基于CDIO教育理念的工程實踐教學(xué)模式研究與探索

趙樹恩， 李玉玲， 張 鑄， 鐘 銳

(重慶交通大學(xué)機電與汽車工程學(xué)院，重慶 400074)

實踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，也是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必由之路。面對當(dāng)前日益突出的大學(xué)生就業(yè)難與企業(yè)招不到合用人才的矛盾問題，以及全球一體化進程的加劇和世界各國在政治、經(jīng)濟、文化、科技等各個領(lǐng)域表現(xiàn)出的交融特點，地方高等院校必須改革現(xiàn)有教育模式下的實踐教學(xué)體系，強化工程教育理念，以“項目實現(xiàn)”為教育載體，推行跨課程、跨學(xué)科、跨校際、跨領(lǐng)域的“跨域交融”“大實踐觀”的實踐教學(xué)運行模式，堅持走產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的發(fā)展之路，才能培養(yǎng)和造就既具有較好人文、自然科學(xué)素養(yǎng)，又具有一定國際視野和跨文化交流、競爭與合作能力的創(chuàng)新型復(fù)合人才[1]。因此，改革現(xiàn)有實踐教學(xué)運行模式，是當(dāng)前高等教育改革面臨的重要課題。

一、應(yīng)用型人才工程實踐及創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的薄弱環(huán)節(jié)

長期以來，我國高等教育始終未能徹底改變傳統(tǒng)學(xué)科型教育模式下實踐教學(xué)處于從屬地位的狀況，課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容強調(diào)理論研究，與實踐需求差距較大，教材內(nèi)容比較陳舊，沒有突出實踐性，課程體系仍然是“基礎(chǔ)課—專業(yè)基礎(chǔ)課—專業(yè)課”的“老三段”模式[2－6]。在教學(xué)培養(yǎng)方案中，除去入學(xué)教育、軍訓(xùn)、社會實踐、公益勞動等環(huán)節(jié)，與專業(yè)相關(guān)的實踐學(xué)時遠遠低于理論學(xué)時，學(xué)生的技術(shù)技能訓(xùn)練十分薄弱，具體表現(xiàn)為以下幾個方面。

(一)實踐教學(xué)采用傳統(tǒng)的單一灌輸式教學(xué)模式

實踐教學(xué)多采用驗證演示性教學(xué)方法，學(xué)生創(chuàng)新性思維和動手能力差。這主要是受中國傳統(tǒng)的知識儲備型教育質(zhì)量觀的影響，即以學(xué)生掌握理論知識的多少和學(xué)術(shù)水平的高低作為能力的評價指標(biāo)，未將學(xué)生非智力因素的發(fā)展、創(chuàng)新能力和國際視野納入高校教育質(zhì)量考核范圍之內(nèi)。

(二)對實踐教學(xué)重視不夠，教學(xué)內(nèi)容設(shè)置流于形式

大學(xué)生和年輕教師受傳統(tǒng)學(xué)科型教育理念的影響，對實踐教學(xué)在“創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)”人才培養(yǎng)中的重要作用認(rèn)識不足，此外在教學(xué)模式和課程設(shè)置時過于強調(diào)基礎(chǔ)理論知識教育，導(dǎo)致學(xué)生實際工作能力沒有得到很好的訓(xùn)練，使高等教育脫離生產(chǎn)實際和就業(yè)需要，造成畢業(yè)生高分低能，難以就業(yè)。

(三)實踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)體系封閉、延后、被動

大多數(shù)高校的實踐性教學(xué)項目仍附屬理論教學(xué)且滯后于科技發(fā)展的前沿技術(shù)，內(nèi)容單一、設(shè)備陳舊，缺乏課程、學(xué)科、領(lǐng)域等方面的“跨域交融”，從而造成學(xué)生動手操作機會少、實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)積極性不高和被動學(xué)習(xí)等問題。

