基于CDIO教育理念的工程实践教学模式研究与探索

2012-09-20赵树恩李玉玲

重庆交通大学学报（社会科学版） 2012年5期

赵树恩，李玉玲，张铸，钟锐

(重庆交通大学机电与汽车工程学院，重庆 400074)

实践是创新的基础，也是学生创新能力培养的必由之路。面对当前日益突出的大学生就业难与企业招不到合用人才的矛盾问题，以及全球一体化进程的加剧和世界各国在政治、经济、文化、科技等各个领域表现出的交融特点，地方高等院校必须改革现有教育模式下的实践教学体系，强化工程教育理念，以“项目实现”为教育载体，推行跨课程、跨学科、跨校际、跨领域的“跨域交融”“大实践观”的实践教学运行模式，坚持走产、学、研、用相结合的发展之路，才能培养和造就既具有较好人文、自然科学素养，又具有一定国际视野和跨文化交流、竞争与合作能力的创新型复合人才[1]。因此，改革现有实践教学运行模式，是当前高等教育改革面临的重要课题。

一、应用型人才工程实践及创新能力培养存在的薄弱环节

长期以来，我国高等教育始终未能彻底改变传统学科型教育模式下实践教学处于从属地位的状况，课程设置和教学内容强调理论研究，与实践需求差距较大，教材内容比较陈旧，没有突出实践性，课程体系仍然是“基础课—专业基础课—专业课”的“老三段”模式[2－6]。在教学培养方案中，除去入学教育、军训、社会实践、公益劳动等环节，与专业相关的实践学时远远低于理论学时，学生的技术技能训练十分薄弱，具体表现为以下几个方面。

(一)实践教学采用传统的单一灌输式教学模式

实践教学多采用验证演示性教学方法，学生创新性思维和动手能力差。这主要是受中国传统的知识储备型教育质量观的影响，即以学生掌握理论知识的多少和学术水平的高低作为能力的评价指标，未将学生非智力因素的发展、创新能力和国际视野纳入高校教育质量考核范围之内。

(二)对实践教学重视不够，教学内容设置流于形式

大学生和年轻教师受传统学科型教育理念的影响，对实践教学在“创新、创造、创业”人才培养中的重要作用认识不足，此外在教学模式和课程设置时过于强调基础理论知识教育，导致学生实际工作能力没有得到很好的训练，使高等教育脱离生产实际和就业需要，造成毕业生高分低能，难以就业。

(三)实践教学内容及教学体系封闭、延后、被动

大多数高校的实践性教学项目仍附属理论教学且滞后于科技发展的前沿技术，内容单一、设备陈旧，缺乏课程、学科、领域等方面的“跨域交融”，从而造成学生动手操作机会少、实践性教学环节积极性不高和被动学习等问题。

(四)实践教学环境建设和经费投入不足

实践教学环境(实习基地、实验室、实验设备等)建设是实施素质教育、培养学生创新精神和工程实践能力的根本前提，但长期以来大多数高校实践教学经费普遍不足，致使实验室、校内实验基地建设相对滞后，校外实践教学基地缺乏稳定性和连续性，从而严重影响实践教学质量的稳定与提升。

(五)实践教学师资不足、技能水平较低

实践教学教师既是传授知识和技能的教师，又是工程师和管理师，在培养学生创新能力和实践能力方面起着非常重要的作用。但目前受高校人事制度限制，新进教师都是“从高校走向高校”的高学历人才，理论知识雄厚，普遍缺乏实践锻炼，很难培养和提高学生的实践技能。

二、基于CDIO教育理念的专业课程体系建设

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果[7－8]。CDIO 代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动、实践、团队的方式学习专业知识。

我校车辆工程专业现有汽车工程和城市轨道车辆两个专业方向。在构建专业主干课程体系过程中，充分考虑到作为现代汽车领域的工程师，应该能综合运用科学的方法及观点和技术手段来分析与解决各种工程问题，并能承担工程技术中开发与应用任务的基本要求，因此借鉴国际CDIO先进教学理念和经验，提出了基于知识(Knowledge)、能力(Ability)、素质(Quality)的KAQ－CDIO专业课程体系内涵，图1所示为车辆工程(汽车)专业主干课程体系。该体系中加强了课程之间的交融和关联，并通过实践教学环节培养学生的综合能力。

图1 车辆工程专业主干课程结构体系和实践教学体系

三、基于CDIO教育理念的实践教学体系建设

专业课程实验在培养学生基本知识技能和提高学生的工程实践和创新能力等方面，具有非常重要的地位[9－11]。因此，以“工程教育”为理念，以“项目实现”为载体，转变专业模块课实验教学模式和手段，制定切实可行的专业课实验教学目标，是改进专业课实验教学的必然。为此，我校车辆工程专业改变了以往的实验教学观念，强化课程交融、整合和优化专业模块课实验内容，全面开放实验室，并以竞赛为载体加强理论与实践相结合，从根本上改变传统实验教学模式，构建了车辆工程专业实验教学新模式与体系。

(一)强化课程交融，实现实验教学模块化

专业模块课实验教学体系首先应打破课程的界限，以强化学生的工程实践和创新能力培养为主线，按照专业模块课属性、课程地位、实验项目目的及技能培养要求，将课程实验分为基础知识层实验、专业技能层实验和创新设计层实验3个层次，每个层次对应若干专业模块课程，并由若干实验项目构成专业实验教学内容的总体框架，如图1所示。

