基于CDIO的機(jī)電類卓越工程師培養(yǎng)模式探索

+賈光政+王金東+

［摘要］提出了基于CDIO的機(jī)電類卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的具體業(yè)務(wù)要求，規(guī)劃了符合本校實際的CDIO工程教育人才培養(yǎng)模式下的機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)課程體系改革內(nèi)容，探索了可行的實踐方法。通過不斷建設(shè)和完善CDIO工程教育模式，為今后實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃奠定了基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］機(jī)電類專業(yè)CDIO卓越工程師教育課程體系培養(yǎng)模式

［中圖分類號］G640［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2013）08-0046-03

一、卓越工程師教育與CDIO的關(guān)系

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”是國家宏觀的培養(yǎng)目標(biāo)要求，其工作思路是借鑒世界先進(jìn)國家高等工程教育的成功經(jīng)驗，創(chuàng)建具有中國特色工程教育模式，通過教育和行業(yè)、高校和企業(yè)的密切合作，以實際工程為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)和工程實踐能力，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需要的多種類型優(yōu)秀工程師。CDIO工程教育理念和培養(yǎng)模式注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的工程技術(shù)能力，尤其是項目組織、設(shè)計、開發(fā)和實施能力，以及較強(qiáng)的溝通和協(xié)調(diào)能力，體現(xiàn)了當(dāng)今工程教育的國際共識?？梢?，CDIO人才培養(yǎng)模式和理念與卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的教育理念是高度一致的，而且CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，應(yīng)該作為實現(xiàn)卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的重要途徑，也是加入卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的基礎(chǔ)。

二、機(jī)自專業(yè)卓越工程師教育培養(yǎng)要求

機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是典型的工科機(jī)電類專業(yè)，培養(yǎng)卓越工程師正是這類專業(yè)教育教學(xué)所追求的理想目標(biāo)。根據(jù)近年來專業(yè)進(jìn)行CDIO工程教育改革實踐取得的經(jīng)驗，開展卓越工程師教育培養(yǎng)模式的探索具有更積極的意義，而且卓越工程師教育對學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)的培養(yǎng)要有具體的要求。

1.接受通用知識的基礎(chǔ)教育，具有扎實的數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等自然科學(xué)基礎(chǔ)知識，較強(qiáng)的外語和計算機(jī)應(yīng)用能力，較好的人文、藝術(shù)和社會科學(xué)基礎(chǔ)，初步的經(jīng)濟(jì)管理知識。

2.接受專業(yè)基礎(chǔ)教育，較系統(tǒng)地掌握機(jī)械制圖、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計、電學(xué)、機(jī)械工程專業(yè)基礎(chǔ)領(lǐng)域的基本知識和技能。

3.接受專業(yè)基本技能訓(xùn)練，掌握本專業(yè)必須的零件測繪、力學(xué)分析計算、實驗、測試、數(shù)據(jù)分析、文獻(xiàn)檢索和基本工藝操作等方面的基本實踐技能。

4.接受專業(yè)知識教育與專業(yè)技能訓(xùn)練，具有本專業(yè)領(lǐng)域或方向所必需的專業(yè)知識，了解專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)行業(yè)的政策、法律和法規(guī)，了解本專業(yè)及相關(guān)學(xué)科前沿及發(fā)展趨勢。

5.接受工程意識與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)與訓(xùn)練，具有綜合運用所學(xué)理論、分析解決工程實際問題的能力，能夠參與生產(chǎn)、并具有基本的運行和維護(hù)能力，具有進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計、技術(shù)改造與創(chuàng)新的初步能力。

6.獲得綜合素質(zhì)的教育與培養(yǎng)，具有較強(qiáng)的交流溝通、環(huán)境適應(yīng)和團(tuán)隊合作的能力，具有較好的組織管理能力，具有良好的質(zhì)量、環(huán)境、職業(yè)健康、安全和服務(wù)意識，具有應(yīng)對危機(jī)與突發(fā)事件的初步能力，以及較高的綜合素質(zhì)和職業(yè)道德修養(yǎng)。

