基于“CDIO+”理念的轮机工程专业创新型工程人才培养模式

胡海峰，张少君，徐海东，刘刚，王明雨，赵恩蕊

(山东交通学院 航运学院，山东 威海 264200 )

一、引言

教育部2017年发布的《中国工程教育质量报告》指出，中国普通高校工科专业招生数、在校生数、毕业生数，稳居世界首位[1]。当前，世界各个主要工业国家都在加速进行工业革命和科技创新，以新模式、新结构、新理念、新时代为特点的新经济蓬勃发展，先后出现德国第四次工业革命( Industry4.0)、日本制造业白皮书等。“十三五”期间，我国提出了中国制造2025，工业革命及技术创新都迫切需要我国培养造就一批具备先进的创新型工程能力的高级工程技术人才[2]。为贯彻落实党中央和各级政府及主管部门提出的关于深化教育改革、走出具有中国特色的创新型工程教育道路等战略部署，高等教育应主动创新改革教育观念，借鉴国内外工程教育改革经验和成果，深化高校与企业、社会协同育人机制，探索符合我国国情、适合地方本科高校更好地服务于地方经济的工程教育模式，在新时代努力培养一批具有创新能力、适应地方经济发展需要的高水平工程技术人才[3-5]。CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)作为国际上最新的一种工程教育模式,已被许多国家的工程教育所采用,对提升工程人才培养质量起到了积极作用。自2005年汕头大学率先实施CDIO工程教育改革以来,在教育部高教司理工处的指导和支持下,全国几十所试点高校和许多非试点院校实施CDIO改革,取得了很好的效果。

2018年山东省发布新旧动能转换“十强产业”重点发展领域，智慧海洋产业被列为其中一项。山东交通学院根据自身办学特色，轮机工程专业主动聚焦服务山东省新旧动能转换重大工程，精准对接“十强”现代海洋产业需求，积极借鉴CDIO工程教育理念和模式进行教学改革。本文在对 CDIO模式进行分析的基础上，结合我国特色明确了CDIO+工程教育理念内涵和创新型工程人才培养目标，构建了基于“CDIO+”理念的“1—3—5”链式递进工程人才培养模式，制定“2+2+2”工程应用型人才培养体系，构建“工程认知—工程实践—工程创新”多层次工程教育课程体系，转变传统的教学方法，以内驱外联强化专业教师队伍的工程能力，最后构建全过程教育质量评价体系和保障机制，以提高人才培养质量。

二、CDIO+工程教育理念内涵

CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)， 它是“做中学”(learning by doing)原则和“基于项目的教育”(project based education)的集中体现，是基于工业项目(工业设备、工程系统)从设计制造到运行报废全生命过程，在学习工程过程中学生具有主动性、实践性，培养学生具有良好的工程技术基础知识和较强的自学能力，具有团队协作意识及工业产品系统的构建能力[6]。

结合高校工程人才培养的实际，将 CDIO工程教育的理念融入轮机工程专业教育的具体实践中，借鉴国际工程教育的理论指导思想和依据，结合地方本科高校及专业特色，不断改革创新，同时不断吸收我国高等工程教育新思想、新理念、新方法，以发散性思维，在探索前进过程中为CDIO理念和模式注入新的活力，逐步形成“CDIO+”工程人オ培养重要理念：大工程背景、一体化教学、系统化培养，为地方高校培养具有知识运用能力、工程实践能力以及创新精神和职业道德操守的工程人才提供理论支持[7-9]。

三、构建“CDIO+”理念的“1—3—5”创新型工程人才培养模式

在工程教育认证、新工科建设、海洋强国战略等背景下，以创新型工程人才培养为目标，以“工程认知—工程实践—工程创新” 能力培养为抓手，以“新理念、新体系、新模式、新结构、新质量”5个培养要素为支撑，构建“1—3—5”阶梯递进培养新模式，如图1所示。同时，协同学院、学校、社会优质资源，建立具有学科特色的校内双创基地与校外工程实践教育基地，实现教育教学、科学研究与工程实践“三融合”。探索以工程能力和行业需求为导向的课程体系，教学方法从“以教师讲授为核心”向“以学生学为中心”项目任务双驱动教学模式转变，专业师资队伍从科研理论型转变为工程能力型，学生评价以“成绩”考核向“工程师职业能力和毕业生素质”考核转变，重构工程教学体系。

图1 “1—3—5”创新型工程培养模式

1.“2+2+2”工程人才培养方案

在“CDIO+”理念指导下进行顶层设计，指导轮机工程专业制订“2+2+2”工程应用型人才培养方案。“2+2+2”指公共通识和学科基础课程平台、理论和实践教学体系、2个方向专业模块课程。目前我国轮机工程专业主要设置为海上方向和陆上方向供学生选择，并可根据社会需求、学科发展和学生兴趣灵活设置，2个课程平台为学生构思(C)工程项目奠定基础，专业方向模块课程可使学生掌握工程项目的设计(D)、实施(I)和运行(O)，培养过程全程贯穿各种课内外、校内外“基于项目的学习和创新”，并建立有人才培养目标实现矩阵。方案拟定中应遵循下列几点：

