融合专业认证和工程教育CDIO理念的教学模式研究与实践

杜文辽 侯俊剑 王宏超

摘 要：基于工程教育专业认证和CDIO工程教育理念，探索落实立德树人根本任务，建立将行业特色转化为专业特色、研究特色转化为专业优势的方法，构建机械类一流本科专业课程体系;通过融合工程教育专业认证的“底线”合格标准和CDIO教学模式的“高线”教学方法论，强化课程思政，构建融合专业认证及CDIO教学模式的特色教学体系;建设具有工程沉浸感、突出专业特色、满足培养“知识、能力、素质”协调发展的工程技术人才实验教学体系;通过贯彻CDIO理念的教学模式，构建理论教学、实验操作、学科竞赛、科学研究、工程实践“五位一体”的实践创新能力培养体系。

关键词：专业认证;CDIO理念;课程体系;教学体系;创新体系

“中国制造2025”部署全面推进实施制造强国战略，为满足国家战略和新兴产业发展需求，培养具有全球视野、创新精神和实践能力的复合型人才，促进多学科交叉融合的新型工程技术专业建设尤为重要。本科教育承载着高等教育人才培养的主要任务，工程教育专业认证、卓越计划2.0的实施，促进了新工科教育的发展。习近平总书记提出，高等教育是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志，要求把建设一流作为推进高等教育高质量发展的战略目标，把提升创新能力作为推进高等教育高质量发展的重大任务。教育部召开的新时代全国高等学校本科教育工作会议提出要着力提升专业建设水平，推进课程内容更新，提高创新人才培养能力。

工程教育专业认证以培养目标和毕业出口要求为导向进行专业合格性评价，贯彻“以学生为中心、成果导向、持续改进”的教育理念，是一种“底线”合格标准。构思—设计—实现—运行（CDIO）教学模式强调以工程全过程为载体，培养学生工程能力，培养适应企业和经济社会发展要求的人才。将先进的教学理念与先进的教学模式相结合，为高校培养创新型、复合型的工程技术人才提供了可行的思路。

一、新型课程体系与教学体系构建

（一）構建基于机电大平台的一流特色专业建设课程体系

大学学习是一种兼收并蓄、不断扩充知识涉及的领域和深化认知的过程。在这个过程中，要兼顾基础知识的更新和专业知识的丰富，避免知识无序的散乱堆积。因此，要在强化专业特色的基础上，构建一流的专业课程体系。按照“综合素质好、专业基础扎实、知识面宽、创新能力强”的人才培养原则，充分发挥学校的专业特色优势，依托轻工装备行业，贯彻CDIO教学模式。在深入研究轻工机械装备设计、制造、控制、测量实际生产过程的基础上，设置专业课程体系;从科研项目中提炼人才培养专业教学内容素材，融进课程内容，将科研优势转化为专业特色优势;认真研究专业发展趋势，把握科技发展脉络，超前规划专业课程群。

1.课程体系包括通识公共基础课程、专业基础课程、专业特色方向课程、专业选修课程、实践实训课程、项目管理课程和人文艺术课程等七类。这些课程体现文理艺术渗透、理工经管结合，他们不是课程的堆积，而是贯彻工程认证要求，按照CDIO教学模式，以项目全生命周期的要求建立课程之间的内在联系。在深入掌握工程科学技术的基础上，在项目管理和经济决策等知识点上进行延伸，扩宽知识面，消除知识盲区，使得毕业生在技术、管理和经济决策等方面能够最大程度的满足社会需求，培养创新精神，能够与不断变化的社会需求相适应。

2.为使行业特色转化为专业特色，在课程体系中强调机械设计及其自动化专业低年级的轻工（包装）机械概论与高年级的自动机原理、包装机械设计相衔接，在实践教学中设计轻工装备实践内容，强化轻工装备设计、开发、应用制造、维护管理等行业特点，实现行业特色内化为专业特色。重视英文教材的引进和吸收，将本专业方向国际先进的教材引入国内，培养学生的国际视野。

