应用型高校机械本科专业教学改革探索

银光球　张福江　罗敏峰

[摘 要]CDIO工程教育模式是国际工程教育改革的最新成果，也是我国高等工程教育改革的方向。应用型高校根据“厚基础，强能力”的人才培养目标和以能力培养为目标的CDIO工程教育模式，结合机械本科专业的教学特点和对毕业生的能力要求，构建了M-CDIO项目教学体系。M-CDIO项目教学体系不仅系统地解决了学生重知识学习、轻知识运用的问题，而且学生通过做“项目”、“微项目”对专业知识认识得到了深化，进而固化为自身的能力。

[关键词]M-CDIO项目教学体系；工程教育；应用型高校

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）07-0038-04

“大众创业，万众创新”是现时代的鲜明主题，创业创新离不开扎实的工科基础，高等工程教育则为创业创新提供理论基础和人才储备。我国工程教育规模世界第一，但还远不是工程教育的强国。[1]

纵观工程教育的发展，理论与实践始终是一对矛盾。在工程教育过程中，以科学理论教学为主，还是以工程实践教学为主，抑或两者并重，一直是工程教育界争论的焦点。[2]工程教育的发展，大致经历了从早期的工程实践为主、科学理论为辅，到现代的科学理论主导、工程实践削弱。现代以科学理论为主导的工程教学模式，使得从过去实践中抽象出来的概念和基本理论远离了当今的工程实践，工科教育、学习变成了智力游戏，偏离了工科教育创造性和实践性的基本特征。因此，工科教育培养出来的学生科学理论较强，但动手能力差，人际交流、团队协作能力不够，难以满足现代企业对人才的要求。因此，我国存在着这样一种奇怪的现象：一边是求才若渴的企业，一边是大量毕业即失业的大学生。[3]

为了实现“中国制造2025”目标，把我国从制造大国转变成为制造强国，也为了满足现代企业对人才的要求，我国的工科课程教育必须改革。目前，我国工程教育体系仍然是以德国教育家赫尔巴特于200多年前提出并创建的“教师中心、教材中心、课堂中心”的教育体系为主。[4]这种教育体系归根到底是以知识为中心，而不是以能力为中心的教学体系，把工科课程的基础知识和基本技能糅合在解题训练中，以培养善于考试的人才为目标。这样培养出来的工程人才是难以满足我国现代化工程建设的要求的，存在大学生毕业即失业的现象也就不足为怪了，关键是我们教育工作者要如何改变这一现状。

近年来，国际工程教育改革的最新成果——CDIO工程教育培养模式，为我国的工程教育改革带来了一线曙光。它以现代企业对人才能力需求为导向，在传授工程知识和技能的基础上，将企业项目的运作模式引入学生培养中，有针对性地培养学生各方面的能力，以满足现代企业对人才能力的要求。

一、CDIO工程教育模式与机械本科专业教学的嵌合

（一）CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等四所大学组成的工程教育改革团队提出、并持续发展和倡导的全新工程教育理念。[5]它将工科毕业生的能力分为工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力四个层面，涵盖17种不同的主要能力，在执行操作层面细分为更具体的73种不同的技能。这种工程教育模式符合应用型技术大学的人才培养目标，易于量化考核和评价。国外高等工科院校的实践证明[5]：实施CDIO工程教育模式的学校，这四个层面得到充分培养和训练的工科学生，就业前景被普遍看好，大都供职于大型的跨国公司。

（二）机械本科专业的CDIO项目教学体系

以“厚基础，强能力”为人才培养目标的应用型本科大学，更重视学生工程能力的培养。CDIO工程教育模式的实施必须与专业教学内容深度融合，赋予它新的内涵与特色。图1是机械产品开发过程与CDIO工程教育有效结合的途径。

从图1可以明确，CDIO工程教育模式与机械工程领域相结合的契机在于：机械领域的产品开发的四个环节与CDIO工程教育的四个阶段不谋而合。这样，在机械本科专业的教学中，以CDIO工程教育模式为纲领，以机械产品研发到产品运行的生命周期为载体，以学生为中心，以工程能力培养为目标，以“项目”、“微项目”为手段，将机械领域的基本知识和基础理论糅合在“项目”、“微项目”的方案原理构思，装配图、零件图设计，零件制作实施和产品销售、售后四个阶段中，赋予CDIO工程教育模式中构思、设计、实施和运作四个阶段新的内涵，实现CDIO工程教育模式与机械领域教学的有机结合，形成了机械工程领域的CDIO（Mechanical CDIO，简称M-CDIO）项目教学体系，并具有以下特征：

1.良好的工程能力培养。在M-CDIO项目教学体系中，随着糅合了机械领域的基本知识和基础理论的“项目”、“微项目”实施，学生的工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力四个层面都得到了全面、系统、具体的训练，培育满足现代社会和现代工程需要的、具有较强工程能力的工程技能型人才，符合我国应用型高校的办学定位和人才培养目标。

