基于CDIO的机械专业教育改革实施方案探究

孙栋　陈海虹

【摘 要】针对当前我国高等工程教育实践能力不足，创新教育欠缺、工程化程度不够等弊端，积极引入和推动CDIO工程教育改革，结合我校实际情况，探讨并制定基于CDIO的机械设计制造及其自动化专业改革实施方案，培养符合学校定位的高质量应用型工程技术人才。

【关键词】CDIO工程教育 机械 改革实施方案 应用型

1 前言

在传统教育模式下，当前我国高等工程教育存在着诸多弊端，如实践教育和工程设计训练不足、师资队伍工程背景欠缺、创新教育不足、缺乏兴趣培养等。我校作为一所新建理工类本科院校，旨在培养有责任、精技术、会管理、善创新的工程技术专业人才。在这样的背景条件下，CDIO教育理念迅速成为我校教育改革的焦点。通过实施CDIO教学改革，旨在培养符合学校定位目标，具备优秀的职业道德、正直、富有责任感，并具有较强的项目开发、设计和制造能力、较强的创新能力、较强的团队精神和领导能力、较强的沟通能力的应用型工程师。

2 CDIO运作可行性

2.1 CDIO理念的优势

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。CDIO 的理念在继承和发展欧美20多年来工程教育改革的基础上，系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。

CDIO包括了三个核心文件：1个愿景、1个大纲和12条标准。它的愿景为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思—设计—实现—运行（CDIO）过程的背景环境基础上的工程教育。它的大纲首次将工程师必须具备的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO全过程能力以逐级细化的方式表达出来（3级、70条、400多款），使工程教育改革具有更加明确的方向性、系统性。它的12条标准对整个模式的实施和检验进行了系统地、全面地指引，使得工程教育改革具体化、可操作、可测量，并对学生和教师都具有重要指导意义。CDIO体现了系统性、科学性和先进性的统一，代表了当代工程教育的发展趋势。

2.2 我校实施CDIO的优势

（1）我校是应工业强省战略和城镇化带动战略对理工类应用型人才之需而建立的一所年轻的理工类院校，旨在培养有责任、精技术、会管理、善创新的工程技术专业人才。这样的办学目标正与CDIO工程教育模式不谋而合，将其合理实施开展，必然会取得良好效果。

（2）我校是西南地区乃至全国最年轻的理工类高校。一方面，存在经验不足、资源缺乏等问题；但从另一个方面来讲，年轻也意味着在改革实施过程中，它比相对成熟的高校所受的阻力要小，且校领导高度重视教学改革，在制度、政策、资金等方面都给予大力支持。

（3）我校师资队伍年轻化，青年教师勇于探索，敢于创新，不易受传统教学的束缚。在引入CDIO理念后，积极制定方案，并配置完善实施改革所需的基础设施。

（4）2013年秋季我校迎来第一届学生，90后成为学生的主体，他们思想灵活、创造力丰富，乐于接受新事物和新挑战。

2.3 CDIO的实施与评估

CDIO的实施是要将学科概念和能力整合在一起。例如，主动发现问题、分析问题、解决问题贯穿学习始终。再如，机械工程的原理被用在产品或过程的构思和设计中。这种时间的双重利用可以在达到CDIO学习结果的同时不用牺牲课程量及学科的理论深度。同时，在教学过程中，要充分发挥实践教学和实验室的作用，让学生在课程整合的同时，做到理论和实际的整合。从教师的层面讲，在改革过程中，教学计划、教学和学习方法的研究与发展是教师职责和工作的重要组成部分。

为了能够展示出CDIO带来的差异，评估是很重要的。衡量改革效果的标准随专业的不同而改变。可能包括：学生选本专业志愿率增高或学生保有率增高；学生、教师和关键利益相关者的满意度增高；达到更多的专业目标；学生在校外专业团体所获的奖项或认可度增加；或者就业率提高等。