3.建立基础—提高—创新“三位一体”的实践课程体系，按照CDIO教学模式，将认识实习、专业课程设计、生产实习、毕业实习、毕业设计纳入项目全生命周期进行统筹规划。

（二）构建融合工程教育专业认证及CDIO教学模式的特色教学体系

贯彻工程认证和CDIO工程教育理念，依托机电大平台，以轻工装备设计、制造、维护整个产业链条为着眼点，建立融装备设计、制造、控制、动力、测量为一体的课程体系。既保证课程之间重点内容的相互独立，又体现逻辑上的相互联系，整合、优化专业集群相关课程内容。精简理论教学学时，加强实践教学和真实项目教学;创新教学形式和手段，提高教学效果和质量;建立科学的教学评价、监督、持续改进机制。

1.课程建设中首先是培养方案的制定和完善，它是师生进行教学、学习的指导性、操作性文本。按照工程教育培养目标的12个指标点要求和CDIO项目全生命周期理念，科学制定专业培养方案。根据拓宽基础、突出专业特色、加强素质教育和创新能力培养的思路，修改和完善培养方案。在培养方案的基础上优化课程结构，既要满足产业需求，又要高于产业现状，围绕人才需求发展趋势进行培养方案的谋划。

2.统筹设计教学内容，科学规划理论课和实践课的课时分配，增强课程体系张力。基于OBE理念的课堂教学要求遵循成果导向的课程教学设计。通过课程矩阵定义出课程体系中各门课程对毕业要求的支撑关系，明确每门课程的教学任务。改变过去教学各门课程过分强调各自的系统性、完整性的状况，而是在培养方案的指导下，以工程认证培养目标为指引，按照CDIO的理念统筹规划专业课程内容的知识体系。在保持知识体系一致性的前提下，压缩理论教学内容，探索“胖教材、瘦课堂”的教学形式，突出课程重点，加强知识纵向联系。加强实践教学环节，对原有基础实验、专业课程实验内容进行整合提升，对实习内容、毕业设计项目进行特色强化，突出专业特色，增强教学体系中课程内容张力。

3.加强精品课与双语课建设，优化教学资源，突出“金课”在人才培养中的带动作用。以学生为中心，对课程内容进行统筹规划，跟踪产业和领域的新发展、新要求、新内容，从课堂理论授课、课内课外实验、课下实践等多个环节充实，建设精品线上、线下开放课程。在引进国外原版教材的基础上，吸收专业领域国际最新研究成果，融入教学内容，大力提升双语教学质量。

4.建立科学的教学评价机制。变革现有的考核方式，除注重课程理论和实验操作内容考核外，探索将项目设计过程中人际交往能力，以及产品、过程和系统建造等能力纳入考核范围，建立科学的教学评价机制，促进学生综合素质与能力的提升。

二、构建新型创新实践体系

（一）构建多学科、立体化创新实践平台

实践教学是高校工程教育的重要环节，也是专业认证中达到毕业要求、实现培养目标的重要抓手。实践教学是学生理论联系实际的桥梁，是增强解决复杂工程问题能力的重要手段，也是校园教育向产业延伸的重要途径。围绕特色专业实验室的建设方向，机电创新实验平台的建设在创新型人才培养理念指导下，建立以现代轻工装备及技术实验室为基础、省重点实验室为校内支撑、与龙头企业联合成立的机电一体化培训中心，以及校外实践教学基地为企业支撑的多学科、多场域融合的立体式创新实践平台。通过实验室理念建设和规划、购置一批先进仪器设备、购置及开发虚拟实验平台，建成立体化的、具有工程沉浸感、突出专业特色的工程技术人才教学实验平台，成为实现对培养素质过硬、基础扎实、实践技术突出、创新能力强的创新型人才的有力支撑。

1.围绕建设一流特色专业实验室方向，制定实体实验室和虚拟仿真实验室互相补充、校内实践平台和校外实践基地相互融合的立体化创新实践平台建设规划。校内以省市级实验室、工程中心为支撑，完成专业人才培养基础实验以及创新型培养的设计性、综合性实验;校外实践教学基地作为企业支撑，完成面向企业需求的、具有专业特色的实验项目。

2.大力开发特色虚拟仿真实验平台，在掌握课程相关理论的基础上，引导学生主动查阅资料、收集文献，建立项目开发小组。根据CDIO的理念，完成项目需求分析、概念设计、详细设计、开发实现、调试完善等步骤，完成虚拟仿真实验平台的开发。

