基于知識點優化的CDIO教學改革實踐

[摘 要] 廣州大學機電工程系正在建設以CDIO為特色的機械設計制造及其自動化特色專業，取得了一系列的教學改革成果。本文重點介紹廣州大學機電工程系進行以知識點優化的課程體系改革為主的CDIO教學改革情況，分析機械專業知識點優化、教學模式、教學管理方面的改革方法及實踐成果，為其他高校機械專業CDIO教學實踐提供參考。

[關鍵詞] 知識點優化；教學改革；一體化教學；CDIO能力評估與提升

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）01-0081-04

0 引言

CDIO工程教學改革是當今國際工程教育改革的最新成果，已經在世界上50多所學校進行實施，并取得了很好的效果，為工程界培養了大量符合需求的技術人員。我國在吸收國際CDIO先進成果的同時，積極推進CDIO工程教育改革，廣州大學作為我國CDIO第一批試點單位，也積極開展CDIO教學改革，并取得了良好的效果。

1 廣州大學機械設計制造及其自動化專業 CDIO教學改革歷程

廣州大學機電工程系從2008年下半年開始接觸CDIO，雖然接觸的時間相對較晚，但在真正領會CDIO理念方面下了很大功夫，注意將CDIO與地方性高校自身特點相結合，與傳統教育模式相結合，著重專業知識點的優化，去除知識冗余，強化基礎知識與實踐，逐漸形成有特色的CDIO教學模式[1]。

在CDIO改革初期，廣州大學就承擔了“地方高校機電類專業CDIO教育模式再創新”學校重點教學項目的研究，主要進行傳統工程教育模式與CDIO教育模式的融合研究，并結合地方性高校特點。CDIO教育模式在教學組織、課程體系安排方面與我國傳統工程教育模式有較大區別，如何將CDIO教育模式與我國傳統教育模式融合，便于CDIO教育模式在我國地方高校實施，廣州大學進行了一系列的調查和研究。

在成功獲得以CDIO為特色的國家第二類特色專業建設立項后，廣州大學曾經想全套直接照搬國際CDIO模式，但此舉不適合廣州大學的實際情況，也無法與常規的教學管理系統融合。通過“基于CDIO工程教育模式的一體化課程體系的創新研究與實踐”學校教育研究項目的研究，廣州大學在CDIO模式與傳統教育模式之間找到切入點——進行專業知識點優化，消除課程間知識冗余，按工業產品生命周期過程組織教學，強化基礎知識與實踐，組織學生研究性學習，目前正在進行教學實踐，學生學習積極性得到極大提高。

廣州大學機電工程系圍繞CDIO模式與研究性教學、創新教育的融合，還承擔了廣州市教學改革項目“機械工程創新型人才培養模式的研究與實踐”、廣州市教育科研項目“研究性學習與汽車服務類課程教學整合研究”、全國教育科學規劃課題“基于TRIZ理論的地方性高校創新人才培養體系研究”等課題的研究，在課程整合、研究性教學、TRIZ創新思維教育等方面取得了一系列成果。廣州大學還積極參與全國CDIO試點工作，是第一批CDIO試點高校，參加了第一、二次試點工作會議和骨干教師培訓，主持了CDIO機械類專業華南區的調研工作、CDIO機械類專業大綱的編寫工作等，取得了一些成績，得到試點工作組和兄弟院校的肯定。

2 機械設計制造及其自動化專業的知識點 優化

2.1 專業知識點優化

CDIO三個目標之一是讓學生掌握深厚的知識和技術基礎[2]，要想成為一名優秀的工程師就必須掌握扎實的工程基礎知識和技術推理。要實現這個目標需要向學生傳授機械專業的基礎知識，但傳統機械專業課程體系中存在很多知識冗余，例如公差的概念，首先出現在工程制圖課程中，而后在公差與互換性課程中詳細講述；材料的拉伸實驗在金屬工藝學、材料力學、工程材料三門課程中都有出現。雖然知識點多次出現能達到知識強化的目的，但浪費教育時間，而且學生沒有實際應用，即使出現多次也無法掌握。基于傳統教育模式的知識冗余，經過研究討論，采用如圖1所示的思路將專業知識點優化。