(1)学生素养和工程能力并重，防止二者割裂，且素养教育贯穿于全过程；

(2)完善创新创业教育体系；

(3)根据未来专业发展、目前专业定位、社会需求、未来从业者的社会职责及角色，确定本专业人才培养目标；

(4)借鉴国际教育理念及成果，结合当下实际情况，构建新的工程课程体系；

(5)结合专业特色，注重学生工程创新能力培养。

2.“认知—实践—创新”课程体系

传统的航海工程教育课程体系主要依据是国际海事组织(IMO)STCW公约及我国海事局提供的船员适任培训大纲，该体系以培养学生相应的适任能力为目标。随着新工科建设、海上强国战略、山东省新旧动能转换等重大战略的实施发展，传统航海类工程教育迫切需要更新现有人才培养体系，改革创新培养模式[10]，对标高端装备制造和现代海洋新型产业发展需求，探索开发跨学科、专业及创新型的综合性航海类工程专业教育课程体系。

课程体系是专业建设的基础和核心，在课程体系设置方面，本着以CDIO理念为指导，遵循 OBE“顶层设计、反向思维”、多维度设置的基本思路，对本专业类课程建设进行了改革尝试。重点对教学大纲进行调整和优化，对相关课程进行改革，突出满足“工程应用性理论”体系前提下，注重“面向工程对象”，倡导教学内容要与企业实际需求相结合，注重对学生进行工程应用性、技术性知识体系教学，同时配套设计基于CDIO+以工程项目为主线的“工程教育、创新实践、产教融合”的实践体系，以达成“工程认知—工程实践—工程创新”能力的有效提升。课程知识结构体系如图2所示。

图2 “认知—实践—创新”课程体系

3.“以学生为中心”项目任务混合教学模式

典型的教学模式就是传授式，其结构是 “讲—听—读—记—练”，其特点以教师为核心，教师在教学过程中将系统知识分解成各个知识点进行“填鸭式”灌输，学生在学习过程中只需记录、背诵、理解，多是被动、机械地接受，缺少独立思考的过程，长此以往，就会造成学生自主学习能力差，团队合作精神缺失，缺乏创新意识和工程实践能力。因此，在工科专业教学中改革教学模式显得尤为重要。结合“CDIO+”理念和人才培养课程体系，灵活应用各种教学方法和现代化教学技术，在教学过程中坚持以学生为中心“做中学”的原则，采用项目导向和任务驱动的工程专业课程教学模式，结合在线课程建设和混合式教学方法，以提高学生能力本位为中心，调动学生主观能动性[11]。

以学生为中心的项目—任务驱动混合教学模式，以项目和任务为主线，贯穿于整个教学过程，它克服了传统教学模式的缺点，将课程内容有机联系在一起，系统地将知识和工程问题进行关联。在这种模式下，教师在研究课程内容之后，设计出一套完整的项目任务。在教学之初，先给学生展示项目任务标准，根据课程结构和知识点的难易程度将项目任务进行分解，同时下达给学生；学生对任务进行剖析，明确任务及任务对应的知识点。在教学过程中，教师和学生是互动的，但是始终是以学生为中心。教师是学习的组织者，通过任务引导启发学生；学生可以对任务进行分解，但是必须有整体任务的大局意识，在任务中应该构思项目流程。学生收到主讲教师下达的项目任务后，采用探索式、小组协作、自主学习、实践学习、SPOC等多种方法，在遇到困难时与教师交流获得指导启发，或者在小组内共同交流讨论，如图3所示。

图3 “以学生为中心”项目任务混合教学模式

4.以“内驱外联、双轮驱动”为抓手强化师资工程能力

结合工程专业的技术发展特点，以各级各类教改项目、科研项目、人才培养项目、骨干教师培训项目、专业技能培训项目为平台，及时更新教师知识结构，采用老中青传帮带、科教协调、鼓励青年教师独立完成工程项目等措施，实现教师由科研理论型向工程创新型转变。采用“走出去、引进来”双轮驱动的举措，建立激励制度让中青年教师积极到企业一线锻炼，有技术成果的教师为企业提供技术支持合作，同时让企业参与工程专业教学，把一线工程师请进课堂，吸收他们加入教学团队，联合对口企业共同培养教师队伍[12]。总之，在师资队伍建设上，通过“内驱外联式”培养体系，强化教师队伍的工程教学能力和科研创新能力。

5.“点—线—面—体”四位一体全过程质量监控与保障体系

持续改进(Continuous Quality Improvement,CQI)是OBE和工程认证的教育基本理念，它贯穿于教学的全过程，从课程设置、教学实施到培养方案，在人才培养体系各个方面、各模块进行监督反馈，并应做到评价精确。山东交通学院在教学评价体系中坚持以课程评估为点，专业评估为线，以学院本科教学评估为面，同时学校对教学状态数据进行监测反馈为体，构建出“点—线—面—体”四位一体的全过程教育质量监督与保障机制。该系统由四个模块构成：顶层设计、教学过程、督导评估及外部信息采集反馈。首先学校开展以教师自评为主的课程评估，继而开展专业系和学院本科教学评估，通过教学目标、教学内容、教学资源及信息收集，对教学质量全过程进行评价诊断，最后通过质量反馈对存在问题进行修正改进。课程评估采取自愿原则，专业与学院评估强制执行周期为4年，这样能实现“信息采集—自评自纠—问题反馈—修正改进”全方位、多维度闭环式状态监控[13]。该系统在教育质量提升上实现PDCA循环，前进一次提升一次，能够有效提高学校教学质量。

四、结语

在新工科建设、海洋强国战略及山东省新旧动能转换背景下，为了适应工程技术人员创新能力和工程能力的需求,本文从CDIO理念内涵出发，借鉴 CDIO工程教育认证标准，从工程人才培养方案、课程体系、教学模式、师资工程能力、质量监控与保障体系等五个方面，系统地提出“1—3—5”阶梯递进式创新型工程培养模式，为相关院校工程专业学生工程实践能力、创新能力和教学质量的提升提供参考。