吳承偉

(黃山學(xué)院機電工程學(xué)院，安徽 黃山 245041)

CDIO工程教育模式是由美國麻省理工學(xué)院Edward Crawley教授提出，并經(jīng)過科研機構(gòu)4年的探索研究創(chuàng)立的新的工程教育理念。CDIO代表了構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(design)、實現(xiàn)(implement)和運作(operate)，它著眼于想法—設(shè)計—產(chǎn)品—應(yīng)用—反饋這整個過程，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，提高其專業(yè)素養(yǎng)。

近年來，國內(nèi)眾多高校開展了融入CDIO理念的新型教學(xué)模式、新型課程考核與評估方法、新型人才培養(yǎng)模式等的研究及實踐工作，取得了一系列成果。如北京石油化工學(xué)院王殿君等[1]以創(chuàng)意之星機器人擂臺賽為依托，重點討論了賽事項目的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)及運作問題，將CDIO教育理念融入其中，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和團隊合作能力。大連工業(yè)大學(xué)的魏鴻磊等[2]根據(jù)機電專業(yè)實踐性強的特點，從學(xué)科知識與體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，構(gòu)建了CDIO項目庫，將一個或多個項目貫穿于課內(nèi)實驗、課程設(shè)計和實習(xí)實訓(xùn)等各個實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生經(jīng)過培養(yǎng)，工程能力和工程素養(yǎng)明顯增強。西南石油大學(xué)羅通等[3]基于CDIO理念建設(shè)了“互聯(lián)網(wǎng)+中國制造2025”產(chǎn)教融合創(chuàng)新基地，并以該基地為切入點，從提升教師的CDIO能力出發(fā)，讓教師密切聯(lián)系生產(chǎn)實踐，對“做項目中學(xué)”和“基于項目的教和學(xué)”等教學(xué)方法進行深入思考與探索，取得了一定成效。畢玉革等[4]針對農(nóng)業(yè)機械專業(yè)優(yōu)秀人才的培養(yǎng)需求，以及傳統(tǒng)測試與實驗銜接多、效果差的問題，提出了基于CDIO理念的現(xiàn)代測試技術(shù)課程實驗教學(xué)體系。在該系統(tǒng)中，以CDIO項目教學(xué)反向研究漸進式實驗課程內(nèi)容，并設(shè)計了獨立的實驗教學(xué)評價體系，經(jīng)過實踐，學(xué)生能解決復(fù)雜工程問題，改革效果明顯。盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院王輝等[5]借鑒CDIO工程人才培養(yǎng)教育理念，以機電類專業(yè)人才的工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，開發(fā)了一款基于PLC控制技術(shù)的游梁式抽油機教學(xué)設(shè)備，規(guī)劃了一個開放、多層次和創(chuàng)新的培訓(xùn)項目。

綜上可見，國內(nèi)各高校已依據(jù)CDIO教育理念，從培養(yǎng)模式變更、實踐課程改革、實訓(xùn)基地合作、實驗儀器重新設(shè)計等多維度進行了探索，并取得了一系列豐富成果，這為后續(xù)各高校參與CDIO教育模式革新提供了堅實基礎(chǔ)。

1 本專業(yè)存在的問題探究

2005年，CDIO模式進入中國，由汕頭大學(xué)首先進行改革實施，國內(nèi)各高校相繼跟進。但就安徽省來看，省內(nèi)各高校參與度明顯滯后，目前為止僅有合肥工業(yè)大學(xué)和合肥學(xué)院兩所高校為CDIO工程教育聯(lián)盟成員單位。黃山學(xué)院以培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力為主要目標，其機械電子工程專業(yè)作為典型機電類工科專業(yè)，主要培養(yǎng)具備現(xiàn)代機電產(chǎn)品設(shè)計、制造及分析應(yīng)用能力的工程技術(shù)人才。

