基于CDIO教育模式的工业工程专业实验教学改革探索

魏海蕊

摘 要：在分析CDIO教育模式的核心理念与要素，以及当今社会对工业工程人才现实需求基础上，针对工业工程专业特点与人才培养目标，调研了当前工业工程专业实验教学现状，并在此基础上，以实验服务于实践，实验致力于提升学生解决实际问题的能力为根本宗旨，有针对性的提出了工业工程专业实验教学改革若干建议与措施，为工业工程专业培养适应创新实践性人才提供有意义的参考。

关键词：CDIO;工业工程;实验教学

中图分类号：G642         文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2019）19-0130-03

Abstract： Based on the analysis of the core concepts and elements of CDIO education model and the realistic demands for Industrial Engineering （IE） talents in today's society， and in view of the characteristics and training objectives of IE， this paper investigates the current situations of experimental teaching in IE. On this basis， the fundamental purpose of the experiment is to serve practice and strive to improve the ability to solve practical problems. Some suggestions and measures for experimental teaching reform of industrial engineering major are put forward， which can provide meaningful reference for training innovative and practical talents of industrial engineering major.

Keyword： CDIO; industrial engineering; experimentteaching

引言

當今社会经济全球化深度发展下各个国家之间的合作与竞争愈加激烈，国家之间竞争的加剧带来技术壁垒与人才壁垒的设置更加严峻，但是面对这样的经济政治形势，任何一个企业与个人都与全球化经济存在着更加息息相关的联系。全球经济形势的变革也对我国高等教育产生着巨大的影响，因为企业必需顺应社会的发展，人才必须符合社会与企业的需要，所以人才的培养必须融入到全球化经济和社会发展大环境之下，顺应当前的社会时代潮流与趋势。

CDIO教育模式是近年来国际工程教育改革的重要成果，是注重工程人才培养中的实践与团队协作能力培养，注重开拓创新能力培养的新的工程教育模式。工业工程专业是管理科学与工程学的交叉学科，属于应用性与实践性极强的学科，兼具工程技术与管理技术的双重属性[1]，但在当前工业工程人才的培养过程中却存在我国国内高校工程人才培养的突出问题：重理论轻实践、培养具有创新实践能力与较高综合素质的综合性工程人才存在挑战[2]。因此，吸收分析与理解国际先进的教育改革模式，尝试探索与改革国内的教育模式，以期适应全球化深度融合背景下社会经济发展对工业工程人才的需求迫在眉睫。

一、CDIO教育模式

CDIO工程教育模式是国际高等工科教育的一种创新模式。最早麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、瑞典皇家工学院四所大学组成的跨国研究在Knut and Alice Wallenberg基金会的巨额资助下探索创立的新型教育模式，其创始人Edward Crawley因此于2010年荣获“工程界的诺贝尔奖”美国工程院“戈登奖”[3]。CDIO的英文全称是Conceive-Design-Implement-Operate，即构思-设计-实现-运行，是以产品或系统从创造到运行整个生命周期为载体，让学生在全生命周期中以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的教育模式[4]。

CDIO教育理念：CDIO强调系统性、科学性和先进性的统一，志愿于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。CDIO强调集成化与综合性，主张利用高等学校学科齐全、学习资源丰富的条件，在大学学习阶段以尽可能接近工程实践与企业系统需要的综合性项目为载体，基于“项目的教育与学习”手段[5，6]，实现学生将工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个方面能力的提升与融会贯通，培养具备科学性、系统性与先进性统一的综合素质卓越的工程人才。

二、工业工程实践教学现状与分析

为深入了解工业工程专业实验教学现状，有针对性的分析问题与重点研究，我们按照CDIO的理念与教学大纲要求设计了关于实验教学的调查问卷，重点关注了实验教学在课程设计中的设置情况、时间安排、选材形式、内容等方面，并以上海理工大学工业工程本科生与研究生的部分学生为调研对象进行了调研，值得注意的是CDIO强调以学生为中心，以培养学生能力为核心目标的教育模式，在本问卷的问题设置中也主要从学生的感受与感知等方面进行了设置。总结出当前工业工程专业在实验教学中普遍存在的现状特征：

