基于CDIO模式的工程教育改革理论与实践研究

摘"要：本文以深圳信息职业技术学院机械设计与制造专业为例，将CDIO工程教育理念融入机械设计与制造专业教学改革，探索CDIO理念下的工程教育改革与实践。从我国高等工程教育及卓越工程师培养的发展现状分析入手，本文分析了CDIO工程教育模式特点及其在培养卓越工程师与领军工程人才方面的作用，剖析了CDIO在机械设计与制造专业人才培养方面的运用及启示，进而归纳总结出进一步研究的方向与对策。本文以CDIO教学方式改革为契机，通过CDIO工程教育理念转变教师的角色定位，在以学生为本的实践及创新型人才培养体系方面进一步深入研究，更新教学方法和教学设计，协调提高学生的理论研究和实践操作技能，持续提升人才培养质量和综合素质。

关键词：CDIO；工程教育；机械设计与制造专业；教学改革

一、我国高等工程教育及卓越工程师培养的发展现状分析

目前，我国工程教育以培养了高达千万计的工程技术类专业人才的数量优势位居全球排列规模首位，造就了一大批卓越工程师、大国工匠人才和行业高技能人才，也连续10多年保持了中国第一制造大国的地位［1］，但我国合格工程师的数量和总体质量仍有较大的提升空间［2］。我国每年从国外进口的高端设备占据了设备投资的大额部分，虽然我国在尖端科技领域取得了不错的进步，但是我国高端科研仪器设备绝大多数仍需要进口［3］。图1也显示了中国科学仪器行业进出口现状，长期处于贸易逆差状态。

我国第一制造大国的美称，应建立在高质量发展、加快培育新质生产力基础上，不应建立在大量资源能源消耗型、劳动力密集型粗放式发展基础上。科技创新要自立自强，就要转变大量进口发达国家的知识产权、大量牺牲环保与生态资源的不可持续发展模式，也不应为变成“全球最大的加工厂”而自豪，而应该客观真实地认清和正视中国工程及其教育的落后现状。补短板、强弱项、固优势、弯道超车，是我国工程师的实干责任，更是我国工程教育工作者的职责所在。

（一）高等工程教育的基本属性

工程教育的属性包括以下三方面的内容：其一是实践性，工程教育讲究实践实操为主；其二是融合性，工程教育分析和解决问题均讲究跨学科、多学科交叉，系统效能发挥；其三是创造性，在人的需求、社会的需求不断提升与变化等客观情况下，讲究创造有利条件去实现。

（二）卓越工程师具备的基本素质

根据美国ABET组织（Accreditation"Board"for"Engineering"and"Technology，美国工程与技术认证委员会）对工科人才鉴定的标准EC2000（Engineering"Criteria"2000），合格工程师应具备11个能力特征［4］。卓越工程师应具备项目创造能力强和适应经济社会需要的高质量发展，也就是要具备实践的能力和创新的精神；领军人才应具备创业精神和开拓意识，指挥才干与领袖魅力。我国著名的土木工程学家、桥梁专家、工程教育家茅以升也指出一名优秀的工程师成功的六要素：品行、决断、敏捷、知人、学识和技能，同时提出效率是优秀工程师的最重要观念。

卓越工程师教育培养计划（简称“卓越计划”）立足为国家走新型工业化发展道路、应对新一轮科技革命与产业革命行动、建设创新型国家和人才强国战略提供强力支撑，是贯彻落实国家教育改革和发展、国家人才发展规划战略的重大工程教育改革项目。该教育培养计划重点关注工程技术人才的实际操作能力和创新能力的训练，旨在加快我国由工程教育大国迈入工程教育强国行列。

“卓越计划”的落实须突显以下三大特点：第一，政、校、行、企深度参与人才培养全过程；第二，实施教育机构按通用标准和行业标准精准培养“高精尖特”工程人才；第三，强化训练学生的工程实践能力和创新协作能力。总而言之，实践教学是现代工程教育不可或缺的基石，也是将知识内化为能力的必经之路。创新意识与开拓精神的培养是现代卓越工程师教育的中流砥柱。

（三）现代工程教育必须解决好的几个问题

现代工程教育一以贯之创新意识和实践能力，务必注重解决好以下三大问题：一是工程教育方法方式，二是工程教育的基本原则，三是课程与教学方法改革。

国际工程教育合作组织CDIO于2004年成立，发起院校为美国麻省理工学院（MIT）、瑞典皇家理工学院（KTH）等四所高等理工大学。这四所大学经过四年的跨国实践探索和研究升华后，创立了基于CDIO理念的国际工程教育教学模式［5］。CDIO以现代工业产品为研究对象，以其构思研发到运行乃至终结废弃的整个产品生命周期为载体，具体而言涵盖构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）及运作（Operate）。它培养学生以积极主动的、创新实践的、在课程之间有机联系的方式学习工程知识和技能，也是一种以学生为中心的“生命课堂”学习方式。