從圖1中看到，首先制訂CDIO機械創新人才培養目標，主要是依據CDIO三大目標，針對培養適應珠江三角洲企業需要的機械工程師目標制訂面向不同基礎的創新人才培養目標，如圖2所示。根據培養目標確定機械專業知識點，當能力目標需要的知識點形成知識點數據庫時，根據數據庫的自身性質及數據冗余消除算法，使得知識點冗余消除或減少。知識點確定后要反饋給利益相關者進行確認，這樣建立的知識點庫才能更好地培養社會需要的人才。最后進行知識點的優化組合形成課程，在組織知識點時，知識的難易程度需要進一步參考學生的初期能力，以達到因材施教。

專業知識點要建立更新機制，根據當地經濟發展狀況、技術現狀與發展趨勢，對于有時效性的知識點進行淘汰或更新，及時補充當前新技術知識點，這樣可以保證傳授給學生的知識的現實價值，保證學生站在時代的制高點上。

知識點重新組合形成課程，在參考傳統機械專業課程內容和美國麻省理工學院機械類課程的基礎上，形成知識點快速學習、實踐強化、課后探究一體化的綜合知識與能力的CDIO課程形式，最大限度地激發學生的學習熱情、提升教學效果。

2.2 專業課程體系探索

傳統的專業課程體系比較注重理論，而輕視實踐。目前，蓬勃興起的工程教育改革又出現了另外一種極端現象：重視實踐，而大幅減少理論。因此，在構建專業課程體系時，應將基礎理論知識和實踐精密結合在一起，形成培養“能文能武”的機械創新工程師的專業課程體系。在專業課程體系構建方面主要考慮課程前后順序、理論和實踐的協調、動態化三大方面，具體思路如圖3所示。

對課程前后順序問題，根據工業產品壽命周期順序安排課程順序，在課程間處理好內容交叉關系。例如，在機械設計課程前需要學生知道制造方面的知識，以便設計出能夠制造的工業產品，而在制造課程前需要學生了解一下設計知識，如果按照產品流程，應該是先設計、再制造，但按知識使用順序，先學習制造知識，再介紹設計知識比較合理。經過綜合平衡，通過“工業產品CDIO分析”課程進行過渡，基礎的制造知識在“構思與設計”課程前進行實踐，“機械制造”主要課程內容在“構思與設計”的后面開設。通過課程先后順序的優化，知識點銜接的比較好，知識體系也較完整，也比較符合學生的認知規律，并減少了知識的重復。

對于理論與實踐協調的問題，采用邊理論邊實踐的方式組織課程體系，理論課中有實踐內容，實踐課程中有理論傳授，即構成一體化課程。整個課程體系能夠做到有效地引導學生提出問題，進而自主鑒別需要學習的知識，自主學習、應用、總結一個研究性學習流程。

對于課程體系的動態化。課程體系作為教學組織的核心文件，一般在執行過程中不能隨意改變。這里課程體系動態化也不是隨意改變課程，而是緊密關注當地經濟發展趨勢、技術現狀與發展趨勢，適時對專業人才需求的態勢進行預測，并根據預測結果適時修正課程體系。

3 機械設計制造及其自動化專業CDIO教 學改革實踐

在知識點優化、專業課程體系重構的同時，積極進行CDIO教學改革實踐，首先在工程制圖中進行CDIO元素的實踐教學，而后在廣州大學機電工程系2008級、2009級、2010級同時開展了CDIO教學，在實踐中，通過教學模式、教學管理的改革，保持CDIO教學的可持續實施。

3.1 教學模式改革

在專業知識優化形成適合CDIO教學的課程體系后，在教學模式方面進行一系列改革以促進CDIO能力目標實現。在實踐中，主要采取一體化教學、研究性教學，并針對這些教學方式進行了教學管理改革，主要是對學生和教師的評估。

1）一體化教學。設計了一體化教室，教學中有效地融合理論與實踐。教學過程中，采用上面所說的一體化教學內容，將理論教學與實踐教學融為一體，邊進行理論教學、邊進行實踐教學，實現了理論課與實踐課在時間和空間上的結合，這樣大幅激發了學生的學習興趣，使學生不覺得單調乏味，提高了教學效果。