基础知识层主要针对专业基础课程，培养学生基础理论课程实验的基本操作方法、实验技能、理论知识的感性认识以及严谨的科学学风。包括基础理论验证模块(由理论力学、材料力学、机械原理等课程的实验内容组成)、测试技能模块(由电工电子技术、汽车测试技术、车辆振动理论等课程的实验内容组成)。在这一层面除了验证性实验项目外，还可以通过专业基础综合实验课、基础实验大赛、机构创新设计大赛、汽车文化节等实践性教学活动，培养学生的专业兴趣，激发学生的创新意识和学习积极性[12]。

专业技能层主要培养学生对汽车数字化设计与仿真的应用能力。采用以工程项目为导向，将汽车CAD/CAE/CAM及现代设计理论与方法等课程内容融合起来，通过综合性、设计性实验项目或CAD/CAE大赛等手段，理论联系实际，强化学生工程应用能力。

创新设计层主要培养学生运用所学专业知识进行独立发现、分析和解决问题的能力，重点培养其创新意识和创新能力，包括汽车结构模块、创新设计模块、综合设计模块等。

(二)整合实验内容，开设实验课程

实验教学是对理论教学的有益补充，是学生理论与实践相结合的一个系统学习过程。根据专业课程的属性和地位，整合和优化课程实验教学内容，独立设置实验课并建立独立的考核机制，从而将“课实验”转变为“实验课”，这不仅增加了实验学时的机动性，而且加强了相关课程知识间的交融和关联，实现了“指导—引导—探讨”的实验教学模式，以提高综合性、设计性、创新性实验项目的开出效果。

我校车辆工程专业根据专业基础课程属性和课程实验教学需要，开设了车辆工程专业基础实验课和专业模块实验课。如将CAD/CAM、有限元基础、车辆优化设计、车辆控制理论等课程的部分实验进行整合和优化，开设汽车数字化设计与仿真综合性实验;将汽车构造、汽车设计、汽车理论等课程的部分实验内容整合，开设汽车拆装实习和汽车创新设计大赛等实验教学周，以保证实验教学单独设课的初步实施。

(三)开放实验室，加强学生工程实践能力培养

公开实验室开放时间，学生可以根据所学知识及课程要求自主设计实验项目，再结合项目研究需要，预约实验时间和实验设备。实验室对实验开放时间进行科学安排，并安排教师进行指导，从而激发学生学习的主动性，使其真正成为实验教学的主体，以加强学生工程实践及创新能力的培养。

(四)以竞赛为载体，创新实践教学理念和考核模式

针对专业模块课实验教学涉及面广、耗时较长、连续运行、学生自主设计不足等问题，采取以竞赛为载体的专业课实验教学模式，即结合专业模块课程教学内容和教学要求，设计各种竞赛活动，如综合性、设计性、创新性实验项目设计大赛，汽车创新设计大赛，“挑战杯”全国大学生科技创新大赛，飞思卡尔智能汽车大赛，节能小车大赛等，全方位培养学生分析、设计、制造等方面的工程实践及创新能力，并可以将此类竞赛成绩作为学生专业模块实验课及工程实践的考核结果，从而有效提高学生专业学习的积极性和分析问题、解决问题的综合能力。

四、建立产学研用合作的多元推动机制

(一)加强校内工程实践基地建设，突出工程实践教学的综合性与设计性

改造校内工程训练中心，改革传统金工实习单纯操作式的实习内容，增加面向设计、制造、测试内容。购置数控加工中心、图形工作站、工业机器人、电工与电子综合实验系统等设备，建立集计算机、机械、电子、汽车传动与控制等综合技术为一体的现代工程技术训练中心。学生在其中除了进行金工、电工电子等方面的基本技能训练外，还可进行包括计算机辅助设计与制造、汽车数字化设计与仿真等创新实践训练。

(二)建立稳定的校外工程实践基地，突出产学研用相结合的多向推动机制

市场经济条件下企业更注重直接经济效益和安全生产，普遍不愿接受学生的实习，即便是接受也是被动接受，学生动手操作的实践机会很少，以致实习效果很不理想。要改变这种现状，其核心问题在于探索出一条学校与企业合作教育的新模式。这需要从两个层面开展工作，一是推动建立产学研全方位合作的机制，二是学校自身要适应企业改革的趋势，优化工程实践教学的组织与管理。为此，我校按照建立产学双方共同参与、双向推动的工程实践教学运行机制，建立了稳定、可行的校外实践教学基地[13]。

(三)实施大学生课外创新行动，强化学生的实践与创新能力

学校制定了“大学生课外创新行动计划”，包括科学研究训练、工程实践训练、课外创新实践活动等。在这些活动中，积极推进以“项目实现”为载体的实践教学模式，有计划地组织学生参与教师的科研课题，学生也可自己提出研究型项目方案，学校酌情给予资助，学生自主在课外到校内工程实践基地进行研究，从而实现课堂理论教学与课外创新活动的有机结合及学生智力与非智力的协调发展，强化了学生的工程实践和自我发展能力。“大学生课外创新行动计划”已成为重庆交通大学机电与汽车工程学院“重实践、强能力”的一个显著特色。

实践证明，基于CDIO工程教育理念的实践教学运行模式和手段实现了理论知识与工程实践的有机结合，既解决了专业课程抽象、枯燥的授课难题，又充分提高了学生的工程实践及创新能力，这种实践教学设计理念和模式深受广大学生的好评，取得了良好的教学效果。