基于CDIO的機械專業(yè)教育改革實施方案探究

孫棟　陳海虹

【摘 要】針對當前我國高等工程教育實踐能力不足，創(chuàng)新教育欠缺、工程化程度不夠等弊端，積極引入和推動CDIO工程教育改革，結合我校實際情況，探討并制定基于CDIO的機械設計制造及其自動化專業(yè)改革實施方案，培養(yǎng)符合學校定位的高質量應用型工程技術人才。

【關鍵詞】CDIO工程教育 機械 改革實施方案 應用型

1 前言

在傳統(tǒng)教育模式下，當前我國高等工程教育存在著諸多弊端，如實踐教育和工程設計訓練不足、師資隊伍工程背景欠缺、創(chuàng)新教育不足、缺乏興趣培養(yǎng)等。我校作為一所新建理工類本科院校，旨在培養(yǎng)有責任、精技術、會管理、善創(chuàng)新的工程技術專業(yè)人才。在這樣的背景條件下，CDIO教育理念迅速成為我校教育改革的焦點。通過實施CDIO教學改革，旨在培養(yǎng)符合學校定位目標，具備優(yōu)秀的職業(yè)道德、正直、富有責任感，并具有較強的項目開發(fā)、設計和制造能力、較強的創(chuàng)新能力、較強的團隊精神和領導能力、較強的溝通能力的應用型工程師。

2 CDIO運作可行性

2.1 CDIO理念的優(yōu)勢

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate） ，它以產品研發(fā)到產品運行的生命周期為載體 ，讓學生以主動的、 實踐的、 課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO 的理念在繼承和發(fā)展歐美20多年來工程教育改革的基礎上，系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標準，按CDIO模式培養(yǎng)的學生深受社會與企業(yè)歡迎。

CDIO包括了三個核心文件：1個愿景、1個大綱和12條標準。它的愿景為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統(tǒng)的構思—設計—實現—運行（CDIO）過程的背景環(huán)境基礎上的工程教育。它的大綱首次將工程師必須具備的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO全過程能力以逐級細化的方式表達出來（3級、70條、400多款），使工程教育改革具有更加明確的方向性、系統(tǒng)性。它的12條標準對整個模式的實施和檢驗進行了系統(tǒng)地、全面地指引，使得工程教育改革具體化、可操作、可測量，并對學生和教師都具有重要指導意義。CDIO體現了系統(tǒng)性、科學性和先進性的統(tǒng)一，代表了當代工程教育的發(fā)展趨勢。

2.2 我校實施CDIO的優(yōu)勢

（1）我校是應工業(yè)強省戰(zhàn)略和城鎮(zhèn)化帶動戰(zhàn)略對理工類應用型人才之需而建立的一所年輕的理工類院校，旨在培養(yǎng)有責任、精技術、會管理、善創(chuàng)新的工程技術專業(yè)人才。這樣的辦學目標正與CDIO工程教育模式不謀而合，將其合理實施開展，必然會取得良好效果。

（2）我校是西南地區(qū)乃至全國最年輕的理工類高校。一方面，存在經驗不足、資源缺乏等問題；但從另一個方面來講，年輕也意味著在改革實施過程中，它比相對成熟的高校所受的阻力要小，且校領導高度重視教學改革，在制度、政策、資金等方面都給予大力支持。

（3）我校師資隊伍年輕化，青年教師勇于探索，敢于創(chuàng)新，不易受傳統(tǒng)教學的束縛。在引入CDIO理念后，積極制定方案，并配置完善實施改革所需的基礎設施。

（4）2013年秋季我校迎來第一屆學生，90后成為學生的主體，他們思想靈活、創(chuàng)造力豐富，樂于接受新事物和新挑戰(zhàn)。

2.3 CDIO的實施與評估

CDIO的實施是要將學科概念和能力整合在一起。例如，主動發(fā)現問題、分析問題、解決問題貫穿學習始終。再如，機械工程的原理被用在產品或過程的構思和設計中。這種時間的雙重利用可以在達到CDIO學習結果的同時不用犧牲課程量及學科的理論深度。同時，在教學過程中，要充分發(fā)揮實踐教學和實驗室的作用，讓學生在課程整合的同時，做到理論和實際的整合。從教師的層面講，在改革過程中，教學計劃、教學和學習方法的研究與發(fā)展是教師職責和工作的重要組成部分。

為了能夠展示出CDIO帶來的差異，評估是很重要的。衡量改革效果的標準隨專業(yè)的不同而改變?？赡馨ǎ簩W生選本專業(yè)志愿率增高或學生保有率增高；學生、教師和關鍵利益相關者的滿意度增高；達到更多的專業(yè)目標；學生在校外專業(yè)團體所獲的獎項或認可度增加；或者就業(yè)率提高等。