2.“情境式”、“体验式”学习工程理论知识的环境。在M-CDIO项目教学体系中，学生组成学习小组，通过相互分工、协作完成“项目”、“微项目”的形式学习机械领域基本知识和基础理论，改变了传统以“记忆、考试、拿证”为目的的工程理论知识学习模式，为学生提供了“在学中用，在用中学”的情境，实现理论与实践的有机联系和良性互动，使知识从实践中来，又回到实践中去，符合哲学领域的认识实践观。

3.“学生中心，教师主导”的授课模式。在M-CDIO项目教学体系中，需以学生为中心，以“项目”、“微项目”为抓手，针对机械工程专业每门课程的特点，设置若干个糅合了课程的基础知识和基本技能不同的“项目”、“微项目”。课程的学习，先通过教师授课，讲解本课程的基本概念、知识点，然后让学生完成这些“项目”、“微项目”来再现、巩固课程知识，使一些抽象的概念具體化，使过去从实践中抽象而获得的知识、理论重新回到工程实践中指导实践；学生在实践中主动、积极地学习课程知识。

二、M-CDIO项目教学体系在机械工程本科专业的实施过程

机械系统一般由动力系统、传动系统、执行系统和操作控制系统等组成，机械专业本科毕业生应该具备根据机械系统的功能，能够独立地完成机械系统构思、设计、制造和运作的基本能力，为社会、企业提供优质高效、物美价廉的机械产品。如果将机械系统功能、结构的完整呈现看作是一个大“项目”，则系统中的子系统功能、结构的呈现可以看作是一个“微项目”。

M-CDIO项目教学体系的实施，关键在于对“项目”、“微项目”的具体落实和完成，大致要经过以下过程：

（一）“项目”总体方案原理设计

根据机械系统的功能要求，确定机械系统的基本工作原理，进而获得完成该功能的技术系统，确定总体的主要参数和结构布局设计，形成机械系统总体方案设计图和结构布局图，同时编写总体设计报告及技术说明书，为“项目”的顺利实施和完成奠定基础。

（二）“微项目”方案原理设计

根据机械系统的组成，设计实现各个子系统功能的方案原理，确定实现各个功能的具体机构，形成机构原理图，编写“微项目”方案设计报告及技术说明书。比如原动机采用电动机还是内燃机，传动系统、执行系统采用什么样的机构来实现，是集中驱动还是分散驱动等。“微项目”的功能原理与结构设计服务于“项目”的总体功能，受“项目”的总体结构布局约束。

（三）“项目”、“微项目”的工程图设计

根据前面二步形成的图纸和设计报告，对“项目”、“微项目”进行详细的技术设计和结构设计，最终得到“项目”、“微项目”的总装配图、子装配图和零件图及设计技术说明书等资料。

（四）“项目”、“微项目”制造工艺、工装设计

根据现有的制造工艺水平和设计的技术要求，设计零件的制造工艺和装配工艺以及相应的工装夹具。形成“项目”、“微项目”完整的制造工艺过程，并编写制造工艺规程及技术文件，比如绘制工序图、制定工序卡、确定切削参数等。最终得到能完成预定功能的机械产品。

（五）“项目”、“微项目”过程管理与运作

由于团队的分工和协作，上述过程离不开“项目”、“微项目”的过程管理与运作。过程管理与运作可以使“项目”、“微项目”按顺序、有步骤、有目的地齐头并进，而不至于出现“短腿”现象，缩短“项目”、“微项目”进程。同时，过程管理与运作还与机械产品后期的营销与售后服务等业务流程有关，也与学生个人的组织、沟通、交流与协作能力息息相关。

上述过程中，第一、二步为“项目”的方案设计阶段，属于M-CDIO项目教学体系中的C阶段，即构思阶段；第三步为“项目”的图纸结构设计阶段，属于M-CDIO项目教学体系中的D阶段，即设计阶段；第四步为“项目”的生产制造阶段，属于M-CDIO项目教学体系中的I阶段，即实施阶段；第五步为“项目”的过程管理、营销与售后服务阶段，属于M-CDIO项目教学体系中的O阶段，即运作阶段。

在M-CDIO项目教学体系中，随着糅合了机械专业基础知识和基本技能的一系列“项目”、“微项目”的实施和完成，学生不仅在工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力四个层面都得到了全面、系统、具体的训练，而且熟悉了“项目”、“微项目”的操作流程，模拟企业项目的运作过程，使学生毕业后能更好地了解和融入企业，找到理想的工作。图2表示了M-CDIO项目教学体系中知识、项目实践和个人工程能力之间的关系。

由图2可知，在M-CDIO项目教学体系中，基础知识、专业知识通过M-CDIO项目实践训练转化为工科毕业生的四种能力；反之，工科毕业生要达到这四种能力，需要经过相应的M-CDIO项目实践训练，而要完成实践，必须学习相应的专业知识和基础知识。这符合哲学的认识实践观：知识来源于实践，并高于实践，指导实践，接受实践的检验。

三、以M-CDIO项目教学体系引领机械本科专业的课程教学改革

针对我国机械本科专业的教学现状与存在的问题，结合CDIO教育理念，为贯彻应用型高校“厚基础，强能力”的人才培养目标，在机械本科专业实施M-CDIO项目教学体系。在具体落实M-CDIO过程中，必须思考和解决好以下几个问题。