(四)實踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)費投入不足

實踐教學(xué)環(huán)境(實習(xí)基地、實驗室、實驗設(shè)備等)建設(shè)是實施素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實踐能力的根本前提，但長期以來大多數(shù)高校實踐教學(xué)經(jīng)費普遍不足，致使實驗室、校內(nèi)實驗基地建設(shè)相對滯后，校外實踐教學(xué)基地缺乏穩(wěn)定性和連續(xù)性，從而嚴(yán)重影響實踐教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)定與提升。

(五)實踐教學(xué)師資不足、技能水平較低

實踐教學(xué)教師既是傳授知識和技能的教師，又是工程師和管理師，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力方面起著非常重要的作用。但目前受高校人事制度限制，新進教師都是“從高校走向高校”的高學(xué)歷人才，理論知識雄厚，普遍缺乏實踐鍛煉，很難培養(yǎng)和提高學(xué)生的實踐技能。

二、基于CDIO教育理念的專業(yè)課程體系建設(shè)

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[7－8]。CDIO 代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(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、實踐、團隊的方式學(xué)習(xí)專業(yè)知識。

我校車輛工程專業(yè)現(xiàn)有汽車工程和城市軌道車輛兩個專業(yè)方向。在構(gòu)建專業(yè)主干課程體系過程中，充分考慮到作為現(xiàn)代汽車領(lǐng)域的工程師，應(yīng)該能綜合運用科學(xué)的方法及觀點和技術(shù)手段來分析與解決各種工程問題，并能承擔(dān)工程技術(shù)中開發(fā)與應(yīng)用任務(wù)的基本要求，因此借鑒國際CDIO先進教學(xué)理念和經(jīng)驗，提出了基于知識(Knowledge)、能力(Ability)、素質(zhì)(Quality)的KAQ－CDIO專業(yè)課程體系內(nèi)涵，圖1所示為車輛工程(汽車)專業(yè)主干課程體系。該體系中加強了課程之間的交融和關(guān)聯(lián)，并通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

圖1 車輛工程專業(yè)主干課程結(jié)構(gòu)體系和實踐教學(xué)體系

三、基于CDIO教育理念的實踐教學(xué)體系建設(shè)

專業(yè)課程實驗在培養(yǎng)學(xué)生基本知識技能和提高學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力等方面，具有非常重要的地位[9－11]。因此，以“工程教育”為理念，以“項目實現(xiàn)”為載體，轉(zhuǎn)變專業(yè)模塊課實驗教學(xué)模式和手段，制定切實可行的專業(yè)課實驗教學(xué)目標(biāo)，是改進專業(yè)課實驗教學(xué)的必然。為此，我校車輛工程專業(yè)改變了以往的實驗教學(xué)觀念，強化課程交融、整合和優(yōu)化專業(yè)模塊課實驗內(nèi)容，全面開放實驗室，并以競賽為載體加強理論與實踐相結(jié)合，從根本上改變傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，構(gòu)建了車輛工程專業(yè)實驗教學(xué)新模式與體系。

(一)強化課程交融，實現(xiàn)實驗教學(xué)模塊化

專業(yè)模塊課實驗教學(xué)體系首先應(yīng)打破課程的界限，以強化學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，按照專業(yè)模塊課屬性、課程地位、實驗項目目的及技能培養(yǎng)要求，將課程實驗分為基礎(chǔ)知識層實驗、專業(yè)技能層實驗和創(chuàng)新設(shè)計層實驗3個層次，每個層次對應(yīng)若干專業(yè)模塊課程，并由若干實驗項目構(gòu)成專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容的總體框架，如圖1所示。

