基于CDIO的机械工程应用型创新人才培养的研究与实践＊

吴吉平，汤迎红，邱显焱

（湖南工业大学机械工程学院，湖南 株洲412007）

1 引言

中国是制造大国，却不是制造强国，制造业整体水平不高、缺乏核心竞争力的问题日益突出。而机械工程专业是制造业的重要应用基础学科之一。因此，培养具有较强实践能力和创新意识的机械工程应用型创新人才，成为解决上述问题的关键性因素。

CDIO是工程教育模式是当今国际工程教育改革的一项重要研究成果。所谓CDIO，即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。它以产品研发到产品的运行、维护和废弃的全生命周期为载体，建立一体化的相互支撑和有机联系的课程体系，让学生以主动的、实践的方式学习工程[1]。近年来的实践证明，该教育模式在学生的工程实践能力和创新思维的培养方面具有独特的优势。我校机械工程学院2018年开始了工程教育认证的试点工作，将CDIO工程教育理念应用在人才培养过程中，以满足社会和企业对高素质机械工程应用型人才的需求。

2 基于CDIO的人才培养模式构建

CDIO教育模式主要是为学生创造现实的工作模式，让学生在实践中学习相关的理论知识。此模式有效避开传统工程类专业教育中存在的弊端，强调将学生从工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面进行综合培养，学生在实践中学习，在学习中实践，并通过综合的教育培养方式使学生达到预定目标，这样不仅可以巩固学生的理论知识，还可以提高学生的实践能力，进而提高学生学习的自主性，为将来的职业规划打好基础[2]。

2.1 基于CDIO工程教育理念，明确培养目标

我校从1979年开始设计机械类专业，逐步形成了以包装机械、工程机械为特色，满足地方经济建设和特殊行业发展的需求。毕业生就业主要面向以包装为核心的轻工机械领域，三一重工、中联重科、山河智能等工程机械制造企业，建筑交通施工企业等。在企业中主要从事设备维护维修、运行管理，产品的设计制造、研发及经营销售等方面的工作。针对社会和企业对毕业生的需求，引入CDIO工程教育理念，构建以工程项目为载体的教学模式，确定我校机械工程专业的培养目标是服务于国家及地方经济建设和行业发展的具有较强机械专业基础知识、较强实践动手能力和创新思维的应用型高级专门人才。

2.2 基于CDIO工程教育理念，构建以工程项目为主线的课程体系

基于CDIO工程教育理念，优化课程体系和教学内容，注重实践创新能力的培养，将毕业生应具备的能力与教学内容及过程联系起来。

以工程素质、人文素质和创新素质培养为出发点，将课程教学分为理论教学和实践教学两大模块。理论教学模块由通识教育课程、大类专业课程、专业核心课程（课组）、专业选修课程、技术讲座与论坛等组成。设立了两个专业方向：包装机械和工程机械方向。通过课程设置和课程教学大纲的编制，调整教学内容。如增加电子信息和控制类的课程，增加了“单片机”“PLC”“机器人技术”等课程，加强机电控制方面的技术教育和能力培养，以满足企业对机电一体化技术人才的需求；在工程机械专业方向，根据企业的要求，在加强液压与气动学习的前提下，增加了液力传动的教学内容。

CDIO工程教育理念重在实践，所以我校机械工程专业重点对实践环节进行了改革，增大了实践教学的比例，从原来占总课时的25%增加到37%。实践教学体系分为实验、实习、实训、设计、课外实践五个模块，针对包装机械和工程机械两个专业方向，建立分层次、多模块、相互衔接的实验实践教学体系，推进“多基地、小批量、重实效”的实习与基地建设。在实验模块，主干专业课程均设置了实验环节，既有验证性实验，也有创新性实验，针对两个专业向，分学期都设立了2门独立于课程之外的专业综合实验课程。在实习模块，安排了专业认识实习、金工实习、生产实习和毕业实习。如生产实习中，加强实习基地的建设，使学生在千山制药、江麓机械、中联重科、三一重工等企业中得到实践技能的训练。实训模块中，安排了Proe工程制图、工程机械操作、机床拆装、数控机床编程加工等工程项目的实践实训。在“设计模块”“工程图学”“机械原理”“机械设计”“机械制造工艺学”“液压与气动”“机电控制技术”等专业基础课程教学中均安排了项目课程设计，包装机械方向安排的包装工艺及设备课程设计等；毕业设计指导与企业导师合作，实行双导师制，选题来源于企业，同时紧密结合本专业工程实际问题，使学生能够在解决生产实际问题的过程中学会应用所学知识；在课外实践模块，设立了素质提升班、双创班等课外学习机构，积极鼓励学生参加各类由学校、省、国家各部门组织的各类竞赛活动，提升工程实践创新能力。

