CDIO模式下的机械—安全综合人才培养模式浅析

胡兴志,丁飞己,王纪坤,李学哲

(华北科技学院 机电工程学院，北京 东燕郊 101601)

1 概述

1.1 机械安全研究现状

机械设备广泛应用于国民经济各个领域，机械事故的发生也伴随着机械生产、机械服役的全过程。由于机械事故具有突发性、灾难性、中断性以及社会性，机械系统安全越来越成为机械行业研究的重中之重。

在安全研究领域，机械安全的重要性似乎并未引起足够重视。以CNKI中国知网收录的与事故相关的文献为例，截止2013年1月中国知网共收录各类文献记录总数为68,222,469，其中以安全或Safety为主题词的文献记录总数为1,832,860。在常见的五种事故(气体爆炸、锅炉爆炸、机械伤害、瓦斯爆炸)中涉及各类机械伤害事故的研究记录仅有909条，占五类事故的百分比为0.05%，CNKI论文总量的0.0013%，略多于锅炉爆炸(如表1)。说明以前人们对于机械安全重视程度不够。

但是值得可喜的是，近年来，特别是2005年以后，安全研究领域关于机械伤害的研究显著增多(如图1)。

表1 CNKI摘录的主要事故相关文献分类检索结果

图1 CNKI收录的关于机械伤害研究的总量随时间变化图

尽管如此，实际的研究中涉及机械伤害特征、机械伤害成因、机械伤害处理的内容散布于各类文献中，尚未形成完整理的论体系。

1.2 华北科技学院机电安全技术课程知识体系概述

我校开设的机电安全技术课程理论知识体系如图2：

图2 我校机电安全技术学科学科体系

从知识体系上看该课程存在的不足主要包括：

1) 相关原理叙述不够深刻：例如对机械安全基本要求虽然有相关描述，提及了安全人机工程学，但对相关原理与应用并未详细介绍；

2) 知识体系并不完善：现有的机电安全技术课程虽然设计基本的机械生产所需知识，但对于机械安全性能评估、机械安全设计指标等机械安全必须知识并未涉及，课程中提及机械伤害相关知识的内容也较少，知识体系有待健全，局限于安全技术应用领域，上升不到学科的高度；

3) 知识体系重合：与安全科技概论、电工学、机械制造学等学科存在理论知识相互叠加的现象，知识体系的独立性并不明显。

1.3 CDIO模式下的工程技术人才培养概述

CDIO(Conceive-构思，Design-设计，Implement-实施，Operate-运行)教学模式是美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所院校在Wallenburg基金会的资助下，经过几年的研究、探索和实践于2004年创立的一种新型工程人才培养模式。CDIO模式下的工程人才培养模式主张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、课程之间综合的方式学习。

依据CDIO基本理论，一名新毕业的工程师在技能方面的明显缺失包括工程实践能力、管理能力、项目管理能力、保证质量的能力、有效沟通的能力、市场原则的知识、道德和职业感等。为弥补新毕业的工程师的上述技能缺失，CDIO教学大纲将工程毕业生的能力分为

技术知识与推理、个人与职业的技能、人际技能能力和CDIO工程系统能力四个层面，其结构如图3所示：

图3 CDlO大纲组织结构示意图

CDIO教学大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。其中CDIO工程系统能力指的是在企业、社会环境下引导学生构思、设计、实施、运行系统，是CDIO教学大纲拟定的人才素质的核心内容。

2 CDIO人才培养模式下的机械工程学科及安全学科发展浅析

2.1 CDIO华北科技学院目前机械-安全综合人才培养模式现状

虽然，目前我校已有机械工程学科体系下的教学模式能够解决工程领域内的多数问题，但在机械安全评价方面显然缺乏系统的理论体系。现有的机械工程学科人才培养目的局限于培养学生掌握机械设计与制造的基本理论和电子技术、计算机技术的信息处理技术的基本知识。培养的机械专门人才虽具有一定的机械产品设计、制造及设备控制能力，但在机械安全评价领域现有理论体系还局限于强度计算、结构设计等传统机械工程学科里的核心内容，机械安全评价理论体系尚未健全；在机械伤害领域学生并不具备系统的机械伤害预防、机械伤害应急处理能力。

另一方面，从我校机电安全技术课程开设形式来看，机电安全技术课程属于专业选修课。在进一步地研究中，该课程应处于何种地位决定着下一步课程改革的实施。这些，国外CDIO人才培养模式以其明确的课程体系给了我们启发与参考。

2.2 机械工程专业课程体系有关安全内容

从各大高校机械工程学科开设课程来看，现有的机械工程学科体系虽未明确应用安全原理对机械安全性能进行分析，但有关安全的内容已经包含(如图4)。

机械安全理论主要包括零件结构失效理论和机械安全服役理论三部分。其中，零件结构失效理论内容涉及零件的变形失效理论、断裂失效理论、表面损伤理论，在实际教学中上述理论依其应用领域的不同又可分为理论力学、材料力学、工程材料等学科；机械安全服役理论涉及强度计算、断裂力学、损伤力学、疲劳理论和可靠性理论，涉及到得相关学科包括理论力学、材料力学、工程材料、机械设计、设备维修等多门学科。考虑到生产实际，高校现有教学内容大多包含电气设备安全、工厂供电安全等相关知识，这些知识包含于电工学和工厂供电两门相关学科中。

