机械工程专业CDIO教学模式探索与实践

贺春山，张代治

(长春大学 机械与车辆工程学院，长春 130022)

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以产品研发到运行的完整生命周期为载体，从产品设计的最初冲动开始，在教学中以项目为纽带，学习和实践产品的设计、制造和运行，倡导“学中做、做中学”的教学模式。

机电产品的设计与研发过程与CDIO的全周期过程教育模式相一致，故机械工程专业人才培养适合采用CDIO工程教育模式。近年来，国内很多大学开展了CDIO工程教育模式的研究与应用。王军等人[1]以机械工程及其自动化专业为例构建了以工程能力为导向的CDIO项目式教学体系；王殿军等人[2]把CDIO人才培养模式引入到机械电子工程专业综合实训中，获得了非常好的教学效果；燕山大学的史艳国等人[3]将三级项目与课堂教学相融合，为工程技术人才培养提供案例；王雪飞等人[4]运用CDIO工程教育理念构建了完善的机械设计教学体系，成果可喜。魏鸿磊等人[5]也在机电工程专业的CDIO模式下的实践教学体系等方面进行了有益且成功的探索。国外的CDIO工程化教育实践，效果更是明显，引领着国内工程教育的方向。国内外的实践表明，CDIO的教育理念和教学方法适合应用型本科高校的机械类相关专业的教学与实践。其教育模式注重实践、紧密与产业与技术相结合，适应当前学生特点，能够培养出适合产业需求的，具有较强实践能力、工程素质和专业技能的应用型技术人才。本文基于CDIO工程教育模式，以机械类智能制造工程为专业方向，课程与实践并行驱动的人才培养体系的构建与实施。

1 存在问题分析

改革开放以来，国内的机械类各专业的人才培养体系和培养标准逐渐建立并趋于完善，很多先进院校借鉴国际先进的教育理念，形成了自己的特色。但大多数应用型本科院校培养的毕业生，仍然具有“知识型学生”的特点，缺少专业实践能力，不具有创新性。这种情况造成了大批机械类毕业生就业前，还需要企业“再培训”，毕业生的入门薪资也普遍较低。造成这样的现象，高校人才培养模式跟不上时代和技术发展，是其中一个重要因素。重理论教学、轻实践能力；重知识点讲解，轻知识体系应用等传统教育观念、教育模式依然在很多高校中根深蒂固。主要表现在以下几个方面：①课程设置过去注重学科体系，忽略产业应用需求；课程内容部分陈旧，某些技术已被产业淘汰，不宜给学生讲授。②课程内容过去强调知识点的讲解，单一课程的传授，忽略机电产品的设计、研发、制造、运行的全过程培养，造成学生的知识体系、技能体系、能力体系碎片化，不能转变为职业发展和提升的驱动力。③实验、实训等实践环节所设置的内容陈旧，与现代技术与产业发展需求脱节；较多的演示性、验证性实验，与课程内容相关性差，并缺乏对学生设计实验能力、创新能力的培养；课程设计内容彼此独立，不能综合多门课程、多个工程实践环节，各实训实践环节缺乏连贯性，学生很难通过学校的教学，形成完整的、系统的工程素质和工程能力。(4)课程内容和课程实验实训缺少与当前和未来工程背景相适应的内容，也缺少与产业结合的工程过程训练；课程与实训中缺少对学生沟通能力、职业素质的培养和训练，或者各个训练环节中缺少使之有机联系的纽带，形不成完整的体系。总之，按照传统的教育教学模式，培养的应用型机械类人才，与国家和社会经济发展、与现代制造业的产业需求之间，存在较大的差距。

2 机械类专业CDIO工程教育模式的构建

从机械类工程技术人才的产业需求出发，按照CDIO工程教育理念，按照构思、设计、实现、运行，这一机电产品全生命周期的系统化要求，构建以主动学习、项目和竞赛驱动、注重实践能力培养的，以“课程-实训-竞赛”为特征的、融入工程教育理念的应用型人才培养体系。

如图1所示，基于应用型人才培养定位，适应产业需求，按照CDIO工程教育理念，全面解构机械类各专业的“课程+实践”教学体系，优化“课程+实践”教学内容，改进“课程+实践”教学模式和方法，完善“课程+实践”教学评价方式，形成“课程+实践”或者实训项目并行驱动为导向的CDIO工程教育模式的教学体系。教学模式的主要内容包括以下几个方面：

