基于CDIO的機(jī)械專業(yè)教育改革實(shí)施方案探究

孫棟　陳海虹

【摘 要】針對(duì)當(dāng)前我國(guó)高等工程教育實(shí)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(dòng)CDIO工程教育改革，結(jié)合我校實(shí)際情況，探討并制定基于CDIO的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)改革實(shí)施方案，培養(yǎng)符合學(xué)校定位的高質(zhì)量應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

【關(guān)鍵詞】CDIO工程教育 機(jī)械 改革實(shí)施方案 應(yīng)用型

1 前言

在傳統(tǒng)教育模式下，當(dāng)前我國(guó)高等工程教育存在著諸多弊端，如實(shí)踐教育和工程設(shè)計(jì)訓(xùn)練不足、師資隊(duì)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(zé)任、精技術(shù)、會(huì)管理、善創(chuàng)新的工程技術(shù)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(diǎn)。通過(guò)實(shí)施CDIO教學(xué)改革，旨在培養(yǎng)符合學(xué)校定位目標(biāo)，具備優(yōu)秀的職業(yè)道德、正直、富有責(zé)任感，并具有較強(qiáng)的項(xiàng)目開發(fā)、設(shè)計(jì)和制造能力、較強(qiáng)的創(chuàng)新能力、較強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)精神和領(lǐng)導(dǎo)能力、較強(qiáng)的溝通能力的應(yīng)用型工程師。

2 CDIO運(yùn)作可行性

2.1 CDIO理念的優(yōu)勢(shì)

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate） ，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體 ，讓學(xué)生以主動(dòng)的、 實(shí)踐的、 課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO 的理念在繼承和發(fā)展歐美20多年來(lái)工程教育改革的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的12條標(biāo)準(zhǔn)，按CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生深受社會(huì)與企業(yè)歡迎。

CDIO包括了三個(gè)核心文件：1個(gè)愿景、1個(gè)大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)。它的愿景為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實(shí)世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行（CDIO）過(guò)程的背景環(huán)境基礎(chǔ)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(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和整個(gè)CDIO全過(guò)程能力以逐級(jí)細(xì)化的方式表達(dá)出來(lái)（3級(jí)、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(biāo)準(zhǔn)對(duì)整個(gè)模式的實(shí)施和檢驗(yàn)進(jìn)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(cè)量，并對(duì)學(xué)生和教師都具有重要指導(dǎo)意義。CDIO體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 我校實(shí)施CDIO的優(yōu)勢(shì)

（1）我校是應(yīng)工業(yè)強(qiáng)省戰(zhàn)略和城鎮(zhèn)化帶動(dòng)戰(zhàn)略對(duì)理工類應(yīng)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(zé)任、精技術(shù)、會(huì)管理、善創(chuàng)新的工程技術(shù)專業(yè)人才。這樣的辦學(xué)目標(biāo)正與CDIO工程教育模式不謀而合，將其合理實(shí)施開展，必然會(huì)取得良好效果。

（2）我校是西南地區(qū)乃至全國(guó)最年輕的理工類高校。一方面，存在經(jīng)驗(yàn)不足、資源缺乏等問(wèn)題；但從另一個(gè)方面來(lái)講，年輕也意味著在改革實(shí)施過(guò)程中，它比相對(duì)成熟的高校所受的阻力要小，且校領(lǐng)導(dǎo)高度重視教學(xué)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(duì)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(xué)的束縛。在引入CDIO理念后，積極制定方案，并配置完善實(shí)施改革所需的基礎(chǔ)設(shè)施。

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

2.3 CDIO的實(shí)施與評(píng)估

CDIO的實(shí)施是要將學(xué)科概念和能力整合在一起。例如，主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題貫穿學(xué)習(xí)始終。再如，機(jī)械工程的原理被用在產(chǎn)品或過(guò)程的構(gòu)思和設(shè)計(jì)中。這種時(shí)間的雙重利用可以在達(dá)到CDIO學(xué)習(xí)結(jié)果的同時(shí)不用犧牲課程量及學(xué)科的理論深度。同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中，要充分發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室的作用，讓學(xué)生在課程整合的同時(shí)，做到理論和實(shí)際的整合。從教師的層面講，在改革過(guò)程中，教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)和學(xué)習(xí)方法的研究與發(fā)展是教師職責(zé)和工作的重要組成部分。

為了能夠展示出CDIO帶來(lái)的差異，評(píng)估是很重要的。衡量改革效果的標(biāo)準(zhǔn)隨專業(yè)的不同而改變。可能包括：學(xué)生選本專業(yè)志愿率增高或?qū)W生保有率增高；學(xué)生、教師和關(guān)鍵利益相關(guān)者的滿意度增高；達(dá)到更多的專業(yè)目標(biāo)；學(xué)生在校外專業(yè)團(tuán)體所獲的獎(jiǎng)項(xiàng)或認(rèn)可度增加；或者就業(yè)率提高等。