從本專業(yè)現(xiàn)行培養(yǎng)模式來看，雖以應(yīng)用型為目標，但在實際培養(yǎng)中卻存在以下問題：

1)人才培養(yǎng)定位不足，專業(yè)特色與優(yōu)勢不明顯。機械電子工程專業(yè)是各高校開設(shè)較多的專業(yè)，也是受眾面較廣的專業(yè)。該專業(yè)面向的產(chǎn)業(yè)范圍廣，學(xué)習(xí)內(nèi)容多為各學(xué)科交叉知識，各高校對專業(yè)人才的培養(yǎng)容易造成同質(zhì)化問題，導(dǎo)致人才競爭力不足。黃山學(xué)院該專業(yè)的辦學(xué)仍然處于探索階段，與同院的機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)相比，課程重復(fù)度較高，同質(zhì)化傾向較重，與專業(yè)特色相關(guān)的課程及課時均較少，僅靠幾門方向課程無法支撐特色人才的培養(yǎng)。目前來看，人才培養(yǎng)的定位不足，還沒有完全形成自己的辦學(xué)特色與辦學(xué)優(yōu)勢，仍需改進。

2)教學(xué)體系特別是實踐教學(xué)體系不夠完善。在現(xiàn)有的專業(yè)實踐教學(xué)體系中，有實驗課程、實訓(xùn)課程、實習(xí)課程、課程設(shè)計等傳統(tǒng)環(huán)節(jié)，但與科研工作、各類比賽相關(guān)的實踐性很強的訓(xùn)練課程只能針對極小部分學(xué)生，由學(xué)生自愿參加，沒有納入整體的面向全體學(xué)生的實踐教學(xué)與考核中去。

課程評價體系對學(xué)生的考核不足。目前，現(xiàn)有的課程評價體系一直延續(xù)傳統(tǒng)的評價模式，大多數(shù)理論課程還是通過簡單的考勤、作業(yè)、考試等基本環(huán)節(jié)進行考核，重視學(xué)生的卷面成績而忽視整個教與學(xué)的過程評價；實驗課程多數(shù)以實驗操作情況、實驗所獲得的數(shù)據(jù)和實驗報告撰寫情況進行考核，其中存在一定問題：實驗操作情況由教師打分，打分的主觀度較高，實驗內(nèi)容單一化易造成學(xué)生抄襲實驗數(shù)據(jù)的問題。對具體的實驗達成度、創(chuàng)作度和學(xué)生通過實驗的收獲度不能很好地進行考核，也無法在此基礎(chǔ)上進行正向的反饋和激勵。教師對CDIO理念的認知不深，教師自身工程能力不足。不少教師的工程背景不夠深厚，部分教師從高校畢業(yè)即到高校任教，所參與的工程項目較少，即便參與過若干科研項目，很多也是縱向的理論化較強的科研課題，而對解決實際應(yīng)用問題的項目接觸不多，導(dǎo)致教師自身的工程能力和素養(yǎng)不足，也無法教育、引導(dǎo)好學(xué)生去進行工程能力的培養(yǎng)。部分中青年教師有CDIO理念的認知，但缺少資金和平臺去進行實踐，去做自我提升，也制約了CDIO工程型人才的培養(yǎng)。

3)部分公共課程與專業(yè)課課時數(shù)偏多，專業(yè)核心課程數(shù)量不足，理論和實踐學(xué)時分布不均衡。實踐課時雖已經(jīng)過調(diào)整，但總體上看，專業(yè)類的實踐課課時比例占總課時的11%左右，仍然存在著重理論、輕實踐的問題，這與專業(yè)的應(yīng)用型培養(yǎng)目標不符。實踐與理論之間融合銜接不暢。目前的專業(yè)培養(yǎng)方案中針對專業(yè)基礎(chǔ)及核心課程開展了相配套的實驗、實訓(xùn)課程。但從這些課程的開展時間來看，實驗課程多集中于每學(xué)期的后幾周開展，沒能很好地結(jié)合當下所學(xué)的理論知識，存在理論知識點學(xué)習(xí)很久之后再進行實驗的問題，容易造成學(xué)生在實驗中對理論知識的體會和領(lǐng)悟度不高，而且能融合應(yīng)用多課程知識的綜合性訓(xùn)練項目較少。學(xué)生所學(xué)習(xí)的理論及實踐知識較為零散，知識與知識之間較難形成體系。現(xiàn)有的課程設(shè)計環(huán)節(jié)只針對某一門課程知識的應(yīng)用，且課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)中，仍然較重視書面成果而缺乏對實物模型的要求；設(shè)計的題目較為傳統(tǒng)，不能督促學(xué)生積極主動地去進行創(chuàng)造性思考；學(xué)生在設(shè)計活動中大多是獨自進行相關(guān)工作，對團隊精神的培養(yǎng)亦不足。多知識融合的綜合性訓(xùn)練項目可多角度訓(xùn)練、考查學(xué)生對多課程知識的綜合掌握和靈活應(yīng)用情況，這方面的課程及課時安排較少將導(dǎo)致學(xué)生缺乏系統(tǒng)的訓(xùn)練環(huán)境去整合所學(xué)知識。