(1)CDIO项目设置和课程及实训环节紧密结合，分为四级，基本上与学生的学年相对应，也能与学生所能参与的学科竞赛对应。一年级项目主要面对低年级学生，以产品表达为主，课程为《工程图学》和《CAD基础》，实训为三维建模、零部件测绘。学科竞赛为大学生数字化设计、先进成图技术与产品信息建模、3D打印等竞赛。二年级项目基于专业基础课程，课程为《机械原理》《材料成形》《精度设计》等，实训为工程基础训练和机构运动仿真，竞赛为慧鱼创新设计、工程训练综合能力等竞赛。能力和素质培养以专业基础和初步机械工程设计、工程素养培养为主。三年级项目基于不同的专业方向和不同的专业课程群，实训为机械制造技术、机械装备设计和机械工程自动化，竞赛为全国大学生机械创新设计大赛、“挑战杯”大学生课外科技学术作品大赛等，以专业知识综合运用和创新能力培养为主要目标。四年级项目为机电产品CDIO实践、智能制造系统综合设计、毕业设计。其中一类是结合特长项目专题培训开展的创新设计项目，一类为毕业设计项目，强调对接产业需求，综合运用所学专业知识、工程工具和团队能力解决复杂工程问题，并能够评估产品的性能，考虑社会、环境、健康、安全、法律、文化等非技术因素。

(2)采用顶层设计，以项目驱动为主线，以“知识+能力+素养”为目标，规划人才培养方案的各个环节，构建以“课程+实践”为双核，平行驱动的人才培养体系。也就是培养体系不再以课程体系为主，还包括实践体系，在CDIO工程教育模式要求下，实践体系更为重要。从产业需求出发，把培养目标的各个子目标，落实到各具体的课程和实践教学环节中去。将课程内容、课程实验、课程设计、专业综合实训、生产实习、学科竞赛等所有教学环节都对应到CDIO项目实践中，在多个“学中做”“做中学”实践周期中，培养学生工程能力。建立对学生工程能力、沟通能力、职业素质的考核机制和体系，并参照学科竞赛成绩，就可以科学、客观地评价人才培养的教学效果，并通过持续改进，提高学校办学质量、办学层次。

(3)基于CDIO工程教育理念，在“课程+实践”双主导，更注重“实践”的要求下。彻底转变“教师主导、课堂灌输”的传统教学模式为“以学生的学习为中心”的CDIO教学模式。将“教师、教材、考试”为主要特征的教学方式，转变为以“学生、实践项目、学习效果”为特征的新型教学模式。将机电产品的构思、设计、制造、运行贯穿于教学过程的各个环节，并通过所设置的、具体的工程项目、学科竞赛帮助学生将所学知识系统化、应用于解决复杂工程问题。在人才培养过程中，不仅强调知识与技能，更加强调过程与方法，还强调情感态度和价值观。在培养过程中注重搭建学习环境，建设师生共管的实验实训环境，为学生提供必要的CDIO实践所需的工具、材料和工作场所。在实践教学中，强调过程培养，强调学习方法培养，推广自主学习、合作学习、小组学习等。

(4)基于 “项目驱动”的人才培养模式，改革课程、实验、实训、实习和毕业设计等环节的人才培养质量和效果评价体系，重构评价要素，在评价中更加强调学生的能力和素质因素。基于CDIO工程教育模式的人才培养，除去知识要求，还应将工程实践能力、项目能力、创新能力以及项目和竞赛成果纳入到评价体系。同时将学生在项目实践过程中的自我评价、团队成员评价、指导教师评价等有机结合，重视实践过程中的过程考核，关注实践过程中的学生个人体验、团队合作沟通、矛盾冲突以及问题的解决过程。在教学实践中培养和发展学生的领导能力、技术协作能力，人际沟通能力，在团队运行中培养团队精神。从专业知识与能力、过程与方法、价值观以及素质等多层次、多方位评价教学目标的完成情况，并通过持续改进，提升CDIO工程教育模式的教学实施效果。

3 人才培养的成效

近年来，学院推广以CDIO工程教学模式为特征的教学体系改革，人才培养质量逐步提升，人才培养效果提高明显。在生源质量基本不变情况下，学生的工程实践能力、创新能力明显增强。近三年，学院学生参加各类学科竞赛、科技创新竞赛获得省级以上奖励逾百项，近两年获得国家级奖励超过30项。各专业毕业生就业率超过96%，专业对口率超过80%，很好地服务于国家和地方经济社会发展。