机械专业CDIO培养模式探索

江 帆，张春良，王一军，胡一丹

（广州大学机械与电气工程学院，广东 广州 510006）

随着我国工程教育改革的启动，各高校正在积极探索工程教育改革模式。近年来，以麻省理工学院、瑞典皇家工学院等四所高校工程教育改革成果——CDIO教育模式，受到教育界和企业界的重视（CDIO代表构思——Conceive，设计——Design，实现——Implement，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），培养的人才非常适合社会的需要。目前有30多所世界知名高校正在积极推行CDIO教育改革，我国一些高校也在积极参与CDIO试点工作。广州大学作为全国第一批CDIO试点高校，在探索地方性高校试点CDIO及结合传统教育模式的优势等方面，作出了一些成绩。

1 广州大学机械专业人才培养现状

广州大学机械设计制造及其自动化课程，计划以应用型人才为培养目标，适当引入研究性教学，课时大幅减少，选修课程增多。在学习公共必修课、专业基础课后，学生分为计算机辅助设计制造、设备工程、汽车服务工程三个专业方向进行教学。授课采用讲授、讨论和实践相结合的方式，强调实践能力的培养。必修课程的考核方式，主要是综合期末考试、平时作业、讨论课成绩和实践课成绩。

学生表现出较强的动手能力和实践能力，有较好的团队协助精神，但创新意识欠缺。近几年来，广州大学机械专业毕业生就业率在90%以上，从用人单位反馈的意见来看，学生比较扎实，肯干，动手能力强，团队精神好，前期对工作上手较快，但缺乏可持续发展能力。

传统的工科教育模式，对广州大学学生有诸多不适应地方：

（1）专业课程比较枯燥，有些落后于时代，学生学习兴趣不足；

（2）理论教学学时较长，学生的动手实践的愿望得不到满足；

（3）课程的学期分布不合理，学习出现前松后紧的现象，前期学习过于松弛，学生处在转型期无压力状况，容易思想涣散，影响学风建设；

（4）教学内容与社会需求有较大时间差，学生容易产生学习无用的思想。

广州大学处在改革开放的前沿——珠三角的中心城市广州，正在经历着由“广东制造”向“广东创造”的转变，机械装备业是珠三角地区发展的一个重要产业，开发具有自主知识产权的机械装备，是产业发展思路之一。这个过程中需要大量具有创新意识、实践能力强的高级应用性人才，机械专业的人才培养思路也面临着转变。

2 机械专业CDIO教育模式的历程

针对学校机械专业人才培养的现实需求，引入新型的工程教育模式——CDIO培养模式势在必行，学校机械专业教学人员从2008年下半年开始接触CDIO，从一开始就注意将CDIO与地方性高校的自身特点相结合，与传统教育模式相结合，形成自身的特色。

广州大学机械与电气工程学院承担了“地方高校机电类专业CDIO教育模式再创新”学校重点教学项目的研究，主要进行传统工程教育模式与CDIO教育模式的融合研究，并结合地方性高校特点。现在多数高校的机电类学生培养采用传统工程教育模式，该模式的主要特点是由浅入深，循序渐进，使学生掌握专业技能，课程比较系统，但无法解决课程间交叉、学习与实践脱节等问题；而CDIO教育模式遵循“做中学”，使学生在实践中学习，强化学生对知识掌握程度，但存在知识体系的连贯性、系统性较差等不足；深入探索这两种教学模式的相关性及融合方式，以及这种融合状态下的CDIO创新模式的教学大纲和工作规则。地方性高校办学条件对CDIO教育模式的影响及CDIO教育模式适应性研究。全套直接引入CDIO模式，需要全面改造学校机电类培养模式，涉及面较大，需要很多的经费投入，因此需要研究现有教学条件对CDIO实施的影响，以及具有地方性高校办学特色的CDIO模式（教学大纲适应性改造、工作规则的变革、课程组织方式等）。将解决以下关键问题：

（1）传统工程教育模式和CDIO教育模式的结合问题。要形成融合传统工程教育模式和CDIO教育模式的创新教育模式，需要解决这两种教育模式的结合的问题，获得二者的相生相克的关系，才能构建融入二者优势的新型工程教育模式。

（2）现有办学条件融合CDIO教育模式的切入点及结合模式的问题。在现有条件上进行CDIO教育模式的引入和再创新，需要获得现有办学条件融入CDIO教育模式的改造方式和内容，并寻求CDIO教育模式与现有条件的结合思路。

广州大学机械与电气工程学院同时还承担了广州市教育科研项目——“研究性学习与汽车服务类课程教学整合研究”，以及全国教育科学规划课题“基于TRIZ理论的地方性高校创新人才培养体系研究”等课题的研究，对课程整合、研究性教学、TRIZ创新思维教育等方面取得了一系列成果。并积极参与全国CDIO试点工作，是第一批CDIO试点高校，参加了第一、二次试点工作会议和骨干教师培训，主持了CDIO机械类专业的华南区的调研工作，CDIO机械类专业大纲的编写工作等。目前正在进行以CDIO为特色的国家第二类特色专业建设。