4)實驗、實踐項目與企業(yè)結(jié)合度不高。應(yīng)用型的辦學(xué)定位應(yīng)面向企業(yè)和工程實際，現(xiàn)有的實驗、實踐項目更偏重于理論式的教學(xué)，與企業(yè)及工程實際問題結(jié)合不緊密，學(xué)生在實驗、實踐后僅知道簡單的實驗方法和實驗結(jié)果，對結(jié)果如何應(yīng)用到實際中去，有什么意義，為何要這樣實驗，如何去搭建實驗的平臺等實際問題感觸不深，很難形成相應(yīng)的工程能力和工程思維。

現(xiàn)有的實驗儀器設(shè)備、評價體系對學(xué)生進行創(chuàng)作性實驗支持度不夠?，F(xiàn)有的設(shè)備廠家大多本著統(tǒng)一化、模塊化、操作簡便化的設(shè)計思路去設(shè)計生產(chǎn)實驗設(shè)備。提供的大多是滿足驗證性和簡單的接線讀數(shù)功能為主的設(shè)備。很多設(shè)備取消了零部件選型、后臺搭接、安裝、接線、調(diào)試、測試等步驟，學(xué)生通過簡單的接線讀數(shù)即可完成實驗，從表面上看是簡化了實驗流程，方便了學(xué)生操作，但從實際角度看，這樣做削弱了學(xué)生的動手能力。學(xué)生只能看見操作面板而不見內(nèi)部結(jié)構(gòu)，無法加深對實驗的體系化認知，也導(dǎo)致思維懶惰化，不愿意去嘗試，最終影響工程創(chuàng)造能力的養(yǎng)成。

由于大型模塊化的實驗設(shè)備價格昂貴，臺套數(shù)量不足，且受實驗課時所限，一般高校不可能為每一位學(xué)生單獨提供實驗機會，實驗多數(shù)分組進行。在實際操作中，存在部分學(xué)生認真進行實驗，而同組的其他學(xué)生既不動手也不動腦的問題。模塊化的實驗裝置在后期亦很難進行更新升級，維護保養(yǎng)成本都較高。

2 改革的方法

2.1 明確人才培養(yǎng)定位，逐步發(fā)展專業(yè)特色

人才培養(yǎng)定位與專業(yè)特色緊密相關(guān)。由于機械電子工程專業(yè)具有多學(xué)科交叉融合、應(yīng)用廣泛、知識面廣、技術(shù)新等特點，且該專業(yè)是由機械工程與電子信息深度交叉融合形成的，因此，該專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標是致力于培養(yǎng)機、電、液一體化的復(fù)合型工程技術(shù)人才。同時，機械行業(yè)需要的是能夠系統(tǒng)掌握伺服驅(qū)動技術(shù)和檢測控制技術(shù)，熟練操作各種機械加工設(shè)備，熟練應(yīng)用機械方面的軟件技術(shù)，能夠?qū)C器人技術(shù)知識與專業(yè)基礎(chǔ)知識進行銜接的技術(shù)骨干。為與機械行業(yè)需求相接軌，高校學(xué)生應(yīng)掌握機械設(shè)計與制造技術(shù)的基本理論和基本知識，具備數(shù)控技術(shù)能力、機器人技術(shù)能力和智能物流技術(shù)能力。畢業(yè)后主要面向機械電子工程技術(shù)領(lǐng)域的工作崗位，成為所在部門的技術(shù)和管理骨干。應(yīng)用型高校的人才培養(yǎng)始終要面向企業(yè)、面向工程解決實際問題，這也與CDIO的工程教育理念相契合。

