基于CDIO理念的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化人才培養(yǎng)模式探究

何船

摘 要：文章基于CDIO理念對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了改革，創(chuàng)建了新的人才培養(yǎng)模式，采取了新的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，旨在對(duì)高校培養(yǎng)適合現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展需要的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才以及其他高校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)改革與人才培養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：CDIO；機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化；模式

中圖分類號(hào)：G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2018）01-0076-02

隨著信息化進(jìn)程的推進(jìn)及新型工業(yè)化道路的提出，我國(guó)傳統(tǒng)機(jī)械工程教育面臨巨大的挑戰(zhàn)。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)作為我國(guó)傳統(tǒng)工程教育中發(fā)展較為成熟的專業(yè)，更是肩負(fù)著為機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)輸送工程技術(shù)人才的重任。然而，傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式已經(jīng)暴露出越來越多的問題，各大高校培養(yǎng)出來的畢業(yè)生越來越無法滿足企業(yè)日新月異發(fā)展的需要。因此，教育部于2010年啟動(dòng)了“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。該計(jì)劃的總體思路是以工程實(shí)際為背景，以工程技術(shù)為主線，通過高校和行業(yè)企業(yè)的密切合作，強(qiáng)化學(xué)生工程素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)[1]。

一、CDIO理念的內(nèi)涵

CDIO是國(guó)際工程教育的一種創(chuàng)新模式，代表了構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate），它基于產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)的生命周期而設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)真實(shí)社會(huì)背景下的工程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)學(xué)習(xí)與工程實(shí)踐能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合的工程人才理念。國(guó)內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)表明，CDIO的工程教育理念與機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)有極大的契合度及極強(qiáng)的可操作性，能夠系統(tǒng)地開發(fā)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的技術(shù)技能、知識(shí)和創(chuàng)造力[2]。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)制造人才培養(yǎng)新模式的構(gòu)建

依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的人才培養(yǎng)目標(biāo)，以培養(yǎng)適合企業(yè)發(fā)展需要的應(yīng)用型人才為中心，以“工程實(shí)現(xiàn)”理念為指導(dǎo)，創(chuàng)建了以四個(gè)體系、兩個(gè)機(jī)制、一個(gè)基地為主要內(nèi)容，體現(xiàn)“理論教學(xué)、工程實(shí)踐教學(xué)、自主學(xué)習(xí)”三位一體的機(jī)械類人才培養(yǎng)新模式。建立自主學(xué)習(xí)體系、工程實(shí)踐教學(xué)體系、綜合課程體系、教學(xué)質(zhì)量保證體系等四個(gè)體系，開拓創(chuàng)新激勵(lì)、企業(yè)參與引導(dǎo)兩個(gè)機(jī)制，完善校外實(shí)習(xí)基地、企業(yè)工程實(shí)踐教育中心、實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)建設(shè)。綜合課程體系建設(shè)包含基礎(chǔ)科學(xué)課程、核心工程基礎(chǔ)科學(xué)課程以及高級(jí)工程基礎(chǔ)科學(xué)課程、人文和社會(huì)科學(xué)等課程的建設(shè)。工程實(shí)踐教學(xué)體系包含工程認(rèn)知實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)踐訓(xùn)練，機(jī)械工程綜合實(shí)踐訓(xùn)練等。自主學(xué)習(xí)體系包含科技競(jìng)賽、企業(yè)工程實(shí)踐及自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等。教學(xué)質(zhì)量保證體系包含“計(jì)劃、運(yùn)行、控制、反饋、改進(jìn)”在內(nèi)的質(zhì)量管理閉環(huán)。

三、人才培養(yǎng)方案改革的實(shí)施策略

（一）依托行業(yè)背景，改革專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)

將人才培養(yǎng)與行業(yè)、企業(yè)特色相結(jié)合，參照“卓越計(jì)劃”的通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，參照中國(guó)工程教育認(rèn)證的通用標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合服務(wù)的內(nèi)涵，制定出符合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)需求的專業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。將培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化為知識(shí)能力大綱，依據(jù)知識(shí)能力大綱對(duì)課程進(jìn)行整合，將知識(shí)能力培養(yǎng)落實(shí)到具體的課程和教學(xué)環(huán)節(jié)中，參照CDIO大綱和CDIO標(biāo)準(zhǔn)制定知識(shí)能力大綱。根據(jù)專業(yè)知識(shí)能力大綱和重構(gòu)的課程體系或整合的課程，最終建立專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)矩陣。

