，其中一位為機械類專業(yè)的老師，一位為控制類專業(yè)的老師，還有一位為實踐環(huán)節(jié)的老師。

在指導(dǎo)老師組的指導(dǎo)下，每個學(xué)生項目團隊選擇一個具體產(chǎn)品或課題，從市場分析、技術(shù)需求分析開始，先做產(chǎn)品的概念設(shè)計與總體設(shè)計，在此基礎(chǔ)上做系統(tǒng)設(shè)計、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、傳動與控制設(shè)計等，直至到最后制造、裝配與調(diào)試，體驗產(chǎn)品開發(fā)的整個實踐過程。在整個一級項目的實踐過程中，要求學(xué)生以創(chuàng)新思維的理念，團隊合作的方式，在導(dǎo)師組的指導(dǎo)下體驗CDIO改革與實踐中的各個環(huán)節(jié)，并通過后續(xù)課程與項目的學(xué)習(xí)及實踐，對查閱資料進行綜合與理解，不斷完善產(chǎn)品的構(gòu)思與設(shè)計，為未來專業(yè)化的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、操作打好堅實的基礎(chǔ)。

在一級項目訓(xùn)練中，注重培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計、創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、溝通和領(lǐng)導(dǎo)能力，要求組內(nèi)成員必須輪流擔任組長（每半個學(xué)期輪換），在擔任組長工作期間，負責(zé)項目的組織、溝通與協(xié)調(diào)等，定期提供給指導(dǎo)教師項目進度、組內(nèi)同學(xué)平時表現(xiàn)和參考成績，領(lǐng)導(dǎo)和增強組內(nèi)同學(xué)的自信心。

整個一級項目開放型教學(xué)實踐，使學(xué)生有機會把所有的知識有機的聯(lián)系起來，學(xué)會以探究方式獲取知識和運用知識的能力。

3.4 CDIO實踐場所的設(shè)計

CDIO實踐場所的設(shè)計，是讓學(xué)生積極地進行創(chuàng)造性和實踐性的學(xué)習(xí)，并支持整個課程計劃。這與傳統(tǒng)的實驗室不同，因為傳統(tǒng)的實驗室基本上是圍繞一個學(xué)科和（或）希望學(xué)生在項目中充當一個比較被動的角色。傳統(tǒng)的工程實踐場所，往往是讓學(xué)生學(xué)習(xí)特定的能力，例如機械原理實驗環(huán)境、金工實習(xí)車間、與工程實踐場所相關(guān)的CAD/CAM/CAE實驗室、以及多媒體環(huán)境，而不是一體化的實踐場所。另外，傳統(tǒng)的學(xué)生實驗室，主要以演示性、驗證性實驗為主，而沒有為構(gòu)思、設(shè)計以及團隊建設(shè)提供支持條件。

構(gòu)思工程實踐場所使學(xué)生能夠構(gòu)思新的產(chǎn)品，理解用戶需求和發(fā)展概念，它們包括個人與團隊的實踐場所，以鼓勵概念的形成和優(yōu)化。典型的設(shè)備與資源包括白板、網(wǎng)絡(luò)接入、圖書館資源以及數(shù)據(jù)放映機。這種工程實踐場所基本上是不涉及到技術(shù)的大型空間，其主要目標是讓學(xué)生通過交談、傾聽及反思的過程相互交流。

設(shè)計工程實踐場所支持新的協(xié)作模式和數(shù)字化設(shè)計；使學(xué)生能夠進行設(shè)計、模擬設(shè)計、分享設(shè)計和相互交流。典型的設(shè)備包括安裝有計算機輔助設(shè)計軟件、輔助制造軟件以及開發(fā)、輔助工程軟件的計算機。還有其他設(shè)備，如視頻會議和共享數(shù)據(jù)庫，能夠支持世界各地學(xué)生團隊相互協(xié)作。設(shè)計工程實踐場所還要在課余時間開放，因為學(xué)生會經(jīng)常利用晚上和周末的時間進行設(shè)計工作。

實施工程實踐場所，可以讓學(xué)生建造小型、中型和大型的系統(tǒng)，包括機械、電子和軟件系統(tǒng)。典型的設(shè)備包括金屬加工機械、手工工具、測量設(shè)備、制造電路板的設(shè)備、以及可將軟件集成到產(chǎn)品的計算機。學(xué)生進行的項目范圍必須有較大的靈活性，實踐場所要保持學(xué)生和設(shè)備的安全，實踐之前進行必要的安全教育。

運行工程實踐場所，可為學(xué)生提供學(xué)習(xí)運行產(chǎn)品的機會，這種學(xué)習(xí)是通過實驗和做出他們所設(shè)計的產(chǎn)品來實現(xiàn)的。CDIO要求的運行環(huán)節(jié)，在學(xué)校教學(xué)環(huán)境下很難完成，通過運行工程實踐場所，模擬產(chǎn)品系統(tǒng)的運行環(huán)節(jié)，讓學(xué)生模擬市場客戶，評判同學(xué)的產(chǎn)品，提出改進意見，通常引入一些兄弟院校的學(xué)生參與，以保證產(chǎn)品的評價的全面和客觀，便于學(xué)生收集實用的改善意見，進行產(chǎn)品系統(tǒng)的改進。

4 結(jié)束語

廣州大學(xué)機械專業(yè)根據(jù)應(yīng)用型創(chuàng)新性人才培養(yǎng)需要，初步構(gòu)建了基于CDIO的機械人才培養(yǎng)模式、課程組織方式與課程體系，進行了教學(xué)模式探索和實踐場所設(shè)計，為CDIO的推進提供參考。并將進一步編寫教學(xué)大綱、課程大綱，擬定在下一個教學(xué)年度開始，進行人才的培養(yǎng)實踐，繼續(xù)深入進行CDIO與傳統(tǒng)教育模式、與地方性高校相結(jié)合的方面的研究，并在實踐中進行檢驗和優(yōu)化。

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