2.3 基于CDIO工程教育理念，改革教育教学方法

基于CDIO工程教育模式对传统的教学也提出了挑战。传统的教学模式主要以教师为主，学生是被动学习。在CDIO教育理念中，学校的教学活动该以学生为主，强调学生主动学习。主动学习方法让学生致力于对问题的思考和解决。该方法不将重点放在被动的信息传递上，而是放在让学生更多地从事操作、运用、分析和判断概念上。在一些以讲授为主的课程里，主动学习可包括如合作和小组讨论、讲解、辩论、概念提问以及从学生那里得到他们对学习的反馈[3]。通过这种教学方法，可以培养学生独立思考、团队协作和解决实际问题的能力。

通过综合提炼课程内容，精简理论授课学时；增加工程项目训练，设置单独的从业技能训练，提高实践教学比例；完成了基于CDIO工程教育理念的专业人才培养方案、课程和实践教学大纲设计，坚持以工程项目为导向，强化了工程素质教育和创新教育在教学内容中的比例，如学生参与各种校内外科技竞赛活动可以获得学分，突出了学生实践创新能力的培养。

2.4 有效实施CDIO工程教育模式的保障措施

为了达成这一目标，首先要加强师资队伍建设，建设符合CDIO教学要求的队伍。教师是学生实践动手能力和创新精神的培养者和参与者，教师工程实践背景的缺乏已经成为制约工程教育实践性发展的重要因素之一。学院为了提高教师的工程实践能力，采用了以下方法：①青年教师导师制，为年轻教师配备了具有丰富教学经验的老教师为导师；②校企联合培养，与企业进行产学研合作，提高年青教师的工程素质；③完善以政策与制度为导向的青年教师工程教育素质培养机制，一方面通过各种培训提高年轻教师的教学水平，另一方面对参与指导学生竞赛活动的教师在职称评审和教改课题申请方面予以支持。

其次，为CDIO工程教育提供强有力的硬件支撑。近年来，学院投入500余万元，对建成的实训中心、专业实验室、校内实践教学基地等教学基础设施进行改造，增加和更新了设备台套数，新建了机器人实验室，构建了良好的校内工程培训平台。新签订了北京汽车集团株洲基地等四个校外实习基地，搭建多元化的校外工程培训平台。

最后，为了有效实施CDIO工程教育模式，学校和学院还制定了一系列相关政策和文件。如学校出台了《湖南工业大学素质提升教育实施方案》《湖南工业大学大学生创新创业学分认定管理办法》等相关文件，机械工程学院为落实学校素质提升和创新创业教育也出台了若干配套措施，在资金、场地、设备上予以支持。在各年级学生中成立了素质提升班、创新工匠实验班等课外创新实践团队，在具有丰富工程实践能力的校内外导师指导下，参与各种科研、竞赛活动，使学生了解科研，拓宽视野，提高实践能力，营造了良好的工程实训环境。

3 结语

湖南工业大学机械工程学院将CDIO工程教育理念引入人才培养模式，从制订明确的培养目标、建立完备的课程体系、引进先进的教学方法等几方面入手，取得了很好的成效，机械工程专业近几年一次就业率达到90%以上，大部分学生能很快能被企业所接受，成为企业骨干；学生在各类国家级、省级大学生科研竞赛和创新活动中获奖；学生在科研期刊发表论文和获得专利的人次越来越多。教师的工程实践和创新意识也不断提高，能够主动将创新实践改革融入教学工作，积极参与教学改革，改进教学效果。当然，由于我校机械工程专业实施CDIO工程教育模式时间不长，还有许多问题，在以后的教学改革中进一步改善提高。