2.2 依據(jù)CDIO理念，重構(gòu)教學(xué)體系、課程體系與評價系統(tǒng)

CDIO模式要求新型的人才應(yīng)加強個人學(xué)習(xí)能力、人際交往能力、過程和系統(tǒng)建造能力。以這些基本能力為切入點探究合適的人才培養(yǎng)體系，并最終依靠教師、學(xué)生、企業(yè)三方的綜合評定來評價整個培養(yǎng)模式的好壞，特別要注重企業(yè)的反饋。并在此基礎(chǔ)上有針對性地進行模式調(diào)整，使最終培養(yǎng)的人才符合現(xiàn)代工程師的要求，以滿足企業(yè)所需。

1)教學(xué)體系改革。傳統(tǒng)的教學(xué)體系僅重視學(xué)生理論知識的獲取，導(dǎo)致學(xué)生實踐能力不強。因此，需要將傳統(tǒng)的教學(xué)體系轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵺`課教學(xué)與理論課教學(xué)相互銜接的實踐教學(xué)體系，既重視學(xué)生理論知識的獲取，又注重培養(yǎng)學(xué)生動手及協(xié)作能力。在教學(xué)體系中增加實踐性很強的訓(xùn)練課程，如工業(yè)機器人項目綜合培訓(xùn)課程和機電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計等，逐步推進工程實踐項目培訓(xùn)。采用任務(wù)驅(qū)動法充實課程實踐教學(xué)體系，例如：機械電子工程專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)“單片機”課程時，需要對電子鐘進行設(shè)計訓(xùn)練，教師可以將基礎(chǔ)理論知識與計算機軟件應(yīng)用相結(jié)合，使學(xué)生在加強知識點理解的基礎(chǔ)上，提高相關(guān)軟件的應(yīng)用能力。對應(yīng)用型大學(xué)來說，對學(xué)生的培養(yǎng)重點應(yīng)放在“應(yīng)用”上，只有顛覆傳統(tǒng)的教學(xué)體系設(shè)置，采取以實踐教學(xué)為主體，理論教學(xué)相協(xié)同的方式，才有可能將應(yīng)用型培養(yǎng)落到實處。

2)重構(gòu)課程體系。依托CDIO工程教育理念，注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化能力及對整體知識的把握；中型項目貫穿某幾個學(xué)期，對應(yīng)模塊化的理論課程，培養(yǎng)學(xué)生對某一模塊知識的學(xué)習(xí)和應(yīng)用能力；針對某一學(xué)期某一課程，僅鍛煉學(xué)生在這一課程實踐活動中所需掌握的技能和技巧。多種大、中、小型項目的協(xié)調(diào)開展可強化學(xué)生對理論知識的掌握，并培養(yǎng)學(xué)生的主動意識和動手能力。

課程的設(shè)置要兼顧學(xué)生人文素質(zhì)的培養(yǎng)和個性化發(fā)展，要求學(xué)生及早、主動地迎接社會，融入社會，多做思考，順應(yīng)時代發(fā)展。