（一）工业工程专业课程中实验课时设置占比较低，不能满足学生的学习需求

问卷设置了工业工程专业课程教学中的实验课程设置情况的调研。从学生需求与感知的角度设置了四个层次的答案，分别为实验课程设置充足、实验课程设置较多、实验课程设置一般、实验课程设置较少。调查结果表明，40%的学生认为实验课程设置较少，50%的学生认为实验课程设置一般，没有学生认为工业工程专业课程中的实验课程设置是充分充足的，数据结果如图1所示。研究结果表明实验教学在课程教学中的课时占比较低，与学生的学习需求存在较大差距。

（二）实验课程的安排时间对学生学习兴趣的激发作用薄弱

实验课程的安排时间对于知识的掌握、理解与应用非常重要。通常情况下，在教学内容开始之前设置相关的实验课程，可以让学生提前预习内容，实验过程有助于激发学生的学习兴趣，并给了学生试错的机会，通常会有一系列的问题产生，这样在下一步的专业课堂教学中就可以带着问题去听课，从而有助于课堂上让学生更认真的听课;而安排于课堂知识教学之后的实验更主要的功能是对学习知识的巩固与应用，在引发学生学习兴趣方面的作用会有所削弱;课前与课后均安排实验教学，把课前实验的优点和课后实验的优点汇集，形成相得益彰的学习效果。而根据我们的调研，当前学习中85%以上的实验是安排在课堂知识学习之后，仅安排在课堂知识讲授之前的没有，课堂知识讲授前后均安排实验的不足15%。

（三）实验选题内容中学生参与设计的实验比例较低

CDIO强调以项目为手段的实践教学，强调构思、设计、实施与运行的全过程中学生主动地、实践地、协作地完成。实验课程内容选题方式直接影响了学生的参与性、创新性与积极性，课堂实验不只是为了验证与巩固课堂的知识，而是让学生在实验中真正理解知识，灵活地运用知识，并培养基于现有知识的创造性与创新性能力。实验课的选题方法一般分为三种：理论课课本中的实验;学生自己设计的实验;根据课本实验改造的实验。通过调查我们得知，20%的实验选题来自课本实验，占到20%的是学生自己设计的实验，有60%是根据课本实验改造后的实验。见图2。其中学生自己动手设计实验的选题方式占比还是较低的。由此可以看出，虽然实验选题中对课本知识的改造基础上的实验方式为主，在一定程度上让学生摆脱了禁锢于课本知识思维束缚，但是学生自主设计实验内容占比较低，不利于学生基于现有知识提出问题、分析问题、解决问题能力的培养，也不利于学生基于现有知识的创造力与创新能力的发展。

（四）实验课程对学生能力培养的认可度以及学生对实验课程的满意度较低

CDIO模式将学生的能力培养分为四个维度，其中前面实验内容的选题设计等一定程度上反应了对学生解决问题能力、系统思维能力、个人职业技能等方面的培养情况，该部分重点调研了实验课程中对学生团队协作与人际交往能力的培养情况，如图3所示;以及学生对实验课程的总体满意度两个方面进行了调研统计，如图4所示。由图3可知，学生对在实验中提供团队协作能力的体验是基本肯定的，但认为作用并不显著的占到一半以上;由图4知，学生对工业工程专业开设的实验课程总体满意程度较低，基本没有学生感觉非常满意，绝大部分感受一般，少部分学生表示不满意。调研结果表明从学生的能力提升与感受情况来讲，实验课程的开设效果并不理想，亟待改进与改革。