三、課程體系改革規(guī)劃與實踐

課程體系改革始終是貫徹CDIO工程教育改革理念，落實人才培養(yǎng)方案的具體保證。

（一）調(diào)整兩課開設(shè)學(xué)期，優(yōu)化課程布局

兩課是標(biāo)示中國特色高等教育的重要課程，共有356學(xué)時，16個必修學(xué)分，一般集中開設(shè)在大學(xué)一、二年級，在限制每學(xué)期計劃學(xué)時的要求下，一些基礎(chǔ)性課程被迫后延，對學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)和訓(xùn)練非常不利。本專業(yè)在CDIO工程教育改革實踐過程中，多方考察、學(xué)習(xí)，并與學(xué)校主管領(lǐng)導(dǎo)和教務(wù)處領(lǐng)導(dǎo)多次研究，做出了調(diào)整兩課開設(shè)學(xué)期的重大決定。將兩年完成的兩課主要教學(xué)任務(wù)調(diào)整為四年完成，即每學(xué)年開設(shè)一門政治哲學(xué)類課程，保證兩課四年不斷線：大一第一學(xué)期開設(shè) “思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)”，大二第一學(xué)期開設(shè)“中國近代史綱要”，大三第一學(xué)期開設(shè)“馬克思主義基本原理”，大四第一學(xué)期開設(shè)“毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論”。在兩課教學(xué)過程中，可以通過課程內(nèi)容的改革，重點教育和培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和社會責(zé)任感。在大三、大四學(xué)年開設(shè)政治課更有利于準(zhǔn)備考研的學(xué)生學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，大二調(diào)整兩課余出的學(xué)時由技術(shù)基礎(chǔ)課來遞進(jìn)填補(bǔ)，優(yōu)化了課程布局，為學(xué)生開展創(chuàng)新訓(xùn)練提供了專業(yè)基礎(chǔ)，更有利于專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。

（二）公共基礎(chǔ)課程體現(xiàn)工程應(yīng)用意識

英語課分層次教學(xué)，入學(xué)即可參加大學(xué)四、六級考試，通過者可以進(jìn)入專業(yè)實驗室接受工程意識和創(chuàng)新能力訓(xùn)練。

數(shù)學(xué)課教學(xué)內(nèi)容與方式改革，在講述數(shù)學(xué)知識的過程中，啟迪學(xué)生的數(shù)學(xué)思維方式，教會應(yīng)用數(shù)學(xué)理論進(jìn)行工程建模的方法，數(shù)學(xué)中的實例應(yīng)該以機(jī)械工程的具體對象為目標(biāo)，使學(xué)生體會到學(xué)以致用的感覺，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

大學(xué)物理課教學(xué)內(nèi)容與方式改革，在講授物理知識的基礎(chǔ)上，傳授和訓(xùn)練進(jìn)行物理實驗的基本方法、基本技能，訓(xùn)練觀察現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析的能力，為工程實驗奠定基礎(chǔ)。

（三）技術(shù)基礎(chǔ)課程培養(yǎng)工程意識

在大一第二學(xué)期新增開設(shè)機(jī)械工程導(dǎo)論課程，介紹機(jī)自專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)計劃、學(xué)科發(fā)展、工程案例，為學(xué)生提供一個開發(fā)產(chǎn)品、裝備和系統(tǒng)的理論知識與工程實踐的基本思維框架；勾勒出一個工程師的任務(wù)和職責(zé)，以及如何應(yīng)用科學(xué)知識來完成這些任務(wù)的思維方法；并有意識地引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)必要的個人能力和人際交往能力；進(jìn)行學(xué)為所用的工程意識的啟蒙教育。

改革機(jī)械制圖課程體系，增加三維圖形教學(xué)內(nèi)容，將獨立開設(shè)的零件測繪教學(xué)環(huán)節(jié)融入機(jī)械制圖理論課的進(jìn)程中，理論與實踐應(yīng)用綜合在一起，同步進(jìn)行，初步培養(yǎng)學(xué)為所用的工程意識。

機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計課程體系改革，將獨立開設(shè)的機(jī)械原理課程設(shè)計和機(jī)械零件課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)調(diào)整到對應(yīng)的理論課學(xué)期，將課程設(shè)計內(nèi)容與理論課內(nèi)容綜合在一起，同步進(jìn)行。在機(jī)械原理或機(jī)械設(shè)計理論課開始之初，將課程設(shè)計的任務(wù)布置給聽課學(xué)生，并要求理論課程結(jié)束時完成課程設(shè)計任務(wù)。教師講授理論課時始終關(guān)注課程設(shè)計內(nèi)容，督促和指導(dǎo)學(xué)生完成所講相關(guān)內(nèi)容的課程設(shè)計任務(wù)，使學(xué)生邊學(xué)、邊練、邊用，理論緊密聯(lián)系實際，不斷建立學(xué)為所用的工程意識。機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計課程與原培養(yǎng)計劃比較，分別提前1個學(xué)期開課，以便為后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課提供前期知識。