2）研究性教學。研究性教學是學生在教師的指導下，從工程實踐中選擇和確定專題進行研究，并在研究過程中主動地獲取知識、應用知識、解決問題的教學活動[3]。在實施研究性教學時，首先向學生征詢專題，如果學生沒有專題提出，就從教師的科研課題中抽取專題，然后要求學生自主組建團隊，圍繞這一專題進行相關研究和學習，通過討論與探究，最后采取答辯方式給出評分。

一體化教學與研究性教學需要解決教學內容多與教學課時有限的矛盾，在課程開始就介紹課程大概內容，將項目實踐及學習任務布置給學生，并給出時間節點，進行節點評價。這樣督促學生充分利用業余時間進行學習和項目實踐，解決了教學內容多與教學課時有限的矛盾。

3.2 教學管理改革

正是由于CDIO教學基于一體化教學和研究性教學，現有的管理模式已經不適應了，為此改革了教學管理模式，采取學生自主管理、一體化教室開放管理、師生CDIO能力的CMM（Capability Maturity Model，能力成熟度模型，簡稱CMM）評估與提升[4，5]等方式保證CDIO教學順利進行。

1）學生自主管理。廣州大學城走教模式不利于CDIO教學，考慮到教師遠離學校居住的實際情況，廣州大學充分利用學生自身的力量，聘請優秀且愿意負責的高年級同學組成學生管理委員會，負責學生日常監督（業余時間學生學習與實踐情況記錄與考察）、一體化教室的夜間開放管理等。學生管理員負責學習監督、教室開放管理、設備協助管理，并成為了教師與學生之間溝通的橋梁。

2）一體化教室的長時間開放管理。在CDIO教學實踐中發現，學生非常投入地進行項目制作，因而需要一體化教室及workshop長時間開放，便于學生隨時進行項目制造，保持學習與實踐熱情。

3）師生CDIO能力的CMM評估與提升。CMM是美國卡耐基梅隆大學軟件工程研究所推出的評估軟件能力與成熟度的一套體系，提供了一個過程能力階梯式進化的框架，階梯分為五個不斷進化的級別。中南大學的胡志剛、陳啟元等人將CMM模型引入到CDIO教學的學生與教師的能力評估與提升中。參考他們的成果，結合廣州大學機電工程系實際情況，建立了適合廣州大學機電工程系師生的CDIO能力評估與提升體系，見參考文獻[6]。在師生CDIO能力評估與提升體系中將學生CDIO能力成熟度由低到高劃分為4個等級：新手級、基礎級、專業級和創新應用級。各能力成熟度等級反映了學生在CDIO工程教育中不同發展階段的不同特征和學習內容需求。將教師的CDIO能力成熟度由低到高劃分為4個等級：初級、中級、高級和成熟級。各能力成熟度等級反映了不同教師的CDIO能力和所要達到的目標，每個成熟度級別都包含實現該級別目標的若干關鍵過程。

通過師生CDIO-CMM模型對學生和教師CDIO能力進行評估，并根據評估結果對PDCA循環進行改進，達到CDIO能力提升的目標，既保證了CDIO培養人才的需要，又保證了師資水平與CDIO教學的匹配與提高。

4 結束語

作為我國CDIO工程教育改革試點的第一批高校，廣州大學機電工程系引入CDIO教育理念，并有效地結合傳統工程教育的優勢，在知識點優化、課程體系優化、教學組織與管理等方面進行了有益的嘗試，并取得了一些成果，但由于廣州大學機電工程系CDIO工程教育改革正處于實踐過程中，難免有些設計不是很成熟，今后將繼續深入研究CDIO模式及教學實踐。

參考文獻

[1]江帆，張春良，王一軍，等.機械專業CDIO培養模式探索[J]. 裝備制造技術，2010，（6）：192-194.

[2]顧佩華，沈民奮，陸小華，譯.重新認識工程教育——國際CDIO培養模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009，（4）：71-89.

[3]江帆，孫驊，梁忠偉，等.基于研究性教學的機械原理實踐教學[J].中國現代教育裝備，2010，（11）：62-64.

[4]胡志剛，江林，任勝兵.基于CMM的教師CDIO能力評估與提升[J].高等工程教育研究，2010，（3）：26-31.

[5]陳啟元，任勝兵，胡志剛，等.工科大學CDIO能力成熟度評估與改進體系研究[J].中國高等教育，2009，（8）：31-33.

[6]江帆，張春良，王一軍，等.CDIO開放教學模式研究[J].教學研究，2012，35（2）：27-32.