三、基于CDIO的工业工程专业实践教学改革建议

工业工程专业对人才的核心要求是以系统性思维综合灵活地“集百家所长，为我所用”实现系统更高效率更低成本健康运作。对系统改进与优化过程渗透于系统从构思、设计、实施与运行的全过程中，最常采用的模式就是以项目的形式有针对性的组建改善团队开展的，项目开展中对工业工程人才的系统思维能力、分析问题与解决问题的能力、在不同的实验方案中探索最优的能力、领导力、沟通力与团队协作能力、以及综合知识的实践能力与创新能力都有很高的要求。因此，在工业工程专业课程的学习中必须有针对性的培养锻炼这些方面的能力。而由前文的介绍可知，工业工程人才培养的需求与CDIO模式培养人才的17种能力目标不谋而合，因此，工业工程专业是最适合CDIO教育模式的专业之一。依据前文分析的工业工程专业实验课现状与问题，结合CDIO模式理念与人才培养方式，对工业工程实验大的改革建议如下：

第一，在实验课程体系设计方面，从“加强基础性、突出综合性、强调工程性”的方针出发综合工业工程各门课程系统性集成性的设计实验课程体系。CDIO教育模式强调集成化课程体系设计[6]，工业工程专业要充分利用多门课程知识综合的优势，有针对性的多增加大型的综合性实验方案的设计，采用CDIO教学的项目形式的实验模式开展，让学生在学校实验学习与实践中体会工作中可能面临的状况与能力需求，培养锻炼自身的综合知识应用于实践能力、沟通与团队协作能力，系统性思维与问题解决能力等CDIO模式核心能力。

第二，在实验资源与设备方面，按照CDIO系统性、实践性与先进性的统一与要求，整合实验室资源，实现实验资源整合对综合性实验内容与方案实施的保障。比如当前工业工程实验室的物流仓储与供应链实验室、人因工程实验室等都是相互割裂的，没有形成联动，而现实中的生产系统是物流、供应链、生产与人因等交织在一起运作的系统，实验室的整合与联动，是充分利用现有资源尽可能的塑造反应现实生产系统的实验环境。

第三，在实验内容设计与选题方面，以培养学生主动性与创新探索能力为目的，开放实验教学思路，增加学生自主设计的实验内容的选题，开放实验室资源，建立开放性的实验环境。前文调研发现，实验内容的选题上学生自主设计的实验占比过低，这将不利于学生主动性地去探索知识、创造性地应用知识。学生自主設计实验而不是被动的接受设计好的实验方案去实施，有助于学生在设计中主动的探索、开放性思考，使学生真正融入实验教学，同时实验设计过程中的相互沟通与协作同时锻炼了学生的交流与团队协作等人际交往技能。而实验室资源的开放，既可以避免实验室资源的闲置浪费，又可以让学生自主设计实验有了切实可行的实验条件与环境的保障。

第四，在实验与实践环境优化方面，以进一步提升实践性与工程性为目的，坚持产学研一体化发展思路，走出校门向社会与企业寻找工程性实践与实验资源，通过高校与社会企业共建工程性实验室与实践基地、联合举办学生社会实践活动等方式，使学生更多的接触现实运行系统，在现实工程性环境中发现与解决问题，提高工程实践能力。

四、结束语

基于CDIO先进的工程教育理念，在对当前工业工程专业实验课程开设现状与问题分析的基础上，从CDIO培养工程人才的核心能力以及社会对工业工程人才的能力需求入手，结合CDIO教育模式的核心方法与项目手段，从实验课程体系设置、实验室与实验设备管理与使用、实验内容选题与设计、实验与实践环境资源优化等方面对工业工程实验教学提出了改进与改革的建议与措施，使工业工程专业人才通过实验教学尽可能的提高被社会与企业认可的综合性工程人才能力与素质。

参考文献：

[1]葛晓梅.基于CDIO的《基础工业工程学》教学改革与实践[J].高教学刊，2019（20）：123-125.

[2]祁丽霞.基于CDIO的工业工程专业综合实训创新模式研究[J].教育现代化，2017（35）：22-24.

[3]顾佩华，沈民奋，李升平，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.

[4]唐艳华.创新实验室在CDIO教学改革中的作用[J].科技创新导报，2010，22：166.

[5]顾学雍.联结理论与实践的CDIO——清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009（1）：11-23.

[6]查建中，徐文胜，顾学雍，等.从能力大纲到集成化课程体系设计的CDIO模式——北京交通大学创新教育实验区系列报告之一[J].高等工程教育研究，2013（02）：10-23.