（四）專業(yè)課程增強(qiáng)實踐能力訓(xùn)練

專業(yè)課程的改革方式是減少專業(yè)課的理論授課學(xué)時，大幅度增加實驗、實踐訓(xùn)練學(xué)時，盡量將CDIO理念貫穿于課程教學(xué)中。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)、對主要課程及學(xué)時比例進(jìn)行了綜合調(diào)整，構(gòu)成如表1所示，其中單片機(jī)原理及應(yīng)用、井下作業(yè)設(shè)備與工具和海洋石油裝備概論為新增課程，目的是增強(qiáng)機(jī)電基礎(chǔ)和突出石油特色；合計增加100個實驗學(xué)時、88個理論學(xué)時。取消了獨立的專業(yè)英語課程，設(shè)置兩門以上的專業(yè)課程采用雙語教學(xué)，從而保證學(xué)生專業(yè)外語應(yīng)用水平；專業(yè)英語（64學(xué)時）和毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論（96學(xué)時）后置余出的160個必修課程學(xué)時基本平衡了增加的專業(yè)課理論和實驗學(xué)時。

表1課程改革新增實驗學(xué)時課程列表

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（五）課程設(shè)計實施CDIO模式

“機(jī)構(gòu)分析創(chuàng)新設(shè)計”和“機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計”是東北石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)參加教育部CDIO工程教育改革試點，實現(xiàn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的目標(biāo)，為培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生的個人、人際交往和團(tuán)隊合作能力，產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的設(shè)計、建造和控制能力，而分別在大二和大三短學(xué)期新增設(shè)的2個理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)環(huán)節(jié)。目的是為學(xué)生逐步獲得優(yōu)良的工程素質(zhì)和綜合能力（學(xué)會求知、學(xué)會做人、學(xué)會做事、善于合作）奠定基礎(chǔ)。

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每個班分成6~7個設(shè)計小組，每個小組獨立承擔(dān)一個設(shè)計題目，由4~5人組成，自選組長，組長負(fù)責(zé)設(shè)計小組任務(wù)分配、組織管理和工作協(xié)調(diào)。每個小組提交一份設(shè)計報告和每個小組成員的個人工作過程記錄（手寫），并進(jìn)行ppt匯報答辯。機(jī)構(gòu)分析創(chuàng)新設(shè)計提交的設(shè)計報告包括：設(shè)計分析說明書、CAD 設(shè)計圖紙；機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計提交的設(shè)計報告包括：設(shè)計分析說明書、CAD 設(shè)計圖紙、控制原理圖、電氣回路圖、程序設(shè)計圖。

課程設(shè)計的考核方式進(jìn)行了如下探索：

1.組長給定本設(shè)計小組成員的個人貢獻(xiàn)或成績排序。設(shè)計小組組長根據(jù)小組同學(xué)的個人貢獻(xiàn)、合作表現(xiàn)，按分差不小于2分給出小組成員個人成績，或給出小組成員成績排序。

2.指導(dǎo)教師組成的答辯組評定設(shè)計小組成績。答辯組根據(jù)每個小組設(shè)計總結(jié)報告撰寫的質(zhì)量（結(jié)構(gòu)層次、語言表達(dá)、分析計算、撰寫規(guī)范）；設(shè)計圖紙的質(zhì)量（圖紙完整、表達(dá)正確、符合規(guī)范）；答辯過程表現(xiàn)（匯報講述、回答問題、PPT質(zhì)量）等項目按百分制綜合給出該組設(shè)計的綜合成績。小組的答辯綜合成績?yōu)樾〗M成員的個人成績中間值偏上。

3.指導(dǎo)教師還可以根據(jù)設(shè)計小組每個同學(xué)的平時表現(xiàn)（出勤情況、工作態(tài)度、提問情況）調(diào)整個別同學(xué)的個人成績，更好地維護(hù)公平性。

4.學(xué)生自評與團(tuán)隊成員互評可以調(diào)整小組組長給出的成績排序偏差。小組成員自評主要考核學(xué)生的誠實性；團(tuán)隊成員互評主要考核學(xué)生的公正性和團(tuán)結(jié)互助精神。

（六）畢業(yè)設(shè)計實施CDIO模式

大四第二學(xué)期全部進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，將畢業(yè)設(shè)計從13周延長至18周，有利于完整系統(tǒng)地實施CDIO工程教育模式。

在畢業(yè)設(shè)計的準(zhǔn)備、進(jìn)行和總結(jié)的全過程中，對各個環(huán)節(jié)都進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。首先在選題上，采取指導(dǎo)教師申報題目，然后由教研室從中優(yōu)選確定，保證工程實際設(shè)計題目占到80%的比例。將確定好的設(shè)計題目下發(fā)給學(xué)生，使學(xué)生有很大的選擇權(quán)利，在個別嚴(yán)重沖突的題目上，由教研室做適當(dāng)調(diào)整。這樣做，能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計的積極性。

