基于CDIO模式的高校工程訓練教學平臺改革實踐

劉翔，王蕾，夏緒輝，朱東升，明俊，周幼慶

摘要：本文針對高等工程教育中實訓教學平臺柔性差的問題，提出了一種基于CDIO模式的柔性實訓教學平臺改革方案。該方案以培養復合型創新人才為目標，以教學資源配置與管理、教學手段改革為內容，通過設計一系列模塊化實訓單元使實訓教學平臺的可柔性大大提高，在有限教學成本下完成了最大化資源供給。經過武漢科技大學工程訓練中心多年的教學實踐表明，柔性CDIO實訓教學平臺的改革滿足了不同層次、不同專業學生基本工程技能訓練的需求，也為學生課外科技創新活動的開展提供了技術與場地保障。

關鍵詞：工程教育；教學改革；CDIO

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0038-03

一、引言

工程訓練是高等工程教育的重要環節。工程訓練課程與實驗課程相比教學內容的靈活性更強，更能調動學生的參與實踐的積極性。工程訓練在挖掘學生的創造潛力，培養學生的創新和團隊合作精神等方面具有普通實驗課程無法替代的作用。因此，國內高等教育界普遍認為工程訓練是培養學生綜合素質、工程素養、創新意識，提高工程實踐能力的重要手段。

目前國內各高校的工程訓練中心很多都是在其原有實習工廠的基礎上發展起來的。隨著工程技術的不斷發展進步，大學工程訓練課程設置單一、儀器設備陳舊落后、教學方法單調、師資力量單薄的弊端逐一顯現出來。近年來針對這些弊端所進行的一系列工程教育改革已成為高等教育改革的熱點。

CDIO工程教育模式是國外工程教育改革研究的新成果之一。CDIO能力大綱不僅對工程師應具有的專業素質有明確的要求，還對工程師應具有的人文素質、人際交往能力、職業道德以及團隊合作精神進行了規定。這種模式對我們進行大工程背景下高校工程訓練中心改革具有深遠的指導意義。

二、CDIO工程教育模式

CDIO[1]由麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、瑞典皇家技術學院等4所工程大學發起，全球23所大學參與共同開發的一種工程教育理念和實施體系。CDIO代表構思、設計、實現、運作，它是一種以產品制造生命周期為主線的高等工程教育模式。CDIO讓學生以生動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，培養學生的工程基礎知識、個人能力、團隊協作能力和工程系統四大能力。2006年，汕頭大學成為中國高校第一個CDIO成員。2008年12月，教育部高教司理工處和汕頭大學聯合主辦了CDIO工程教育模式試點會，會議確定了第一批18所CDIO試點高校名單。2010年4月，第二批21所CDIO試點高校產生。至此，全國共計有39所高校在開展CDIO試點工作，CDIO模式在中國高等工程教育領域展示出勃勃生機。

三、柔性CDIO工程訓練教學平臺的改革實踐

長期以來，我校工程訓練中心秉承“面向實業需求，培養實用人才，倡導崇實學風，強化實訓動手”的“四實”精神，積極探索“工程素質好、實踐能力強、創新潛質優”的工程技術人才培養模式。早在2008年創建湖北省級實驗教學示范中心時，工程訓練中心就引入了CDIO工程教育模式并取得了一定的成果。但在近幾年來的教學實踐中，一些新的問題逐漸顯現出來，這些問題主要表現在以下幾個方面：①實訓教學平臺組織模式落后、平臺系統柔性和可重組性差；②教學內容與市場需求聯系不緊，培養目標與教學目標產生偏差；③教學資源配置不合理，沒有實現有限教學成本下的最大化的資源供給。

為解決實訓教學中出現的新問題，依據CDIO并借鑒工業生產中柔性制造技術的思想，集約規劃設計有限實訓教學平臺組織模式，提高實訓教學平臺的柔性和可重組性。從而在有限的實訓教學平臺資源基礎上創新多樣化實踐手段，以滿足不同層次學生的多種需求。有鑒于此，武漢科技大學工程訓練中心在近年的教學實踐中進行了如下幾點探索。