3 机械专业CDIO教育模式探索

3.1 课程组织方式

CDIO教育模式，以项目驱动的方式组织课程教学，根据项目需要安排课程。我们在进行课程安排时，主要注意了传统教育模式课程体系优势和CDIO教育模式的结合。

如图1所示，我们采用数门课程支撑一个二级项目、一个三级项目支撑一门课程的课程组织方式。

图1 课程组织方式

图中横向矩形代表项目，竖向矩形代表课程，项目和课程相互支撑，将传统工程教育模式中课程系统化的优势完全融入。

3.2 课程体系

学校机械专业根据CDIO的基本原理，对课程体系设置进行了探索，按照“构思，设计，实现，运作”的思路，进行课程设置，初步方案如图2。

图2 机械专业CDIO课程体系

整个培养方案和课程体系，围绕机械产品设计与制造展开，组织学生参与数个特定机械设计与制造项目（如减速箱测绘、缝纫机拆装、运输机设计、齿轮制造、手机外壳模具设计与制造）进行课程安排。将CDIO项目按规模和范围划分为三级：

一级为包含机械专业主要核心课程和能力要求的项目；

二级为包含一组相关核心课程（课程群）、能力要求的项目；

三级为单门课程内为增强该门课程能力与理解而设的项目。

其中三级项目的设立与否及形式，由各门课程大纲根据需要确定。

3.3 教学模式

第一学年的第一学期，学生还是按传统教学模式进行基础课程的学习，适当引入研究性教学模式，在基础课部分，就有意识地引导学生自主探究学习，激发学生创新思维，为后续的专业项目（课程群）研究性教学打下基础。

从一年级第二学期开始，学生5～6人组成各自的项目团队，选出组长1名。机电系全体老师也相应分成若干项目指导小组，每组由3～4名老师组成，并选出教师组长1名，其中一位为机械类专业的老师，一位为控制类专业的老师，还有一位为实践环节的老师。

在指导老师组的指导下，每个学生项目团队选择一个具体产品或课题，从市场分析、技术需求分析开始，先做产品的概念设计与总体设计，在此基础上做系统设计、机械结构设计、传动与控制设计等，直至到最后制造、装配与调试，体验产品开发的整个实践过程。在整个一级项目的实践过程中，要求学生以创新思维的理念，团队合作的方式，在导师组的指导下体验CDIO改革与实践中的各个环节，并通过后续课程与项目的学习及实践，对查阅资料进行综合与理解，不断完善产品的构思与设计，为未来专业化的构思、设计、实现、操作打好坚实的基础。

在一级项目训练中，注重培养学生的设计、创新、协调、沟通和领导能力，要求组内成员必须轮流担任组长（每半个学期轮换），在担任组长工作期间，负责项目的组织、沟通与协调等，定期提供给指导教师项目进度、组内同学平时表现和参考成绩，领导和增强组内同学的自信心。

整个一级项目开放型教学实践，使学生有机会把所有的知识有机的联系起来，学会以探究方式获取知识和运用知识的能力。

3.4 CDIO实践场所的设计

CDIO实践场所的设计，是让学生积极地进行创造性和实践性的学习，并支持整个课程计划。这与传统的实验室不同，因为传统的实验室基本上是围绕一个学科和（或）希望学生在项目中充当一个比较被动的角色。传统的工程实践场所，往往是让学生学习特定的能力，例如机械原理实验环境、金工实习车间、与工程实践场所相关的CAD/CAM/CAE实验室、以及多媒体环境，而不是一体化的实践场所。另外，传统的学生实验室，主要以演示性、验证性实验为主，而没有为构思、设计以及团队建设提供支持条件。

构思工程实践场所使学生能够构思新的产品，理解用户需求和发展概念，它们包括个人与团队的实践场所，以鼓励概念的形成和优化。典型的设备与资源包括白板、网络接入、图书馆资源以及数据放映机。这种工程实践场所基本上是不涉及到技术的大型空间，其主要目标是让学生通过交谈、倾听及反思的过程相互交流。

设计工程实践场所支持新的协作模式和数字化设计；使学生能够进行设计、模拟设计、分享设计和相互交流。典型的设备包括安装有计算机辅助设计软件、辅助制造软件以及开发、辅助工程软件的计算机。还有其他设备，如视频会议和共享数据库，能够支持世界各地学生团队相互协作。设计工程实践场所还要在课余时间开放，因为学生会经常利用晚上和周末的时间进行设计工作。

实施工程实践场所，可以让学生建造小型、中型和大型的系统，包括机械、电子和软件系统。典型的设备包括金属加工机械、手工工具、测量设备、制造电路板的设备、以及可将软件集成到产品的计算机。学生进行的项目范围必须有较大的灵活性，实践场所要保持学生和设备的安全，实践之前进行必要的安全教育。

运行工程实践场所，可为学生提供学习运行产品的机会，这种学习是通过实验和做出他们所设计的产品来实现的。CDIO要求的运行环节，在学校教学环境下很难完成，通过运行工程实践场所，模拟产品系统的运行环节，让学生模拟市场客户，评判同学的产品，提出改进意见，通常引入一些兄弟院校的学生参与，以保证产品的评价的全面和客观，便于学生收集实用的改善意见，进行产品系统的改进。

4 结束语

广州大学机械专业根据应用型创新性人才培养需要，初步构建了基于CDIO的机械人才培养模式、课程组织方式与课程体系，进行了教学模式探索和实践场所设计，为CDIO的推进提供参考。并将进一步编写教学大纲、课程大纲，拟定在下一个教学年度开始，进行人才的培养实践，继续深入进行CDIO与传统教育模式、与地方性高校相结合的方面的研究，并在实践中进行检验和优化。

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