工業工程專業CDIO實踐教學模式改革研究

摘要：以CDIO工程教育理念為指導，根據工業工程專業課程應用性、實踐性強的特點，提出了教學改革方案。以專業基礎課為基礎項目，以專業技術課為拓展項目，以課程設計、專業實習、畢業設計為增強項目，三類課程項目分層推進、前后關聯。探討了理論、實驗和實踐等多層次、一體化學科建設的項目驅動式教學方法。為學生對基礎知識的理解、專業知識的掌握，以及工程實踐能力、創新能力、團隊協作能力的培養，探索一條實用、可持續改進的教學改革途徑。

關鍵詞：CDIO；項目驅動式教學；工業工程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）42-0032-03

一、引言

1.工業工程專業特點。工業工程專業旨在培養既掌握扎實的工程技術又精通現代管理科學與系統科學的理論和方法，能熟練應用工業工程技術對企業的生產系統進行規劃、設計、評價和創新，既懂工程技術又擅長科學管理的高級專門人才。專業知識面涵蓋工程、管理和社會科學，要求培養學生創新意識，既懂工程設計更擅長科學管理[1]。學生應具備應用工業工程理論與方法分析和解決實際問題方面的初步能力。可見應用性與實踐性是工業工程專業教學必須突出的特點。但是在實際教學過程中發現，傳統的以教師為主導的單向教育模式，由于重理論灌輸輕實踐操作，單純靠專業知識積累培養學生，首先造成學生實踐與創新能力弱，表現為被動掌握理論知識，在面對實際問題時缺乏思路、找不到解決問題的多角度思維方式，也就難以迅速將所學知識轉化為有效應用；其次造成學生團隊協作意識差，表現為合作處理問題時缺乏系統視角，方案設計、進度處理協調性差，達不到知識運用的團隊優勢互補，很難實現1+1>2。

基于工業工程專業的特點和傳統教學模式的不足，我們借鑒CDIO理念，以新的工程教育思想為指導，對工業工程專業的項目驅動式教學進行研究與探索。

2.CDIO理念與工程教學。CDIO工程教育理念來源于美國著名教育學家杜威（John Dewey）的“做中學”（Learning by doing）思想[2]，CDIO工程教育理念以做中學為指導，以啟發于產品生命周期模型的構思（Conceive）—設計（Design）—實施（Implement）—運行（Operate）為載體，讓學生以項目參與為驅動，主動自主學習。其核心是強調以學生為中心，培養學生主動學習、動手實踐、分析問題和團隊協作解決問題的能力[3]。作為設置在機械工程學院的工程類專業，工業工程的專業構成包括以基礎工業工程、機械制造工程、設施規劃與物流、人機工程學、應用經濟學、質量管理與可靠性等為構成要素的基礎知識單元，以精益生產、管理信息系統、企業資源計劃等為構成要素的專業技術單元和以課程設計、生產實習和畢業設計等為構成要素的實踐單元。各單元構成要素之間緊密關聯，各知識單元之間互為支撐。學生工程能力與創新能力的培養既離不開基礎知識單元的扎實掌握，又離不開專業技術單元的專業領域拓展，而實踐單元是學生工程與創新能力形成的強化環節和初步檢驗環節。

CDIO教學大綱涵蓋了現代工程師應具有的科學與技術知識、能力和素質培養的各個方面，實現了理論與實踐、課內與課外、專業學習與素質教育、學習能力與創新思維培養的有機結合，能夠建立清晰、完整、系統和詳細的工程教育目標[4]。

二、CDIO理念下工業工程專業項目驅動式教學體系構建

1.項目驅動式教學體系設計。在項目驅動式教學體系的構建過程中，首先強調理論與實踐的有機融合，其次強調學生創新能力與團隊協作能力的培養。以項目設計與實施為主線，對原有的課程設置、教學模式、教學方法和考核方法進行一體化設計。根據工業工程專業培養目標建立完整的課程項目體系，課程項目體系由基礎項目、拓展項目和增強項目三個互相關聯的項目集合組成。基礎項目由基礎工業工程、運籌學、生產計劃與控制和設施規劃與物流分析等這類專業基礎平臺課程構成，這類課程的特點是專業性和理論性較強，在整個課程項目體系中起到知識積累與專業意識形成的作用。課程對應項目的構建關鍵是課前預習提綱的提煉、課中學生團隊學習模式的形成、課后實驗與實踐環節的設計以及課程考核方法與標準的改革。

具體做法是學生按成績優劣五到六人分組，教師提前對擬講授章節的特點、主要知識點及關聯知識、拓展知識等進行預習提綱提煉。學生根據預習提綱以小組為單位進行預習，對于預習過程中總結的知識點和發現的問題，小組內部討論并共同完成預習報告，教師結合學生提出問題進行課堂講授。需要對知識點進行實驗或實踐驗證的章節，學生和教師共同設計實驗，課程的考核方式由傳統的試卷考試為主轉變為日常預習、問題提煉、實驗與實踐設計等考核相結合，從而實現教師指導下的學生自主學習模式。該模式的推行對教師和學生都提出了很高的要求，經過磨合、改進、循環，對教與學質量的提高會起到循序漸進的效果。