基礎(chǔ)知識層主要針對專業(yè)基礎(chǔ)課程，培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)理論課程實驗的基本操作方法、實驗技能、理論知識的感性認(rèn)識以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)學(xué)風(fēng)。包括基礎(chǔ)理論驗證模塊(由理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理等課程的實驗內(nèi)容組成)、測試技能模塊(由電工電子技術(shù)、汽車測試技術(shù)、車輛振動理論等課程的實驗內(nèi)容組成)。在這一層面除了驗證性實驗項目外，還可以通過專業(yè)基礎(chǔ)綜合實驗課、基礎(chǔ)實驗大賽、機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計大賽、汽車文化節(jié)等實踐性教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和學(xué)習(xí)積極性[12]。

專業(yè)技能層主要培養(yǎng)學(xué)生對汽車數(shù)字化設(shè)計與仿真的應(yīng)用能力。采用以工程項目為導(dǎo)向，將汽車CAD/CAE/CAM及現(xiàn)代設(shè)計理論與方法等課程內(nèi)容融合起來，通過綜合性、設(shè)計性實驗項目或CAD/CAE大賽等手段，理論聯(lián)系實際，強化學(xué)生工程應(yīng)用能力。

創(chuàng)新設(shè)計層主要培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)專業(yè)知識進行獨立發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，重點培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，包括汽車結(jié)構(gòu)模塊、創(chuàng)新設(shè)計模塊、綜合設(shè)計模塊等。

(二)整合實驗內(nèi)容，開設(shè)實驗課程

實驗教學(xué)是對理論教學(xué)的有益補充，是學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的一個系統(tǒng)學(xué)習(xí)過程。根據(jù)專業(yè)課程的屬性和地位，整合和優(yōu)化課程實驗教學(xué)內(nèi)容，獨立設(shè)置實驗課并建立獨立的考核機制，從而將“課實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩嶒炚n”，這不僅增加了實驗學(xué)時的機動性，而且加強了相關(guān)課程知識間的交融和關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了“指導(dǎo)—引導(dǎo)—探討”的實驗教學(xué)模式，以提高綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗項目的開出效果。

我校車輛工程專業(yè)根據(jù)專業(yè)基礎(chǔ)課程屬性和課程實驗教學(xué)需要，開設(shè)了車輛工程專業(yè)基礎(chǔ)實驗課和專業(yè)模塊實驗課。如將CAD/CAM、有限元基礎(chǔ)、車輛優(yōu)化設(shè)計、車輛控制理論等課程的部分實驗進行整合和優(yōu)化，開設(shè)汽車數(shù)字化設(shè)計與仿真綜合性實驗;將汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計、汽車?yán)碚摰日n程的部分實驗內(nèi)容整合，開設(shè)汽車拆裝實習(xí)和汽車創(chuàng)新設(shè)計大賽等實驗教學(xué)周，以保證實驗教學(xué)單獨設(shè)課的初步實施。

(三)開放實驗室，加強學(xué)生工程實踐能力培養(yǎng)

公開實驗室開放時間，學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)知識及課程要求自主設(shè)計實驗項目，再結(jié)合項目研究需要，預(yù)約實驗時間和實驗設(shè)備。實驗室對實驗開放時間進行科學(xué)安排，并安排教師進行指導(dǎo)，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使其真正成為實驗教學(xué)的主體，以加強學(xué)生工程實踐及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(四)以競賽為載體，創(chuàng)新實踐教學(xué)理念和考核模式

針對專業(yè)模塊課實驗教學(xué)涉及面廣、耗時較長、連續(xù)運行、學(xué)生自主設(shè)計不足等問題，采取以競賽為載體的專業(yè)課實驗教學(xué)模式，即結(jié)合專業(yè)模塊課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求，設(shè)計各種競賽活動，如綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗項目設(shè)計大賽，汽車創(chuàng)新設(shè)計大賽，“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽，飛思卡爾智能汽車大賽，節(jié)能小車大賽等，全方位培養(yǎng)學(xué)生分析、設(shè)計、制造等方面的工程實踐及創(chuàng)新能力，并可以將此類競賽成績作為學(xué)生專業(yè)模塊實驗課及工程實踐的考核結(jié)果，從而有效提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性和分析問題、解決問題的綜合能力。