3 機(jī)械工程學(xué)院CDIO實(shí)施方案

在制定實(shí)施方案前，我們必須分析以下幾個(gè)核心問(wèn)題：1.現(xiàn)代工程師需要具備哪些知識(shí)和能力？2.應(yīng)如何使學(xué)生具備這些知識(shí)和能力？3.如何評(píng)估學(xué)生畢業(yè)時(shí)掌握了這些知識(shí)和具備了相應(yīng)的能力？解決這三個(gè)問(wèn)題的思路也就是我們實(shí)施CDIO應(yīng)有的思路。經(jīng)過(guò)探討，我院CDIO實(shí)施過(guò)程主要如下：

序號(hào) 內(nèi)容 備注

1 制定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo) 對(duì)學(xué)生、機(jī)電企事業(yè)單位、專家學(xué)者走訪調(diào)查，經(jīng)專家論證確定適應(yīng)改革形式、市場(chǎng)需求、具有前瞻性、服務(wù)當(dāng)?shù)匕l(fā)展的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)。

2 構(gòu)建能力模塊 知識(shí)、能力、素質(zhì)

3 構(gòu)建課程體系 完成課程體系及培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)矩陣表

4 三級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì) （1）一級(jí)項(xiàng)目：模擬企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的全過(guò)程

（2）二級(jí)項(xiàng)目：基于課程群模擬企業(yè)產(chǎn)品的構(gòu)思與設(shè)計(jì)過(guò)程

（3）三級(jí)項(xiàng)目：核心課程內(nèi)根據(jù)需要而設(shè)，模擬產(chǎn)品的制造過(guò)程

5 革新教學(xué)方法 貫穿始終，實(shí)施基于項(xiàng)目/問(wèn)題等探究式主動(dòng)學(xué)習(xí)為核心的教與學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，采用邊講邊實(shí)驗(yàn)邊討論，讓學(xué)生成為課堂上的主動(dòng)者。

6 建立教學(xué)質(zhì)量評(píng)估體系及持續(xù)改進(jìn)機(jī)制 建立以質(zhì)量保障體系為核心的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，隨著學(xué)科的發(fā)展、社會(huì)的需要，調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)能力大綱、課程體系改進(jìn)教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)活動(dòng)，改變?cè)u(píng)估工具和方法。

4 項(xiàng)目示例

現(xiàn)以機(jī)器人項(xiàng)目為例，說(shuō)明課程、能力、項(xiàng)目之間的有機(jī)結(jié)合。

一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 課程 能力

機(jī)

器

人 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

（機(jī)器人本體，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)） 行走機(jī)構(gòu) 制圖、工程材料及成型技術(shù)、機(jī)原、機(jī)設(shè)、工藝學(xué)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)械加工設(shè)備、現(xiàn)代切削加工技術(shù)、特種加工、互換性與測(cè)量技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、CAD＼CAM技術(shù) 1.技術(shù)知識(shí)和推理能力

2.個(gè)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(huì)環(huán)境下的

構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行系統(tǒng)

夾持機(jī)構(gòu)

支撐與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

驅(qū)動(dòng)裝置

（借助于動(dòng)力元件使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作） 行走驅(qū)動(dòng) 制圖、液氣壓傳動(dòng)與控制、機(jī)原、機(jī)設(shè)、互換性與測(cè)量技術(shù)、交流技術(shù)與交流調(diào)速、機(jī)電傳動(dòng)與控制

夾持驅(qū)動(dòng)

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)

檢測(cè)裝置

（實(shí)時(shí)檢測(cè)、反饋、調(diào)整機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及工作情況） 內(nèi)部信息傳感器（各關(guān)節(jié)位置、速度、加速度等） 制圖、電工學(xué)與電子技術(shù)、機(jī)械工程控制基礎(chǔ)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、光電技術(shù)與系統(tǒng)、機(jī)電傳動(dòng)與控制

外部信息傳感器（作業(yè)對(duì)象及外界環(huán)境信息）

信息處理（處理傳感器采集數(shù)據(jù)，閉環(huán)控制）

控制系統(tǒng)

（通過(guò)集中或分散式控制，使機(jī)器人完成預(yù)定指令） 搭建硬件平臺(tái) 電工學(xué)與電子技術(shù)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、光電技術(shù)與系統(tǒng)、測(cè)試技術(shù)

集中式控制軟件編程

分散式控制軟件編程

5 總結(jié)

基于CDIO的基本原理，借鑒工程教育工程化的教育理念，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，以產(chǎn)品為載體，把工程化作為教學(xué)平臺(tái)，完成機(jī)械工程學(xué)院基于CDIO的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，探索適合機(jī)械工程學(xué)院學(xué)生的教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)質(zhì)量。

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