拓展項目由精益生產、企業資源計劃等這類專業技術課程構成，這類課程的特點是實踐性強，知識點與現實應用緊密相關，這類課程除應用前述授課方式外要解決實踐性項目的設計。拓展項目關鍵是實踐性項目設計。以精益生產為例，要與基礎工業工程、運籌學、生產計劃與控制和設施規劃與物流分析、系統仿真技術等前修課程形成課程組，以基礎項目為依據設計拓展項目，由于企業現場驗證機會受限，要利用好仿真軟件等工具，對于課程中的知識點，由教師指導學生團隊進行仿真題目設計與分析，結合企業實例，驗證所學知識，形成主動學習和掌握。增強項目由課程設計、生產實習和畢業設計等構成。增強項目構建關鍵是現實應用模擬和團隊協作能力的強化培養。項目構建要結合基礎項目和拓展項目，形成前后連貫性，并且突出項目設計針對企業實際應用。

2.項目式驅動教學體系實例。各項目之間的關系如圖1所示。能力培養階段，課程、項目、團隊、教師與學生各個元素的協調為學生工程能力與創新能力的培養打下基礎；能力形成階段，通過拓展項目組課程的進一步鍛煉，學生的工程能力、創新能力與團隊協作能力初步形成；能力強化階段，通過實踐性、應用性很強的項目設計和學生主動參與及團隊式項目設計，使學生形成基礎知識扎實、工程與創新能力優異、具備良好團隊協作能力的基本素質，培養學生走上工作崗位必備的良好適應性和競爭能力。

3.教學檢驗體系設計。項目驅動式教學體系設計的另一個重要方面是教學檢驗體系的設計。傳統的教學模式以學生的分數為教學效果的唯一檢驗標準，造成學生高分低能，教師教學方法多年一貫、缺乏活力，很難與社會需求接軌。依據CDIO提出的實施檢驗的12條標準[5]，對培養計劃、課程結構、教學方法、教學評估和學生考核等各方面綜合設計檢驗標準，形成教學效果檢驗體系。首先是對課程實踐性教學內容的檢驗，要求基礎項目組課程實踐性教學環節至少占每門課程學時數的1/4，拓展項目組課程實踐教學環節至少占學時數的1/3，實踐性教學環節包括計算機仿真、動手實驗和項目競賽等。其次，對項目實行全過程管理，體現為課前預習提綱設計、知識點提煉，課中團隊學習效果評價，課后啟發式作業布置、啟發式項目指標細化等，做到每個項目都有獨立的研究設計內容、考核節點、考核評分標準。第三，對增強項目尤其是畢業設計實行節點考核、演示匯報答辯和提交書面報告制度等，確保學生按照項目計劃按時完成基本的項目內容，并能科學合理和完整地培養和考核學生的能力和素質。

項目成績評定采用學生自評、教師點評、企業工程技術專業人員點評相結合的方式，并結合文章、專利和競賽成果等全方位評價，真正做到教學思路明確、教學效果顯著。

三、教學改革實例

精益生產課程是工業工程專業技術課，具有較強的理論性，是先修課程如基礎工業工程、設施規劃與物流分析等的深化，又具有較強的實踐性，課程內容針對單件小批加工制造企業改進與優化實際問題。依據CDIO模式下項目驅動式教學體系設置，進行精益生產課程教學改革探索。強調學生以課程為主線以項目為依據，在實踐教學環節中，設計基于團隊的課程項目，為學生提供平等的、主動參與教學的機會。與《基礎工業工程》、《設施規劃與物流分析》和《仿真技術》三門課程共同設立課程拓展研究項目：學生以團隊的方式自主完成自動焊接設備生產車間的構思、設計、仿真運行。包括系統布置方案的設計、生產工藝與物流平衡的設計及設計結果的仿真分析優化。該拓展項目以三門基礎課程的基礎研究項目為依據，在三門基礎課授課之前就擬定了項目計劃與目標，基礎課程的授課有意識的以拓展項目解決為線索進行知識點講授，此外，拓展項目又為后續增強項目如畢業設計進行項目預備和團隊演練。具體設計如圖2所示：

四、結語

在CDIO工程教育理念下，工業工程專業實施項目驅動式教學，學生的學習積極性、主動性大大提高，并在知識結構的掌握、知識點的理解、視野的拓展、能力的培養等方面都收到良好效果。

1.培養學生的綜合能力。三個層次的課程項目既有獨立的研究內容和實施方案，又相互銜接，具有良好的拓展性。突出實踐性的、基于團隊的課程項目，為學生提供了平等的、主動參與教學的機會，可以培養學生的主動思考能力、工程實踐能力、創新思維與能力、團隊合作精神等，實現了對學生綜合能力和素質的培養。

2.提高教師教學能力。教師通過教學環節、實踐項目環節和考核方式環節的精心設計過程，在給予學生主動參與課程教學的機會的同時，通過預習提綱提煉、知識點講解、項目設計與檢驗等，對自身專業素養、知識結構與視野、教學熱情與責任心提出了更高的要求，能夠使得教師真正回歸教學、切實提高教師教學能力。

3.實現專業課程體系優化。多門課程共同實施分階段的、開放性與實踐性并重的課程項目，首先要求課程體系的理順、課程內容的銜接與遞進，其次在專業固有核心知識框架基礎上，適應社會需求變化，及時更新課程體系。從而實現理論教學、動手實驗、項目實施、計算機仿真的有機融合和一體化，形成靈活多變的實用性強且可持續改進的工程教育模式。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部高等教育司.普通高等學校本科專業目錄和專業介紹[M].北京：高等教育出版社，2012：341-342.

[2]（美）約翰·杜威，著.我們怎樣思維·經驗與教育[M].姜文閔，譯.北京：人民教育出版社，2005，10.

[3]Edward F.Crawley，查建中，Johan Malmqvist，Doris R.Brodeur.工程教育的環境[J].高等工程教育研究，2008，（4）：13-21.

[4]顧佩華，沈民奮，陸小華.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，2009：123-134.

[5]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.