（一）解放教师思想，转变教育观念

目前，我国大部分高校的工程教育体系仍然还是沿袭德国教育家赫尔巴特于200多年前提出并创建的教师中心、教材中心、课堂中心”的教育体系，体现在以记忆、考试、拿证为目的的工程理论知识学习模式，常常以分数论英雄。毕业生难以满足现代企业对人才的要求，造成很多毕业生一毕业就失业的现象。因此，在教育思想和教育观念上，必须解放教师思想，牢固树立“大工程观”意识，以学生为中心，以能力培养为目标，明确工程能力培养在工科人才培养中的地位与作用，体现应用型本科院校的特色。结合以能力培养为目标的M-CDIO教学大纲，实現四个教育大转变：一是专业对口教育向基本素质教育转变，二是注重知识传授向重视学生能力培养转变，三是注重共性教育向注重个性发展、因材施教转变，四是注重学科知识系统性向重视学科工程综合性转变。[6]通过教育观念的改变，为工程应用型人才的培养提供新的知识体系、能力结构和思想指导。

（二）修改专业培养方案和教学大纲，增加工程知识与技能培养

专业培养方案是学校教学，学生选课、修课的依据。M-CDIO培养大纲将工科毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面。国外高等工科院校的实践证明[5]，这四个方面得到充分培养和训练的工科学生，就业前景普遍看好，大都供职于大型的跨国公司。而国内传统的工科专业培养方案基本上是以知识传承为基础，对实践、动手和创新能力强调不足，更没有全面的工程实际的实践环境，难以满足现代企业对人才的需求。因此，需要修改工科专业的培养方案，在保证工程基础知识传承的前提下，增加对工科学生个人能力、团队协作能力和产品企业运作能力的培养，实现“供给侧改革”，满足现代企业对人才的需求。

（三）改变考核方式，探索科学评价体系

考核奖励方式历来是学生学习的动力和指挥棒，为了实现以能力培养为中心的学习模式，必须打破以书面考试论成败，以分数论英雄传统考核方式，建立多样性的考核方式，比如采用创新创业计划、组队完成小项目、研究小论文、设计型大作业、综合型课程设计、科技创新等多种形式相结合的考核方式。目的在于激发学生的学习自主性，鼓励学生的个性发展，培养其创新意识、创造能力和团队协作能力。

（四）编写基于M-CDIO项目教学体系的教材

目前，机械工程专业本科教材缺乏基于CDIO工程教育模式的教材，教材编写也是以知识为中心，而不是以能力为中心来建设，教材死板、教条而且乏味，实例少，学生看得索然无味。随着M-CDIO项目教学体系的提出，急需一批机械类的、适合推行M-CDIO项目教学体系的教材。该类教材的编写必须以CDIO工程教育模式为纲领，以机械产品研发到产品运行的生命周期为载体，以工程能力培养为目标，将机械本科专业的专业基本知识和技能糅合在“项目”、“微项目”中，学生通过相互分工、协作完成“项目”、“微项目”的形式学习机械领域基本知识和基础理论，使学生“在学中用、在用中学”，锤炼学生的工程实践能力。教材编写要以能力为中心，教材生动、活泼而且有趣，实例多，学生就愿意看、爱看。因此，如何将我国目前工程教育以知识为中心的教材转换成以能力为中心的教材，是我们工程教育者迫切需要解决的问题。

四、总结

CDIO工程教育模式是国际工程教育改革的最新成果，也是我国高等工程教育改革的方向。M-CDIO项目教学体系是以CDIO工程教育模式为纲领，以机械产品研发到产品运行的生命周期为载体，以学生为中心，以工程能力培养为目标，以“项目”、“微项目”为手段，将机械领域的基本知识和基础理论糅合在“项目”、“微项目”的方案原理构思，装配图、零件图设计，零件制作实施和产品销售、售后四个阶段中，赋予CDIO工程教育模式中构思、设计、实施和运作四个阶段新的内涵，实现CDIO工程教育模式与机械领域教学的有机结合。

M-CDIO项目教学体系不仅系统地解决了学生重知识学习，轻知识运用的问题，而且学生通过做“项目”、“微项目”对专业知识认识得到了深化，进而固化为学生的能力，符合应用型高校“厚基础，强能力”的人才培养目标。因此，M-CDIO项目教学体系将成为应用型本科高校教学改革的方向之一。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 朱高峰，中国工程教育的现状与展望[J].清华大学教育研究， 2015（2）：13-20.

[2] 李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究， 2008（10）：78-87.

[3] 猛桂云，邓晓丹，大学生失业原因透析与市场化就业取向[J].现代教育科学，2007（6）：97-99.

[4] 李国仓，論高等教育人才培养的“一个中心”和“两个基本点”[J].中国高等教育，2015（2）：54-58，63.

[5] Edward F. Crawley， Johan Malmquist， Rethinking Engineering Education： the CDIO Approach[M].Springer science & business media， 2007.

[6] 包秋燕.基于CDIO理念探讨大学生现代工程意识培养[J].福建工程学院学报， 2008（10）：451-454.

[责任编辑：刘凤华]