（二）優(yōu)化課程體系

課程體系改革主要圍繞自主學(xué)習(xí)體系、工程實(shí)踐教學(xué)體系、綜合課程體系進(jìn)行。在自主學(xué)習(xí)體系中，針對(duì)每個(gè)學(xué)生完成的二級(jí)項(xiàng)目具體內(nèi)容的不同，設(shè)置了不同的選修課程。在綜合課程體系中，結(jié)合公共基礎(chǔ)課程在人才培養(yǎng)中的作用，按照能力及課程間的相關(guān)對(duì)應(yīng)關(guān)系，搭建學(xué)生的“知識(shí)、能力、素質(zhì)”協(xié)調(diào)發(fā)展的一體化人才培養(yǎng)的綜合課程體系。在工程實(shí)踐教學(xué)體系中，為低年級(jí)的學(xué)生設(shè)立工程實(shí)踐導(dǎo)論、工程基礎(chǔ)訓(xùn)練等課程，初步培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

在CDIO教學(xué)過程中，將項(xiàng)目學(xué)習(xí)貫穿于整個(gè)學(xué)習(xí)階段[3]，在人才培養(yǎng)方案中，可通過采用CDIO模式進(jìn)行不同層級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施。如：一級(jí)項(xiàng)目、二級(jí)項(xiàng)目、三級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施，并明確三個(gè)級(jí)別的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，相關(guān)課程群、專業(yè)核心課程的關(guān)系，以使項(xiàng)目貫穿的教學(xué)方案有可操作性、構(gòu)建新的學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方法。根據(jù)CDIO的構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作的企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的過程，設(shè)計(jì)工程教育的教學(xué)過程，在不同教學(xué)學(xué)年循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)一級(jí)項(xiàng)目、二級(jí)項(xiàng)目和三級(jí)項(xiàng)目，結(jié)合整合過后的課程，完成以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的探究式工程教育過程。例如：以機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)2015級(jí)設(shè)立的40人的實(shí)驗(yàn)班為例。

一級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施：結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力。學(xué)生在四年中的具體一級(jí)項(xiàng)目為：第三學(xué)年的一級(jí)項(xiàng)目為機(jī)器人項(xiàng)目，第四學(xué)年的一級(jí)項(xiàng)目為畢業(yè)設(shè)計(jì)。

二級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與實(shí)施：基于專業(yè)核心課程群、專業(yè)基礎(chǔ)核心課程群，結(jié)合教學(xué)實(shí)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)及制造專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用能力。具體二級(jí)項(xiàng)目為：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、機(jī)械手的設(shè)計(jì)、機(jī)器人創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。

三級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施：本專業(yè)的專業(yè)核心課程有機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械加工設(shè)備、機(jī)床電氣自動(dòng)控制、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)。為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)核心課程知識(shí)的理解、培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力，我們進(jìn)行三級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，具體三級(jí)項(xiàng)目包括：軸類零件的機(jī)械加工、機(jī)床主軸箱拆裝與設(shè)計(jì)、自動(dòng)往返工作臺(tái)控制系統(tǒng)、機(jī)械工程控制綜合實(shí)驗(yàn)等。在三級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施中，可結(jié)合不同設(shè)計(jì)項(xiàng)目的需要，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，進(jìn)行獨(dú)立自主的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

各級(jí)項(xiàng)目的選取緊緊圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo)，項(xiàng)目本身應(yīng)該技術(shù)含量高、通用性強(qiáng)、貼近企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，并將公共基礎(chǔ)課教學(xué)與具體項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)全程工程素質(zhì)能力培養(yǎng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生完成一個(gè)小型項(xiàng)目或大項(xiàng)目中一個(gè)完整的部分，整個(gè)項(xiàng)目由學(xué)生獨(dú)立完成，教師則側(cè)重于對(duì)學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施中出現(xiàn)的問題進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。圖1為CDIO模式下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的課程體系。

（三）創(chuàng)新教學(xué)方法

采取多種教學(xué)方法相結(jié)合的方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。CDIO是一種深入性的探究式學(xué)習(xí)，研討式學(xué)習(xí)，興趣增長(zhǎng)式學(xué)習(xí)，掌握研究方法式的學(xué)習(xí)。需要學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中有很強(qiáng)的獨(dú)立獲取知識(shí)的能力，綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，以及創(chuàng)新思維能力。只有通過改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)方法單一的不足，才能最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在教學(xué)方法上可引入啟發(fā)式教學(xué)、參與式教學(xué)、多媒體教學(xué)以及現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)等多種教學(xué)方法相結(jié)合的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對(duì)于一些理論性不強(qiáng)的課程可以采取微課、慕課與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)。教師可設(shè)計(jì)出題目，學(xué)生自主選題，完成自主設(shè)計(jì)、分析、實(shí)現(xiàn)、總結(jié)與匯報(bào)等全部環(huán)節(jié)，教師僅啟發(fā)式引導(dǎo)；對(duì)于像機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、特種加工、機(jī)械制造裝備這樣的課程可采取現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)與視頻教學(xué)相結(jié)合的方式。在教學(xué)方法改進(jìn)上，可充分將現(xiàn)代技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)技術(shù)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