1.基于CDIO教育理念的實訓教學平臺設計與實現，以提高實訓教學平臺的柔性和可重組性。

按照CDIO能力大綱的要求，根據不同專業學生的具體情況，靈活多變地組織實訓內容。在長期實踐的基礎上將部分訓練內容模塊化，適當精簡基礎性訓練項目，增加綜合性、創造性項目，如先進技術訓練等；訓練模塊自成體系，可以根據學生所學專業對某項技能要求的程度靈活選擇。另外根據復合型、創新型人才培養的需要，設計出不同結合形式的綜合模塊，在各綜合模塊之間設計相應的接口就可使各模塊之間通過不同的組合形成一個具體的設計項目。實訓與項目相結合的教學模式增強了學生操作的嚴謹性，為學生后續課程的學習打下堅實基礎的同時也提高了其今后社會實踐、工作過程中的能力。同時，以項目為導向的實訓可以增強學生的生產勞動觀念、產品質量觀念和經濟價值觀念。為培養學生的工程實踐素質、理論聯系實際和嚴肅認真的工作作風打下堅實的基礎。最后，由于各模塊之間具有較高的獨立性，在需要變更訓練項目時只需增減相應的模塊或者改變模塊的組合方式，大大提高了教學平臺的柔性和可重組性。

2.依據每個學生的不同特點，確定以學生在項目中完成CDIO過程實踐為目的的實訓項目培養方案，培養復合型創新人才。

基于柔性實訓教學平臺，根據學科發展特點和人才培養的需求，重構實訓教學體系。處理好實訓課程間既合理分工又緊密銜接的關系，建立“三層次、三模塊、四能力”個性化分類培養的漸進式教學體系。其中，“三層次”是指工程認知與基礎實訓層、學科基礎技能實訓和多學科知識融合實踐層、綜合創新實踐訓練層三層次；“三模塊”是“機械基礎”、“先進制造”、“電工電子與IT技術”三大類實訓模塊；“四能力”是指工科大學生工程實踐能力所具體包含的基本實踐能力、專業實踐能力、實踐遷移能力、實踐創新能力。其中，以市場需求為導向的大學生工程核心競爭力分類分模塊培育模型（如圖1）。該模型的實踐教學思路即根據學生類型和不同的目標能力，采用不同的實訓模塊、不同的實訓教學方式和資源分配方式進行工程能力提升訓練。

3.柔性化創新實訓教學平臺系統CDIO管理方法，完善師資隊伍、提升設備配套水平，為教學改革的提供原動力。

從工程核心競爭力培育總體及分類培育目標，從資源共享、優勢互補（產、學、研相結合，建設高素質、創新型教師隊伍。將理論教學和實訓教學師資有機融合，將實訓教學與科學研究、產品研發的有機融合，大幅度提高實訓教學水平，形成一支年齡、職稱、學歷結構合理，學術水平高，有奉獻精神和創新意識的教師隊伍，為教學改革與發展提供了充足的后勁。

根據科技發展和人才培養的需要，不斷提升儀器設備配套水平，并完善儀器設備管理制度，建立了儀器設備管理檔案和計算機管理數據庫。隨著計算機技術，網絡技術的發展，在提升實體設備配套水平的基礎上開發或引進各種虛擬儀器設備，擴大教學覆蓋面，在形式多樣、內容豐富的虛擬網絡教學中，強調實踐知識和實踐創新思維的培養，有效激發了學生的學習熱情，培養了學生的自主學習能力。

4.鼓勵學生在柔性CDIO平臺上積極參與課外科技創新活動，在科技創新中培養現代化基本實踐能力和專業實踐能力。

學生課外科技創新基地是基于柔性CDIO理念的大學生工程訓練教學模式改革的一項重要內容。設立課外科技創新基地的目的就是以各種技能創新、科技創新活動為載體，充分挖掘學生學習與創造的潛力。

課外科技創新基地由機械原理配套創新基地、機械設計創新基地和高度仿真的工業模型創新基地、智能汽車基地、機器人足球基地、電子設計創新基地等實踐平臺構成，基地實踐平臺與校內機械自動化學院、信息科學與工程學院、計算機科學技術學院合作，負責各級各類科技競賽的組織、培訓、參賽等工作。這些實踐平臺是建立在基礎性實訓之上，著眼于培養創新思維訓練、創新能力培養和創新精神塑造的復合型人才孵化器。

以這些創新基地為創新平臺，很多學生在各類國家、省級競賽中取得優異成績。以機械設計創新基地平臺為例，從該平臺培養的學生中，自2006年以來獲湖北省機械創新設計大賽一等獎3項、二等獎12項、三等獎6項等。以智能汽車基地實踐平臺為例，自2008年來基地學生共獲得全國大學生智能汽車競賽全國特等獎1項、一等獎3項、三等獎1項。