以上課程體系的構(gòu)建重點在于做好小項目的開展。改革初期，應(yīng)當以小項目開展為主，可選取一至兩門應(yīng)用性較強的課程，如“機械設(shè)計”“微控制器技術(shù)”“可編程控制器技術(shù)”等進行整體改革，以改革成果為示范，推動整個課程體系重構(gòu)。打破以往的“理論課程+實驗課程+課程設(shè)計”這種較獨立、松散的授課體系，借鑒項目式教學(xué)法，在教學(xué)之初，做好知識體系與邏輯設(shè)計，明確所應(yīng)達到的教學(xué)目標，做好教學(xué)目標分解和教學(xué)考核機制，從企業(yè)面向的工程實踐案例出發(fā)，以解決實際問題為導(dǎo)向，進行分區(qū)塊知識點學(xué)習(xí)。整個學(xué)習(xí)過程在實驗室中進行，以分組協(xié)作、組間競賽模式開展學(xué)習(xí)活動。學(xué)生真正做到在“做中學(xué)”和“學(xué)中做”，以邊學(xué)邊做邊思考邊推進項目的形式學(xué)習(xí)知識和技能，培養(yǎng)動手能力、創(chuàng)造能力、過程管控能力和協(xié)作能力。

對中型項目的開展要以模塊化知識的教學(xué)為依托，在課程設(shè)置上應(yīng)集中于1～3個學(xué)期內(nèi)。如，“力學(xué)”“機械設(shè)計”課程可規(guī)整為1個模塊，這類課程集中于1～3個學(xué)期進行，參照小項目的教學(xué)方法，整體的模塊課程也可以1個工程目標的實現(xiàn)為導(dǎo)向，通過模塊課程的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，最終解決這個工程問題。亦可將“C語言”“數(shù)模電技術(shù)”“電工學(xué)”“微控制器技術(shù)”整合為一個中型模塊項目，按同樣的方法進行頂層設(shè)計后再進行教育實踐活動。中型模塊的開展可在多個學(xué)期中疊加進行，每一學(xué)期以開展2～3個模塊的課程為宜。

大型項目可以作為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的提前演練環(huán)節(jié)，將考查學(xué)生綜合運用所學(xué)專業(yè)知識，分析解決實際問題的能力。本校機械電子工程專業(yè)開設(shè)了機械電子綜合設(shè)計項目，項目的選題將綜合考慮機械、力學(xué)、電子、編程、控制等多方面知識的應(yīng)用，確保學(xué)生能在項目的進行過程中將所學(xué)知識融會貫通，使個人能力得以鍛煉。

3)評價體系調(diào)整。傳統(tǒng)的評價體系依賴傳統(tǒng)的教學(xué)體系，因此，進行教學(xué)體系與課程體系調(diào)整后，評價體系也要進行相應(yīng)變革。傳統(tǒng)理論課程注重學(xué)生考試卷面成績，實驗課程注重學(xué)生的實驗報告，課程設(shè)計類課程注重學(xué)生的設(shè)計說明書，這些評價方式與新型的課程教學(xué)體系是不相符的。

從以課程為評價基本點變?yōu)橐皂椖繛樵u價基本點，重點關(guān)注項目的設(shè)計過程、實施過程和完成度情況。小型、中型、大型項目的評價觀測點都應(yīng)包含基礎(chǔ)知識考核、項目構(gòu)思、項目設(shè)計、項目對整體課程知識的應(yīng)用度占比、項目實施管理情況、團隊協(xié)作情況、個人表現(xiàn)、項目匯報PPT、項目實物成果、團隊(個人)總結(jié)反饋等子項，不同類型項目各子項的分值應(yīng)有所調(diào)整。

2.3 根據(jù)CDIO理念要求完善實踐場所與設(shè)備

根據(jù)模塊化、項目化課程教學(xué)體系的實施需求，完善相關(guān)實踐場所和實驗設(shè)備。對現(xiàn)有的實驗、實踐場所按工程理念要求進行改造，改造后的場所需配備現(xiàn)代化的工具、設(shè)備和軟件，滿足學(xué)生及時動手進行實踐的需求。完善的實踐場所可為項目的開展提供良好的環(huán)境，有利于學(xué)生專注地思考。在實踐場所的管理上也可采用彈性預(yù)約的方式，最大程度提供更多的開放時間，滿足不同小組進行課后實踐的需求。

同時，在實踐設(shè)備的選取上應(yīng)盡可能地選用創(chuàng)新性、創(chuàng)造性的實驗設(shè)備。可由教師與學(xué)生進行項目申報與立項，自研相關(guān)教學(xué)設(shè)備，滿足學(xué)生在教學(xué)活動中的需求，同時對該項目成果進行綜合學(xué)分認定。

