面向卓越工程师培养的CDIO实践平台建设探索

(浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州310032)

一、卓越工程师培养对CDIO模式的引进需求

(一)CDIO对卓越工程师培养有助推作用

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。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，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。从2000年到2004年间，MIT与瑞典的查尔摩斯工业大学、林雪平大学、瑞典皇家工学院在Knut and Alice Wallenberg基金会资助下，通过共同的探索研究，创立了以CDIO命名的国际合作组织。自正式成立以来，国际CDIO工程教育组织已发展到世界五大洲超过25个国家81所院校成员。2011年，美国工程院院士 Edward Crawley教授因创立CDIO工程教育模式而获得美国工程院最高教育奖项“戈登奖”。近年来，中国对CDIO的发展也不断涌现［1-3］。汕头大学工学院在回顾工程教育改革背景的基础上，从工程教育与人才培养模式改革出发，提出了以工程设计为导向，以培养个人能力、团队能力和系统调控能力为主要目标的 EIP-CDIO(Ethics、Integrity、Professionalism-Conceive、Design、Implement、Operate)工程教育理念［4］，并根据本校实际，提出以实践性和探索性的设计项目为载体，以科学的课程安排(进度)促进能力培养的人才培养模式［5］。哈尔滨工业大学借鉴CDIO的教学理念，以机械基础课程实践教学改革为例，把以学生为中心的知识、能力、素质全面协调发展作为改革的指导思想，以启发式教学引导学生以主动的、实践的及课程间有机联系的方式学习工程，探索了适合我国国情的本土化CDIO教育模式［6］。

教育部联合中国工程院于2010年启动了“卓越工程师教育培养计划”是一系列“卓越教育培养计划”中的首个计划，目标是以该计划为突破口，促进工程教育改革与创新，全面提高我国工程教育人才培养质量，促进我国从工程教育大国走向工程教育强国。CDIO培养模式的特点是具有国际先进性、实践可操作性、全面系统性和普遍适用性。它的核心目标是工科毕业生具备在现代团队开发环境中构思、设计、实施和运作具有创新价值的复杂工程系统把控能力。CDIO在中国应用的经验在很大程度上影响了卓越计划的顶层设计，其方法是卓越计划从顶层设计到实施过程的重要基础［7］。据此，高校根据卓越工程师培养的要求，通过分析传统实践教学中存在的问题，提出了机械工程CDIO实践教学平台的构建和管理运行模式。通过此方案的实施，以提高学生在实践领域的整体能力，从而使实践教学达到更高的水准，具有现实意义。

(二)传统实践教学对现代工程人才培养的消极影响

为了发现传统的实践教学与企业对毕业生人才现实需求之间的差异，对350家浙江省装备制造企业进行了调查，结果表明：需求量最大的是具有较强的团队领导、组织、沟通、协调能力的创新型人才，其次为技术复合型、机电通用型和专业对口型人才(见图1)。同时，最不受用人单位欢迎的是那些虽然比较专业，但不懂组织管理、人际协调能力差及知识面狭窄的毕业生。按照不受欢迎的程度依次为：比较专业但不懂组织管理人际协调的毕业生、比较专业但知识面狭窄的毕业生、能力强知识面宽但不太专业的毕业生和计算机、外语好其他一般的毕业生(见图2)。

图1 浙江省装备制造企业人才需求类型比例

图2 浙江省装备制造企业最不欢迎毕业生类型比例

企业对毕业生的需求反映出传统的实践教学存在的问题：内容单一，学生自主性差，着重强调个人动手能力而忽视团队协作精神，重视知识验证性学习而轻视创新培养；实验课程以验证性为主，缺乏综合型创新性实验；在时间方面的安排比较死板，灵活性较差，学生只能在规定时间完成相应的实践环节，很难有个性化发挥的机会。因此，学院原有的实践内容和运行管理模式与培养卓越工程师的目标存在一定的差距，卓越工程师培养对CDIO模式的运用存在着潜在的需求。

二、卓越工程师培养的机械工程CDIO实践平台的主体架构

在以上调查和分析的基础上，可以结合浙江工业大学未来十年的建设目标，对传统的实践教学环节进行改革，创建机械工程CDIO实践平台，在新的实践平台构建中着力提高学生的三方面素质：第一，具有良好的团队领导、组织、沟通和协调能力。第二，具有宽厚的科学和工程知识，较强的工程问题发现与解决能力、系统思维和创造性思维表现能力、工程创新能力。第三，了解浙江制造业产业特征，具有较强的地方制造业适应能力。机械工程CDIO实践平台面向卓越工程师教育培养计划，引入CDIO理念和实践教学方法，平台的具体结构和运行模式见图3。

图3 面向卓越工程师的机械CDIO实践平台主体架构

实践平台由硬件平台和软性平台两大类支撑。硬件平台包括：认知平台、主题设计平台、加工制作平台、装配测试平台、材料储备和使用平台，主要用于为实践教学提供物质基础和技术保障。认知平台主要针对低年级学生，开设产品概念认知和理论验证项目；主题设计、加工、装配测试平台在软性平台的支持下，以创新和工业化为核心，团队小组为形式，开设主题实践项目和竞赛项目。在软性平台中，主题研究项目群支持平台由企业创新实践基地、高校交流机制和学科竞赛提供项目资源，形成实践项目和竞赛项目。