3 机械工程学院CDIO实施方案

在制定实施方案前，我们必须分析以下几个核心问题：1.现代工程师需要具备哪些知识和能力？2.应如何使学生具备这些知识和能力？3.如何评估学生毕业时掌握了这些知识和具备了相应的能力？解决这三个问题的思路也就是我们实施CDIO应有的思路。经过探讨，我院CDIO实施过程主要如下：

序号 内容 备注

1 制定专业培养目标 对学生、机电企事业单位、专家学者走访调查，经专家论证确定适应改革形式、市场需求、具有前瞻性、服务当地发展的专业培养目标。

2 构建能力模块 知识、能力、素质

3 构建课程体系 完成课程体系及培养标准实现矩阵表

4 三级项目设计 （1）一级项目：模拟企业产品研发的全过程

（2）二级项目：基于课程群模拟企业产品的构思与设计过程

（3）三级项目：核心课程内根据需要而设，模拟产品的制造过程

5 革新教学方法 贯穿始终，实施基于项目/問题等探究式主动学习为核心的教与学方法，强调发现问题、分析问题和解决问题的能力，采用边讲边实验边讨论，让学生成为课堂上的主动者。

6 建立教学质量评估体系及持续改进机制 建立以质量保障体系为核心的持续改进机制，根据评估结果，随着学科的发展、社会的需要，调整专业培养目标、专业能力大纲、课程体系改进教学方法，调整教学活动，改变评估工具和方法。

4 项目示例

现以机器人项目为例，说明课程、能力、项目之间的有机结合。

一级 二级 三级 课程 能力

机

器

人 执行机构

（机器人本体，机构设计） 行走机构 制图、工程材料及成型技术、机原、机设、工艺学、数控技术、机械加工设备、现代切削加工技术、特种加工、互换性与测量技术、优化设计、有限元分析、计算机仿真、CAD＼CAM技术 1.技术知识和推理能力

2.个人职业技能和职业道德

3.人际交往能力

4.企业和社会环境下的

构思、设计、实施和运行系统

夹持机构

支撑与旋转机构

驱动装置

（借助于动力元件使机器人进行动作） 行走驱动 制图、液气压传动与控制、机原、机设、互换性与测量技术、交流技术与交流调速、机电传动与控制

夹持驱动

旋转驱动

检测装置

（实时检测、反馈、调整机器人的运动及工作情况） 内部信息传感器（各关节位置、速度、加速度等） 制图、电工学与电子技术、机械工程控制基础、C语言程序设计、测试技术、计算机网络基础、光电技术与系统、机电传动与控制

外部信息传感器（作业对象及外界环境信息）

信息处理（处理传感器采集数据，闭环控制）

控制系统

（通过集中或分散式控制，使机器人完成预定指令） 搭建硬件平台 电工学与电子技术、C语言程序设计、计算机网络基础、光电技术与系统、测试技术

集中式控制软件编程

分散式控制软件编程

5 总结

基于CDIO的基本原理，借鉴工程教育工程化的教育理念，结合专业人才培养目标，以产品为载体，把工程化作为教学平台，完成机械工程学院基于CDIO的机械设计制造及其自动化专业人才培养方案，探索适合机械工程学院学生的教学方法和手段，提高教学质量。

【参考文献】

[1]曹建树，代峰燕，王殿君，王伟. 一般工科院校机电类专业CDIO工程教育模式的研究和实践[C]. 2011北京CDIO区域性国家会议文集——面向未来工程职场的CDIO教育模式研究与实践， 2011： 184.

[2]查建中.论“做中学”战略下的CDIO 模式[J].高等工程教育研究，2008（3）： 1-9.

[3]黄华圣. 从企业角度，探索产学合作及高校工程训练新模式[C]. 2011北京CDIO区域性国家会议文集——面向未来工程职场的CDIO教育模式研究与实践， 2011： 218.

[4]朱輝，单鸿波，曹桄，金怡等.画法几何及工程制图[M].上海科学技术出版社，2013.

[5]顾佩华，沈民奋，陆小华译.重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M].北京高等教育出版社，2009.