學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中，把幾年中所學(xué)的理論知識綜合應(yīng)用于工程實際，不僅鍛煉了他們分析研究問題的能力，而且增強(qiáng)了他們的工作責(zé)任感，從而使他們投入更多的精力；遇到疑難問題，指導(dǎo)教師能及時地給予啟發(fā)，并與之研究、討論，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識。對于常出現(xiàn)的問題事先講給學(xué)生，使其自檢、互檢，有問題及時修改，爭取交出一份質(zhì)量較高的畢業(yè)設(shè)計答卷。

在畢業(yè)設(shè)計的最后階段，教師根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)書對設(shè)計圖紙嚴(yán)格審查，杜絕在答辯時出現(xiàn)“設(shè)備無法安裝、機(jī)構(gòu)不能轉(zhuǎn)動、機(jī)件互相碰撞、工件不能加工”等原則性問題。隨著畢業(yè)設(shè)計的完成，多數(shù)學(xué)生基本掌握了進(jìn)行工程設(shè)計和解決工程實際問題的方式和方法，并培養(yǎng)了創(chuàng)新意識，已具備直接服務(wù)于生產(chǎn)與工程建設(shè)的能力。在教師嚴(yán)格要求、認(rèn)真把關(guān)下，學(xué)生完成較好的畢業(yè)設(shè)計可以直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，經(jīng)過近兩年的統(tǒng)計，學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計經(jīng)修改后直接應(yīng)用于工程實際生產(chǎn)的占18%左右。

四、CDIO實踐總結(jié)

2010年機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)代表東北石油大學(xué)成為教育部CDIO工程教育模式第二批試點院校。經(jīng)過多年的實踐探索，機(jī)自專業(yè)基于CDIO教育理念的人才培養(yǎng)模式已經(jīng)逐步形成，對專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方向、教學(xué)計劃、課程教學(xué)大綱、實踐環(huán)節(jié)教學(xué)大綱、課程教學(xué)體系等進(jìn)行了卓有成效的改革與建設(shè)。

東北石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)已經(jīng)分別在機(jī)自07級、08級、09級的部分課程和環(huán)節(jié)逐步開展了CDIO工程教育模式的探索性實踐，完成了機(jī)電一體化原理及應(yīng)用、數(shù)控加工技術(shù)、電氣控制技術(shù)、液壓與氣動、機(jī)械控制工程、石油鉆采機(jī)械等課程為載體的CDIO三級項目實施試點工作，都取得了預(yù)期的效果，并獲得了良好的經(jīng)驗；機(jī)自2010級、2011級的人才培養(yǎng)方案已經(jīng)融入了CDIO理念，并根據(jù)調(diào)整后的課程體系有序地進(jìn)行全面實踐和總結(jié)；機(jī)自2012級、2013級的人才培養(yǎng)方案在CDIO實踐基礎(chǔ)上又加入了卓越工程師培養(yǎng)計劃的新要求，正在進(jìn)行著初步的實踐探索。

CDIO工程教育模式的廣泛實踐有效促進(jìn)了本專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃和科技創(chuàng)新活動的開展。在創(chuàng)新實踐活動中，學(xué)生明確自己的發(fā)展目標(biāo)，積極性、主動性非常高， 2010~2013年本專業(yè)學(xué)生承擔(dān)或完成 “國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目”15項，發(fā)表科技論文10篇，獲得以“挑戰(zhàn)杯”為主的科技競賽獎勵30余項。

五、結(jié)束語

東北石油大學(xué)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)在CDIO工程教育改革實踐過程中不斷探索和總結(jié)，逐漸積累了一些工程教育改革的經(jīng)驗，基本建立起CDIO工程教育的實施環(huán)境，為培養(yǎng)一批工程意識好，實際工作能力強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生奠定了良好的基礎(chǔ)。同時，我們也在實踐中漸進(jìn)性地理解卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的內(nèi)涵，并逐步明確：CDIO工程教育與卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的理念是一致的，卓越工程師教育培養(yǎng)計劃是宏觀指導(dǎo)方針，CDIO是具體實施模式和重要基礎(chǔ)。

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［3］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,（5）.

［4］鄒龍慶,賈光政,王金東.石油特色高校機(jī)電類CDIO工程教育模式探索［J］.中國電力教育，2012,（4）.

［責(zé)任編輯：雷艷］

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