二、CDIO模式旨在加强实践与创新能力，有利于培养卓越工程师

CDIO的关键内容可以用一个愿景（Vision）、一个大纲（Syllabus）和十二条标准（Standards）来概括。愿景是为学生提供一种重基础、重实践创新能力的培养模式，大纲是对学生CDIO四个层面的能力要求，标准是对是否实践CDIO教学理念的判定标准。CDIO工程教育改革围绕学生学习氛围、育人目标、整体化课程计划、教学定位、创新激励、工程实践实训基地建设、师资教学技巧及能力提高、成效考核及专业教研教改质量评估等全过程、全方位进行。

这里要强调的是CDIO工程教育的四个层面，涵盖了工程基础科学和技术知识、个人思维和终身学习能力、人际团队协作能力以及工程系统调控能力。上述的大纲要求就是需要以综合素质的培养标准使学生严格按照这四个层面达到预期目标［67］。CDIO对知识、能力、素质教育的层次划分也很清晰，按照布鲁姆教育目标分类法如图2所示。该法由本杰明·布鲁姆1956年提出，帮助美国教育成功走出了以记忆为主体的教学困境，也帮助全球各地教师明确教学目标并选择合适的教学方法提供了便利。

CDIO推进教学改革的核心目的就是要把学生培养成可娴熟掌握工程科学、技术基础知识和专业基础知识，可统领和部署新产品、新系统的开发和运行，且具备系统协调、团队协作和个人终身学习能力，能够掌握前沿技术的研究与发展，以及分析其带来对社会的必要性和政策影响。

三、机械设计与制造专业的培养模式及启示

深圳信息职业技术学院坚持以就业为导向，以德能培养为核心，不断提高学校综合办学能力、社会服务能力、学生专业核心技能、创新能力和可持续发展能力培养。机械设计与制造专业为广东省示范性专业，技术领域人员由机械设计制造工程和控制科学工程学科背景人员组成，该专业既继承已有技术（培训期），又开发新技术（研发期），积极参加各级赛事（备赛期）。

（一）培训期工作任务

（1）加工、制造能力培训。认识常用加工工具，掌握加工工艺及精度要求，熟悉选用的工程材料性能，精通数控机床使用等；

（2）机构创意设计与制作。利用计算机测绘机械零件图，分配材料，准备好加工装备与制造，做好机床维修维护预案等；

（3）搭建控制系统。电路板制作，主控系统搭建，安装上层执行元件等。

培训期预期成效：熟练掌握产品设计与制作通用步骤，掌握零件加工的专业技能，明晰机械控制系统组装与搭建、机电一体化，娴熟应用跨学科融合知识。

（二）研发期工作任务

根据已有的专业知识延伸拓展开发新的技术，融会贯通，为了实际应用而研发并加以改进升级，从而使新产品品质更上新台阶。例如，柔性机械外骨骼的研发，机器人避障系统设计等。

研发期预期成效：强化拓展学生自主创新、刻苦钻研的科研进取精神和不懈能力，研学结合。在研究下学习，清楚一项新技术从构想到设计、研发、制造的过程，从技术设想走向技术推广的生命周期。

（三）机械设计与制造专业人才培养成效

机械设计与制造专业人才培养目标在于使学生兼具杰出的专业技能和丰富的行业经验，对课堂知识进行举一反三，学以致用，熟练操作跨学科、交叉学科应用的实训实践平台；拓展学生知识面，更新知识广度和深度，指导学生参加机械学科竞赛、工程实践、产品创造等活动踊跃报名，使创新实践意识和团队协作能力得到大幅提升，为学生过渡到毕业后的研究生深造、参加工作或自主创业等阶段提供充分条件。

四、以生为本的CDIO实践与创新人才培养模式

深圳信息职业技术学院秉承求真求学、创新创业的教育理念，把高端制造装备技术骨干和工程领军人才、坚实宽广的基础理论、丰富精湛的专业知识、CDIO工程理念及强劲的工程实践能力作为该校人才培养目标。把加强科技成果转化、技术转化、培养创新能力和前沿视野、构建制造专业群教学标准与课程标准体系、实现综合素质IQ、EQ、FQ全面发展作为自己的创新型特色鲜明的职教改革新标杆。通过构建多维度、多环节的培养体系和多方位的创新实践体系，建设具有CDIO能力和国际视野的师资队伍，优化实验环境建设，持续不断的深化教学质量体系改革作为该校人才培养途径与着力点。

（一）多维度、多环节的培养体系

（二）多方位的创新实践体系

配合学校教学计划改革，建立了三层级实验教学体系。

机械设计与制造专业重视与企业、行业、兄弟院校、社会科研机构密切联系，广泛建立了校重点实验室实训室、广东省工程实践中心、企业行业国培项目等工程教育资源。课内实验安排如表1所示。

开放创新实验20多项，包括《机械原理》仿真设计综合实验、机械强度综合实验、基于慧鱼创意组合模型的机器人制作实验、数控机床自动编程与加工、机构创新设计与分析实验、机械传动性能测试、三坐标测量机抄数检测、反求工程实验等。