四、教學改革效果

近年來，工程訓練中心在CDIO工程教學模式方面的研究成果和教學實踐經驗積淀凝聚，圍繞CDIO進行系統的教學改革，成了特色鮮明的教學內容及教學方法。柔性CDIO工程訓練教學平臺的應用，在學生的工程核心競爭能力培養方面取得了顯著的效果。教學改革的效果主要表現在：

1.針對各門課程的特點和內容的相關性，成立了系列課程和主干課程教學實訓組，圍繞CDIO法出版教材22部，其中與實踐相關的理論教材16本，實踐教材6本，編寫實踐指導書、實踐講義、訓練報告等計17余本，對提高人才培養質量發揮了積極的作用。

2.針對不同層次的學生，在實訓內容上有不同的要求，實訓內容上基礎性、綜合性和創新性相結合，實訓教學覆蓋面廣，實訓室全天開放，學生可以提前預約，提高了學生的實訓興趣，增多了實踐機會，學生實訓基本技能、研究創新能力和創造能力也得到了很大的提高。個性化分類分模塊實踐教學模式被其他課程采納和應用，并對金工實訓培養方案改革起到極大的推動作用。

3.將實訓教學與科學研究相結合，充分利用科研優勢增強實訓教學能力。利用先進的數控設備進行實訓教學。中心目前已建立了四個學生課外科技創新實踐基地，每年有400多名學生在中心開展科技創新實踐活動。近五年來，中心積極鼓勵和組織優秀學生參加各級各類設計大賽，或參與科研項目，進一步培養其科研和創新能力，參與各級各類大賽和科研項目的優秀學生人數達300余人次，并獲得多項獎項。

4.經過與學科建設、課程建設以及科研發展的同步建設，工程訓練中心將學科成果、科研訓練方法、探究式學習和實踐模式引入到實訓課程教學和實訓室建設中，注重學生研究能力、實踐能力的培養和提高，取得了明顯的成效，培養出許多動手能力強、具有創新精神的人才，特別是實訓體系的改革、引導學生進入探究式實踐學習后，很多學生從這里接觸和了解了優勢學科，感受到了其強大的生命力。

5.通過資源整合和整體建設，目前工程訓練中心的整體規模和水平獲得了很大的提高，教學資源面向全校師生開放，中心的教學體系及其管理模式對專業課程的改革和其它實驗課程的建設發展起到了很強的示范和推進作用，成為全校學生進行科技創新和實訓的重要基地。

6.工程訓練中心重視高校間的交流與合作，接待了眾多高校專家和同行的參觀與交流。湖北省教育廳專門組織湖北多所高校的主管領導和專家來中心進行參觀交流，并建立了相應的實驗教學工作交流機制。中心在做好自身建設的同時，還積極宣傳中心的建設理念，為省內高校提供建設意見和建議。已有華中科技大學、武漢理工大學等20余所省屬院校來中心考察、交流和學習，起到了很好的輻射作用。

五、結論

通過柔性CDIO實訓教學平臺的改革建設，對學生綜合素質的培養起到了積極的作用，提高了學生對實訓課程的興趣和積極性，拓寬了學生的知識面。在綜合性創新實訓中充分利用了柔性CDIO平臺的特點，有效培養了學生對不同訓練項目或課程中相關知識的理解掌握與應用能力，實訓內容與手段更加接近生產實際，使學生的培養從灌輸式教育向培養學生靈活運用知識、獨立解決實際工程問題的能力發展。今后我們將進一步深化該項教學改革，以突出學生工程實踐能力、團隊精神、合作能力和創新精神的培養為主要目標，以科學的課程體系設置和合理的課程內容組合安排方式為載體，這樣就一定能夠培養出社會需要的、與現代企業相適應的綜合性工程技術人才。

參考文獻：

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[4]惠記莊，劉海明，鄒亞科.現代工程訓練中心建設及訓練模式探索[J].實驗技術與管理，2009，26，（3）：115-118.

基金項目：湖北省高等學校省級教學研究項目（2009178）

作者簡介：劉翔（1983-），男，湖北武漢人，碩士，工程師，從事電工電子實訓方面課程教學。