为提升学生的实践能力、创新能力以及主动服务行业企业需求的意识，以适应卓越工程师培养目标的要求，将以构思—设计—实现—运作为流程的CDIO教学实践模式融入到实践项目和竞赛项目的实践教学中。在实践进程中，依托于校内培养环境，学生以自主团队的形式结合企业需求或竞赛要求，依据目标开展产品构思；在相互交流和协作的基础上完成设计；以队内分工的方式完成产品的制造、整合测试等工作，并在此基础上实现产品；最终完成团队工作的考核评测。在整个实践教学环节中，教师不直接提供解决问题的方法，而是激发学生的潜在能力，引导个性化思考和主动性发挥，仅仅起到评估、审核、督促实施、解答疑问、指导、考核与保障等作用。表1为主题实践项目和竞赛项目的总体方案。

表1 机械CDIO实践平台主题实践项目和竞赛项目的总体方案

应该关注的是机械主题实践项目流程和机械设计竞赛项目流程。(1)机械主题实践项目流程是：学生自组团队→软性平台项目子集中选题→设计初稿，组内讨论，可行性评估→任务分工，软硬件开发→成品演示→团队内评价，团队间互评→教师考核与奖励。(2)机械设计竞赛项目流程是：学生自组团队→依据竞赛要求选题→理论方案，机构选择，市场调研→三维模型图→方案细化，关键问题分析→初步筛选→方案实施，设计实物化→校内自评→问题整改，完善→参与竞赛。

同时，不可忽略的是教师的重要作用。比如机械工程CDIO实践平台中教师角色的转换：在选题和初步设计环节中，教师为工程实际题目所涉及的领域和难度把关，确保实践的可行性。在实践和设计过程中，教师不直接告诉学生解决问题的方法，而是挖掘学生的潜能，引导个性化思考和主动性的发挥，在讨论和辩论中引导学生得出答案，不拘泥于已有的思考方式。

三、卓越工程师培养的CDIO实践平台的运作管理

(一)实践平台的创新模式

机械CDIO实践平台的运作模式是项目实施效率和成果质量的重要保障。机械CDIO实践平台采取开放式运作模式，即学生可以根据项目特点及自身兴趣自主开展实践活动，并提高平台的使用效率。结合学生组织管理能力和团队合作精神的能力培养要求，实践平台采取学生负责和教师指导的方法运行。充分发挥学生间联系与组织的天然优势，以学生与学生间的联系组织方式，弥补学生预约专任教师的管理模式的不足，扩大平台的开放程度。

教师发挥监督管理的作用，从实践工作中选拔出优秀的学生作为运行负责人。

实践平台不仅展开前期构思、设计基础工作，还要致力于后期运作重心阶段，并根据平台的运行要求组建各级学生为主体的管理组织。这一阶段需要通过成果资源库和实物资源库的管理促进实践创新活动，促进学生实践项目和实践能力的可持续发展。成果资源库由学生负责建设和管理，参与项目的学生根据规范录入和归档。实物资源库包括设备库和耗材库两方面。设备库主要包括机械加工设备、电工制作测试设备以及各类设备的操作和安全规范。耗材库主要包括各类设备的易损易耗品以及常用电子器件等。实物资源库的运行管理采取学生值班管理制度。

(二)实践平台的创新成效

学生通过参与CDIO工程实践平台中的实验、机械设计和工程创新等项目训练，机械工程实践能力和创新能力明显提高。同时，在平台运行过程中学生的实践成果多次在全国和省级科技竞赛中获奖，多项成果取得专利，部分成果获得企业的应用，学生的就业竞争力显著增强。归纳起来，平台应用已取得了两个方面的积极成效：第一，构建了适应区域经济的真实工程实践教学环境，学生在真实的工程环境中，全面接受大工程实践教育，显著提高了学生的实践与创新能力。第二，推行以学生为主体的渐进式主动实践模式。通过认知实践、实验教学、项目实践教学等多层次实践环节，学生分析问题和解决问题的能力明显提高，探索了一条工科学生大工程素质培养的途径。通过机械工程CDIO实践平台的建设，使机械工程类的实践教学形成一种基于整个实践教学平台的学生培养机制，使学生的知识和经验的获取方式由被动的参与向主动的实践转化，从而达到培养学生的工程师职业技能和职业素养二方面兼得的教学效果，培养出一批具有较高专业能力和多方面综合能力的毕业生，以适应卓越计划的要求。

［1］江帆，等.融合研究性学习与CDIO的机械设计实践教学［J］.实验室研究与探索，2010，(8)：267-270.

［2］王天宝，程卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践——成都信息工程学院的工程教育改革实践［J］.高等工程教育研究，2010，(1)：25-31.

［3］蔡晓君，等.深化卓越工程师机械设计主题实践的改革［J］.实验室研究与探索，2012，(6)：152-154.

［4］顾佩华，等.从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索［J］.高等工程教育研究，2008，(1)：12-20.

［5］顾佩华，等.以设计为导向的EIP-CDIO创新型工程人才培养模式［J］.中国高等教育，2009，(3)：47-49.

［6］刘会英，等.探索适合我国国情的CDIO工程教育模式［J］.实验室研究与探索，2011，(7)：106-110.

［7］顾佩华，等.CDIO在中国(上)［J］.高等工程教育研究，2012，(3)：24-40.