2.4 依托工程競賽及校企深度合作，提升中青年教師工程應(yīng)用能力

高校范圍內(nèi)的各類學(xué)科競賽不少，但從以往經(jīng)驗來看，參與者始終集中在小部分人中，競賽的組織、參與、指導(dǎo)及獎勵沒有完整的評價機制，這樣的方式不能帶動大家的積極性，更無法提高大部分學(xué)生的工程應(yīng)用能力。應(yīng)開展多類別與專業(yè)相關(guān)的校級競賽活動，支持更多學(xué)生參加省級競賽活動。建立完善的競賽活動評價機制。要求全體學(xué)生在大學(xué)4年中參加若干次專業(yè)相關(guān)競賽，與學(xué)生的綜合素質(zhì)學(xué)分認定、評獎評優(yōu)掛鉤。中青年教師以年度或?qū)W年為單位進行考核，每年需指導(dǎo)一定數(shù)量的學(xué)生參與競賽活動或為競賽開設(shè)培訓(xùn)活動，該指標與教師的職稱晉升、項目申報、評獎評優(yōu)掛鉤，努力摸索出適合本校實際的工程能力評價機制。該機制應(yīng)能起到雙向促進作用。

同時，在競賽項目的設(shè)置上要堅持面向社會、面向企業(yè)、面向?qū)嶋H所需，解決實際問題，側(cè)重考核實際成果，要求制作實物，側(cè)重對實物考核。

中青年教師大多缺乏參與企業(yè)實際工程項目的經(jīng)驗，應(yīng)深化校企合作，讓中青年教師多進企業(yè)深造，多以企業(yè)課題為科研課題，多以企業(yè)項目為實際教學(xué)項目，多將研究成果轉(zhuǎn)化為企業(yè)實際應(yīng)用。邀請企業(yè)工程師入校講學(xué)、參與培養(yǎng)方案制定、對學(xué)生進行考核，高校教師也可進企業(yè)講學(xué)、參與企業(yè)項目，解決企業(yè)問題。深度的校企合作才能強化中青年教師的工程能力。

3 改革的效果及預(yù)期

項目開展后，機械電子工程專業(yè)已按CDIO理念進行了初步的探索與實踐，進行整體改革后，學(xué)生和教師的學(xué)習(xí)積極性將被調(diào)動起來，動手能力得到進一步增強，工程素養(yǎng)也有所提升。2020—2021年，機電工程專業(yè)參加了9項學(xué)科競賽，在省級競賽中獲得一等獎2項、二等獎2項、三等獎1項；在2021年批準的12個項目中，完成了各級大學(xué)生10項實用創(chuàng)新項目，完成了10篇期刊論文和多篇學(xué)位論文，取得了3項實用新型專利和6項物理競賽獎項。

按照CDIO理念進行課程體系整體改革后，機械電子工程專業(yè)基本形成了人人有項目、人人參與的良好局面。學(xué)生能夠得到全面的工程項目實踐訓(xùn)練，自學(xué)能力、分析能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力將顯著提高，就業(yè)能力和就業(yè)率也將得到切實提高。機械電子工程專業(yè)課程的教學(xué)效果得到有效提高，使機械電子工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案與行業(yè)需求相接軌，有效促進機電工程專業(yè)的發(fā)展，促進人才的全面發(fā)展。

4 結(jié)語

本項目的開展使黃山學(xué)院機械電子工程專業(yè)辦學(xué)有了較明確的改革方向和改革辦法，但更多具體的措施需要在改革中不斷探索形成。眾多工程競賽項目和企業(yè)項目的開展有利于形成自己的辦學(xué)特色，同時也能促進教師面向教學(xué)、面向企業(yè)做出更多的教學(xué)科研成果。今后，我們將繼續(xù)朝著這個方向探索，努力培養(yǎng)一批合格的工程應(yīng)用型人才，也為應(yīng)用型學(xué)校的辦學(xué)打下堅實的基礎(chǔ)。