图4 现有机械工程学科理论体系下的机械安全知识体系

2.3 CDIO人才培养模式下的机械—安全综合人才培养模式浅析

2.3.1 CDIO人才培养模式下的机械—安全综合人才培养模式定位

依据CDIO人才培养模式基本要求，CDIO人才培养模式下的机械—安全综合人才应兼具传统机械设计制造相关技能和机械安全知识，以适应工厂生产实际及理论知识体系的构建。具体要求应以安全原理为基本导向，进一步揭示机械设计、机械生产制造中应遵循的安全原则，以安全思想指导机械设计、制造各环节，确保机械产品在安全可靠的情况下，同时获得最大的经济效益，满足生产实际需求。

培养人才的目标除了具备机械设计、机械制造相关知识外，还应具备机电设备安全性能评估、机电设备安全性能维护、企业安全管理、应对以机械伤害为代表的工厂突发事件等相关技能。

2.3.2 CDIO人才培养模式下的机械—安全综合人才培养模式构想

国外CDIO模式教育除了包含传统的工程领域专业技能外，更加注重培养学生团队配合、有效沟通、企业运营规律方面相关技能。这些技能的培养使得CDIO模式下的工程在教学安排与传统工程教育模式存在着诸多不同之处。在国外已有的CDIO工程人才培养模式中多数高校将工程领域基础学科的教学安排在第一学年，第二学年的教学则侧重于设计方法、设计原则的教学，第三学年一般会安排实训，最后一学年往往是毕业设计和毕业实习。

CDIO模式下的机械工程人才培养除了传统意义上的机械工程人才必须具备的机械设计、制造基本知识外，集中利用第三学年以小组合作设计为主的CDIO实训环节增强学生团队合作意识，着重培养未来工程师集“构思—设计—实施—运行”于一体的一体化的工程技能。

在预期的CDIO模式下，开设机械工程人才培养模式中机械安全课程的目的是传授机械设计及其相关制造的基本安全原则。机械安全课程体系涵盖现有安全学科基本安全理论，安全评估理论、事故理论、事故救援、安全管理，但又与传统的安全学科有所不同，CDIO模式下的机械安全学科教学应注重培养学生进行机械安全评估、机械事故预防、机械事故处理方面的综合技能，并结合工厂生产实际掌握工厂安全管理相关技能。在学科体系的基础上，要采取集“创造、构思工程项目(C)—项目设计(D)—设计实施(I)—运行及技术支持(O)”模式于一体的一体化工程技术实践，更多地引进工程项目实训，提升未来工程师的工程素质。

3 CDIO人才培养模式对我校机械—安全综合人才培养启示

CDIO国际工程人才培养模式为我校机械—安全综合人才培养提供了一种新思路，结合我校的办学实际及我校机械工程学科发展现状，可以借鉴的相关经验。

重视实践能力，改革人才培养思路：CDIO人才培养模式的精髓在于突出学生个人团队配合、有效沟通、企业运营规律方面相关技能，而非传统意义上的帮助学生构建学科知识体系。学生团队配合、有效沟通、企业运营规律方面相关技能的培养应该在团队中进行，工厂实习中的实训环节有助于上述能力的培养。在校期间给学生提供更多更好的工程实践机会，提高学生工程技术能力。

改革人才培养目标：目前，高校人才培养大多以综合性人才为其人才培养目标，本科办学综而不专，专科办学专而不精。CDIO人才培养模式对现有人才培养模式提出的具体要求是集中增加以协作为主的实训环节，这就要求我们对传统意义上的人才培养模式中学科知识体系相互交叉、办学特色不突出等制约人才培养的因素有所作为。变技术型人才培养为技能型人才培养，变综合性人才培养为专业化人才培养，让每个学生学有所成，学有所用；

建立健全我校机械安全课程理论知识体系，开发适合校情的校本课程：我校系国家安监总局直属院校，安全科技知识的普及是我校长期以来的办学特色之一，机械安全课程理论知识体系的建构符合我校办学特色，有助于我校机械工程学科教学改革工作的推进。就我校机械工程学科发展而言，校本课程的开发落实到实际行动中不仅可以包括传统意义上的矿山机械，更可以包括新兴的机械安全学科。CDIO人才培养模式为我校机械工程学科发展提供了一种新思路——整合教学资源，开发机械安全校本课程。针对目前我校机械工程学科发展现状，不难看出构建机械安全学科的核心及难点即是机械安全评估，机械安全评估知识体系是否完善将直接制约我校机械安全校本课程开发。

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