四、建立產(chǎn)學(xué)研用合作的多元推動機制

(一)加強校內(nèi)工程實踐基地建設(shè)，突出工程實踐教學(xué)的綜合性與設(shè)計性

改造校內(nèi)工程訓(xùn)練中心，改革傳統(tǒng)金工實習(xí)單純操作式的實習(xí)內(nèi)容，增加面向設(shè)計、制造、測試內(nèi)容。購置數(shù)控加工中心、圖形工作站、工業(yè)機器人、電工與電子綜合實驗系統(tǒng)等設(shè)備，建立集計算機、機械、電子、汽車傳動與控制等綜合技術(shù)為一體的現(xiàn)代工程技術(shù)訓(xùn)練中心。學(xué)生在其中除了進行金工、電工電子等方面的基本技能訓(xùn)練外，還可進行包括計算機輔助設(shè)計與制造、汽車數(shù)字化設(shè)計與仿真等創(chuàng)新實踐訓(xùn)練。

(二)建立穩(wěn)定的校外工程實踐基地，突出產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的多向推動機制

市場經(jīng)濟條件下企業(yè)更注重直接經(jīng)濟效益和安全生產(chǎn)，普遍不愿接受學(xué)生的實習(xí)，即便是接受也是被動接受，學(xué)生動手操作的實踐機會很少，以致實習(xí)效果很不理想。要改變這種現(xiàn)狀，其核心問題在于探索出一條學(xué)校與企業(yè)合作教育的新模式。這需要從兩個層面開展工作，一是推動建立產(chǎn)學(xué)研全方位合作的機制，二是學(xué)校自身要適應(yīng)企業(yè)改革的趨勢，優(yōu)化工程實踐教學(xué)的組織與管理。為此，我校按照建立產(chǎn)學(xué)雙方共同參與、雙向推動的工程實踐教學(xué)運行機制，建立了穩(wěn)定、可行的校外實踐教學(xué)基地[13]。

(三)實施大學(xué)生課外創(chuàng)新行動，強化學(xué)生的實踐與創(chuàng)新能力

學(xué)校制定了“大學(xué)生課外創(chuàng)新行動計劃”，包括科學(xué)研究訓(xùn)練、工程實踐訓(xùn)練、課外創(chuàng)新實踐活動等。在這些活動中，積極推進以“項目實現(xiàn)”為載體的實踐教學(xué)模式，有計劃地組織學(xué)生參與教師的科研課題，學(xué)生也可自己提出研究型項目方案，學(xué)校酌情給予資助，學(xué)生自主在課外到校內(nèi)工程實踐基地進行研究，從而實現(xiàn)課堂理論教學(xué)與課外創(chuàng)新活動的有機結(jié)合及學(xué)生智力與非智力的協(xié)調(diào)發(fā)展，強化了學(xué)生的工程實踐和自我發(fā)展能力?！按髮W(xué)生課外創(chuàng)新行動計劃”已成為重慶交通大學(xué)機電與汽車工程學(xué)院“重實踐、強能力”的一個顯著特色。

實踐證明，基于CDIO工程教育理念的實踐教學(xué)運行模式和手段實現(xiàn)了理論知識與工程實踐的有機結(jié)合，既解決了專業(yè)課程抽象、枯燥的授課難題，又充分提高了學(xué)生的工程實踐及創(chuàng)新能力，這種實踐教學(xué)設(shè)計理念和模式深受廣大學(xué)生的好評，取得了良好的教學(xué)效果。

五、結(jié)束語

提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增強學(xué)生的工程實踐能力是21世紀(jì)我國高等工程教育的重要使命。高等院校應(yīng)轉(zhuǎn)變教育觀念，以現(xiàn)有實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，建立“跨域交融”的“大實踐觀”教學(xué)運行模式，推動多層次、全方位的協(xié)調(diào)與配合，才能真正培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代工程技術(shù)發(fā)展需求的綜合型專業(yè)人才。

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