3.在现有校内实习、实训基地的基础上，加强校外企业创新基地的建设，按照实际项目全生命周期开发的要求，贯彻专业认证和CDIO理念，培养学生的创新意识、创造精神和创业能力。建立校外工程实践基地，让学生可以在一定时间内参与企业生产。

（二）建立和完善大学生实践创新能力培养体系

通过研究教学过程中贯彻CDIO模式的教学理念和教学方法，以项目为导向，面向工程、突出应用、体现创新，通过无限接近社会需求，构建理论教学、实验操作、学科竞赛、科学研究、工程实践“五位一体”的实践创新能力培养体系。

1.建立理论教学、实验操作、学科竞赛、科学研究、工程实践“五位一体”的创新人才培养体系。贯彻“基于项目学习和创新”的CDIO教学理念，在理论教学和实验教学中，以项目思维组织教学，用联系的观点学习和掌握相关知识。依托精品课程、学科平台、校内创新基地、校外实践基地，以实验训练、学科竞赛、科学研究、工程实践为载体，促进知识—能力的转化和创新思维的培养。

2.实践教学按照基础—提高—综合—创新四个层次设置创新人才培养教学体系，包括课程体系和实践体系。在每个层次中按照模块化思维组织教学。为适应在线开放课程以及慕课的学习形式，每个模块中按知识点设置理论与实践教学内容，知识模块物理上彼此独立，内容上又有一定的内在逻辑联系和衔接关系。课程体系和实践体系均按照CDIO教学模式组织教学，即按照项目实施的思想，使学生既能够掌握知识，又能够学会在项目中怎么应用。

3.建立和完善大学生参与科研项目、科技竞赛、工程实践机制。鼓励大学生参与教师科研项目，培养其创新思维、知识应用能力和创新能力，对参与项目的科研成绩折合创新学分。鼓励大学生积极参与各种创新大赛并给予指导，对有潜力的项目进行重点培育，激發大学生的创新热情和创新潜能，制定在校大学生参加科技竞赛细则，确保每名大学生至少全程参与一项科技竞赛赛事。

4.强化学生工程创新实践。制定毕业设计选题规范，保证实际工程课题占毕业设计题目的比重;突出课程设计、毕业设计、工程实践面向实际工程课题的导向，培养学生将专业知识能力与生产管理、团队协作、沟通能力相结合。

三、教学改革成效

融合工程教育专业认证及CDIO教学模式的课程体系及特色教学体系，为机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器一流专业建设提供了支持。以项目引领的工程技术人才实验平台的建设，既具有工程沉浸感、突出专业特色，又满足培养“知识、能力、素质”协调发展的工程技术人才要求。实验室建设通过机械、电子信息和计算机应用等学科的交叉综合，充分体现机电结合的特色和优势。

项目首先在郑州轻工业大学机电工程学院机械设计制造及其自动化专业、测控技术与仪器专业推广运行，在教学体系和课程体系建设方面均取得了良好效果。以互换性与技术测量课程为例，针对“课程设置的实验环节内容是否能增强对理论知识的理解”这一问题，课题组对历届学生进行了调查，学生选择“可以”以上的比例从2019年的70%提高到了2021年的94%，即使受新冠疫情影响，一些实验项目受到影响，在2022年度，学生选择“可以”以上的比例也达到92%，特别是由于疫情期间线上课程，探索出更多师生交流渠道，选择“非常可以”的比例达到43%。

围绕一流特色专业建设目标，依托轻工装备行业，贯彻工程认证理念和CDIO教学模式，构建基于机电大平台的一流特色专业建设课程体系，探索将行业特色转化为专业特色、研究特色转化为专业优势的方法。通过贯彻工程认证和CDIO工程教育理念，以轻工装备设计、制造、维护整个产业链为着眼点，建立融装备设计、制造、控制、动力、测量为一体的课程体系。围绕特色专业实验室的建设方向，在创新型人才培养理念指导下，建设实体实验室和虚拟仿真实验平台互相补充、校内实践创新平台和校外实践基地相互融合的立体化创新实践平台。以项目为导向，面向工程、突出应用、体现创新，通过无限接近社会需求，构建理论教学、实验操作、学科竞赛、科学研究、工程实践“五位一体”的实践创新能力培养体系。教学改革实践表明，通过把前者的“底线”合格标准和后者的“高线”教学方法论有机结合起来，能够更有效地落实专业认证理念，培养具有创新能力的合格人才。

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责编：应 图