3 機械工程學院CDIO實施方案

在制定實施方案前，我們必須分析以下幾個核心問題：1.現代工程師需要具備哪些知識和能力？2.應如何使學生具備這些知識和能力？3.如何評估學生畢業(yè)時掌握了這些知識和具備了相應的能力？解決這三個問題的思路也就是我們實施CDIO應有的思路。經過探討，我院CDIO實施過程主要如下：

序號 內容 備注

1 制定專業(yè)培養(yǎng)目標 對學生、機電企事業(yè)單位、專家學者走訪調查，經專家論證確定適應改革形式、市場需求、具有前瞻性、服務當地發(fā)展的專業(yè)培養(yǎng)目標。

2 構建能力模塊 知識、能力、素質

3 構建課程體系 完成課程體系及培養(yǎng)標準實現矩陣表

4 三級項目設計 （1）一級項目：模擬企業(yè)產品研發(fā)的全過程

（2）二級項目：基于課程群模擬企業(yè)產品的構思與設計過程

（3）三級項目：核心課程內根據需要而設，模擬產品的制造過程

5 革新教學方法 貫穿始終，實施基于項目/問題等探究式主動學習為核心的教與學方法，強調發(fā)現問題、分析問題和解決問題的能力，采用邊講邊實驗邊討論，讓學生成為課堂上的主動者。

6 建立教學質量評估體系及持續(xù)改進機制 建立以質量保障體系為核心的持續(xù)改進機制，根據評估結果，隨著學科的發(fā)展、社會的需要，調整專業(yè)培養(yǎng)目標、專業(yè)能力大綱、課程體系改進教學方法，調整教學活動，改變評估工具和方法。

4 項目示例

現以機器人項目為例，說明課程、能力、項目之間的有機結合。

一級 二級 三級 課程 能力

機

器

人 執(zhí)行機構

（機器人本體，機構設計） 行走機構 制圖、工程材料及成型技術、機原、機設、工藝學、數控技術、機械加工設備、現代切削加工技術、特種加工、互換性與測量技術、優(yōu)化設計、有限元分析、計算機仿真、CAD＼CAM技術 1.技術知識和推理能力

2.個人職業(yè)技能和職業(yè)道德

3.人際交往能力

4.企業(yè)和社會環(huán)境下的

構思、設計、實施和運行系統(tǒng)

夾持機構

支撐與旋轉機構

驅動裝置

（借助于動力元件使機器人進行動作） 行走驅動 制圖、液氣壓傳動與控制、機原、機設、互換性與測量技術、交流技術與交流調速、機電傳動與控制

夾持驅動

旋轉驅動

檢測裝置

（實時檢測、反饋、調整機器人的運動及工作情況） 內部信息傳感器（各關節(jié)位置、速度、加速度等） 制圖、電工學與電子技術、機械工程控制基礎、C語言程序設計、測試技術、計算機網絡基礎、光電技術與系統(tǒng)、機電傳動與控制

外部信息傳感器（作業(yè)對象及外界環(huán)境信息）

信息處理（處理傳感器采集數據，閉環(huán)控制）

控制系統(tǒng)

（通過集中或分散式控制，使機器人完成預定指令） 搭建硬件平臺 電工學與電子技術、C語言程序設計、計算機網絡基礎、光電技術與系統(tǒng)、測試技術

集中式控制軟件編程

分散式控制軟件編程

5 總結

基于CDIO的基本原理，借鑒工程教育工程化的教育理念，結合專業(yè)人才培養(yǎng)目標，以產品為載體，把工程化作為教學平臺，完成機械工程學院基于CDIO的機械設計制造及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，探索適合機械工程學院學生的教學方法和手段，提高教學質量。

【參考文獻】

[1]曹建樹，代峰燕，王殿君，王偉. 一般工科院校機電類專業(yè)CDIO工程教育模式的研究和實踐[C]. 2011北京CDIO區(qū)域性國家會議文集——面向未來工程職場的CDIO教育模式研究與實踐， 2011： 184.

[2]查建中.論“做中學”戰(zhàn)略下的CDIO 模式[J].高等工程教育研究，2008（3）： 1-9.

[3]黃華圣. 從企業(yè)角度，探索產學合作及高校工程訓練新模式[C]. 2011北京CDIO區(qū)域性國家會議文集——面向未來工程職場的CDIO教育模式研究與實踐， 2011： 218.

[4]朱輝，單鴻波，曹桄，金怡等.畫法幾何及工程制圖[M].上?？茖W技術出版社，2013.

[5]顧佩華，沈民奮，陸小華譯.重新認識工程教育——國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].北京高等教育出版社，2009.