（三）具有CDIO能力的师资队伍建设及教学质量改进体系

深圳信息职业技术学院机械设计与制造专业师资力量具有国际化视野、教师出国率及海外学历教育背景20%以上；该专业发挥“双师素质”教师队伍作用，企业一线科技人员为主体的兼职教师与专任教师比例基本持平，另特聘国内资深技术人员及知名企业高级管理者组成机械设计与制造专业教学指导委员会；青年教师下到企业做研究、博士后或社会实践，并纳入职称评审条件。

该专业实行持续不断的教学质量改进体系，其PDCA循环框架图如图6所示。

图6"机械设计与制造实施质量PDCA循环控制

五、进一步研究的方向与对策

今后将围绕以下两个顶层问题、三个关键问题进一步深入探究。

（一）顶层问题一：教学工作的核心地位

众所周知，工程教育强调人才培养为中心，专业教学为基础。高校作为人才培养的主力军，也是全面提高人才培养质量的桥头堡，应在人才培养、科学研究、社会服务、文化传承等职能方面进行准确定位。提出适合我国的人才培养理念，并进行量化考核、经济利益评价这是今后仍需完善的顶层设计。

（二）顶层问题二：如何平衡理论教学与实践能力培养

理论教学和实践教学好比人的两只手，一只手强调夯实理论基础，打牢专业根基，循序渐进，行稳才能致远；另一只手重视应用扩展，学以致用。一个人只有在实践中活学活用知识，才能知道自己的能力，也才能有针对性地改进提高。在理论中学、实践中悟才能提高分析实际问题、解决实际问题的能力，这也就是理论知识、实践能力、发现问题和解决问题四者之间的关系。

（三）关键问题一：教师的工程能力及对教学的倾注程度

教师自己懂和能讲好课是两回事，作为课堂的主要执行者，教师怎样将知识传授给学生，培养学生的能力，既是一门科学，也是一门艺术，精心设计教案，做到深入浅出、诲人不倦、扣人心弦、感染学生、发人深省都是十年磨一剑的真本事。教师工程能力培养渠道很多，例如赴企业进站做博士后，赴国内外参加专题培训及学术研讨，参加校企合作横向课题等方式，对投入热情高的教师应予激励与奖励。

（四）关键问题二：学生出现消极情绪怎么办

工程教育中，有些学生积极性和主动性不高，智能手机的出现和网络科技的发展，导致大量的“低头族”应运而生，这是应试教育与教育产业化带来的产物。此情形下，工程教育改革势在必行，学生的消极情绪成为这场改革的催化剂，大一学生刚入学无专业背景，构思较困难；大二时功课重，课余时间较少；大三时能制作一些构思与设计，但已来不及了，因为面临就业的压力了。有种稳妥的解决方式，就是让每门课程贯穿产品设计考核，自由不拘形式地构建课程教学内容的有机衔接与融合，选择CDIO项目灵活代替毕业设计和课程考核。

（五）关键问题三：教学质量评估

教学质量评估应多方参与，提高评估的准确性。学生参与评估的可信度及频次方面有待优化，可通过制定科学有效的调查表来实现；专家参与的评估应邀请校内专家、同行专家、甚至国外专家来进行；行业参与的评估应邀请行业企业、政府机构、用人单位来进行，且评价的周期也有待完善；教师的教材、讲义、课件、授课计划及学生的实验、作业、试卷等材料均应列入教学质量评估重点内容；教学质量评估还应考虑到学生平时能力测试及主管部门的评估意见。

参考文献：

［1］陈向东，洪冠新.国际科技竞争环境下高等工程教育改革大势：新工程教育十大革新理念［J］.中国软科学，2024（01）：111.

［2］胡德鑫，徐文君，顾佩华，等.国际注册工程师资质认证制度的建构逻辑与改革趋向：基于美、英、日、澳四国的范例［J］.高等工程教育研究，2023（02）：8795.

［3］刘敏娜，黄素萍，李延香.中国CDIO工程教育研究现状与发展趋势评估［J］.现代信息科技，2020，4（12）：179183.

［4］朱露，胡德鑫.历史制度主义视域下美国工程教育认证标准的嬗变逻辑［J］.黑龙江高教研究，2023，41（11）：6371.

［5］顾佩华，胡文龙，陆小华，等.从CDIO在中国到中国的CDIO：发展路径、产生的影响及其原因研究［J］.高等工程教育研究，2017（01）：2443.

［6］顾佩华，包能胜，康全礼，等.CDIO在中国：上［J］.高等工程教育研究，2012（03）：2440.

［7］顾佩华，包能胜，康全礼，等.CDIO在中国：下［J］.高等工程教育研究，2012（05）：3445.

基金项目：深圳市教育科学“十四五”规划课题（zdzz"22010）；广东省高校科研平台和项目（2020KTSCX299）；广东省高校思想政治教育课题（2020GXSZ165）

作者简介：陈慧群（1982—"），男，汉族，江西高安人，副教授，高级工程师，主要研究方向：工程教育教学改革。