（四）完善實(shí)踐教學(xué)模式

加強(qiáng)與企業(yè)的深度融合，在企業(yè)建立校企人才培養(yǎng)的綜合平臺(tái)即工程實(shí)踐教育中心，負(fù)責(zé)部分工程實(shí)踐的教學(xué)內(nèi)容，以“學(xué)徒制”、“頂崗制”、“導(dǎo)師制”的模式加強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力及研究設(shè)計(jì)能力。

加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，改變傳統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)模式，提高綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比例，所選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需緊密貼合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，使學(xué)生受到接近實(shí)際的工程訓(xùn)練。引入研究型實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)、實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)、網(wǎng)上演示實(shí)驗(yàn)、機(jī)構(gòu)拆裝實(shí)驗(yàn)、課程綜合實(shí)驗(yàn)等多種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，并根?jù)實(shí)際課程特點(diǎn)及人才培養(yǎng)方案總體安排，建立階梯遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)總體框架。增設(shè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，根據(jù)課堂所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)室及金工實(shí)訓(xùn)中心現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，由學(xué)生自主搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。充分利用大學(xué)生的課程設(shè)計(jì)、科技競(jìng)賽等提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（五）加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)改革

在CDIO教學(xué)過程中，更加注重培養(yǎng)的是學(xué)生的綜合能力，包括團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、溝通表達(dá)能力等，這就決定了采用CDIO教學(xué)模式后對(duì)教師的綜合能力水平的要求更高。為了適應(yīng)人才培養(yǎng)的新模式，必須對(duì)傳統(tǒng)的師資隊(duì)伍建設(shè)方法進(jìn)行改革，以建設(shè)出一支高素質(zhì)的能解決工程實(shí)際問題的師資隊(duì)伍。

1.注重培養(yǎng)“雙師型”教師。目前，高校引入的教師普遍具有高學(xué)歷，但又缺少實(shí)際的工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致最終的教學(xué)效果重理論，輕實(shí)踐。CDIO教學(xué)模式下，需要的是具備一定工程知識(shí)的教師，如此才能更好地指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)際的工程項(xiàng)目。通過校企合作，校外實(shí)習(xí)基地建設(shè)等，定期輸送校內(nèi)教師到企業(yè)、工廠等生產(chǎn)一線進(jìn)行在職培訓(xùn)，也可通過校企合作讓教師參與到實(shí)際的工程項(xiàng)目中，加強(qiáng)教師工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累。

2.通過啟用導(dǎo)師制，引入高水平教師。在CDIO這種新的教學(xué)模式下，啟用導(dǎo)師制，更有利于學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新型的工程技術(shù)人才。從省內(nèi)重點(diǎn)高校引入高學(xué)歷和高水平的教師作為學(xué)生的兼職導(dǎo)師，或從企業(yè)引入有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的符合條件的工程師作為學(xué)生的校外導(dǎo)師，讓他們定期為學(xué)生進(jìn)行工程知識(shí)及專業(yè)知識(shí)的指導(dǎo)，包括科研課題研究、課外科技競(jìng)賽指導(dǎo)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)、科技前沿信息引導(dǎo)、工程實(shí)際項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)、職業(yè)生涯規(guī)劃等。

筆者結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)要求，探索了基于CDIO教學(xué)理念的人才培養(yǎng)新模式，重點(diǎn)分析了CDIO教學(xué)理念在教學(xué)體系改革、教學(xué)方法改革、實(shí)踐教學(xué)模式改革、師資隊(duì)伍建設(shè)改革中的具體應(yīng)用，這對(duì)高校相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)模式有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣占四，王衍學(xué)，楊連發(fā).結(jié)合“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)

劃”的國(guó)家特色專業(yè)建設(shè)——以桂林電子科技大學(xué)機(jī)械

設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)為例[J].高教論壇，

2013，（1）.

[2]張英.基于CDIO理念我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專

業(yè)本科課程體系研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

[3]王麗君，王欣欣.基于CDIO理念的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自

動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)模式的探索[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)：

社科版，2012，（1）.

[4]李澤蓉，謝永春，周丹.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)應(yīng)

用型創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[J].攀枝花學(xué)院學(xué)

報(bào)，2009，（3）.

[5]張繼紅.教學(xué)型大學(xué)工科專業(yè)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)模式研究

——湖南工業(yè)大學(xué)“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)”案

例研究[D].長(zhǎng)沙：湖南師范大學(xué)，2008.