基于知識點優(yōu)化的CDIO教學(xué)改革實踐

[摘 要] 廣州大學(xué)機電工程系正在建設(shè)以CDIO為特色的機械設(shè)計制造及其自動化特色專業(yè)，取得了一系列的教學(xué)改革成果。本文重點介紹廣州大學(xué)機電工程系進行以知識點優(yōu)化的課程體系改革為主的CDIO教學(xué)改革情況，分析機械專業(yè)知識點優(yōu)化、教學(xué)模式、教學(xué)管理方面的改革方法及實踐成果，為其他高校機械專業(yè)CDIO教學(xué)實踐提供參考。

[關(guān)鍵詞] 知識點優(yōu)化；教學(xué)改革；一體化教學(xué)；CDIO能力評估與提升

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1005-4634（2013）01-0081-04

0 引言

CDIO工程教學(xué)改革是當(dāng)今國際工程教育改革的最新成果，已經(jīng)在世界上50多所學(xué)校進行實施，并取得了很好的效果，為工程界培養(yǎng)了大量符合需求的技術(shù)人員。我國在吸收國際CDIO先進成果的同時，積極推進CDIO工程教育改革，廣州大學(xué)作為我國CDIO第一批試點單位，也積極開展CDIO教學(xué)改革，并取得了良好的效果。

1 廣州大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) CDIO教學(xué)改革歷程

廣州大學(xué)機電工程系從2008年下半年開始接觸CDIO，雖然接觸的時間相對較晚，但在真正領(lǐng)會CDIO理念方面下了很大功夫，注意將CDIO與地方性高校自身特點相結(jié)合，與傳統(tǒng)教育模式相結(jié)合，著重專業(yè)知識點的優(yōu)化，去除知識冗余，強化基礎(chǔ)知識與實踐，逐漸形成有特色的CDIO教學(xué)模式[1]。

在CDIO改革初期，廣州大學(xué)就承擔(dān)了“地方高校機電類專業(yè)CDIO教育模式再創(chuàng)新”學(xué)校重點教學(xué)項目的研究，主要進行傳統(tǒng)工程教育模式與CDIO教育模式的融合研究，并結(jié)合地方性高校特點。CDIO教育模式在教學(xué)組織、課程體系安排方面與我國傳統(tǒng)工程教育模式有較大區(qū)別，如何將CDIO教育模式與我國傳統(tǒng)教育模式融合，便于CDIO教育模式在我國地方高校實施，廣州大學(xué)進行了一系列的調(diào)查和研究。

在成功獲得以CDIO為特色的國家第二類特色專業(yè)建設(shè)立項后，廣州大學(xué)曾經(jīng)想全套直接照搬國際CDIO模式，但此舉不適合廣州大學(xué)的實際情況，也無法與常規(guī)的教學(xué)管理系統(tǒng)融合。通過“基于CDIO工程教育模式的一體化課程體系的創(chuàng)新研究與實踐”學(xué)校教育研究項目的研究，廣州大學(xué)在CDIO模式與傳統(tǒng)教育模式之間找到切入點——進行專業(yè)知識點優(yōu)化，消除課程間知識冗余，按工業(yè)產(chǎn)品生命周期過程組織教學(xué)，強化基礎(chǔ)知識與實踐，組織學(xué)生研究性學(xué)習(xí)，目前正在進行教學(xué)實踐，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性得到極大提高。

廣州大學(xué)機電工程系圍繞CDIO模式與研究性教學(xué)、創(chuàng)新教育的融合，還承擔(dān)了廣州市教學(xué)改革項目“機械工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的研究與實踐”、廣州市教育科研項目“研究性學(xué)習(xí)與汽車服務(wù)類課程教學(xué)整合研究”、全國教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于TRIZ理論的地方性高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系研究”等課題的研究，在課程整合、研究性教學(xué)、TRIZ創(chuàng)新思維教育等方面取得了一系列成果。廣州大學(xué)還積極參與全國CDIO試點工作，是第一批CDIO試點高校，參加了第一、二次試點工作會議和骨干教師培訓(xùn)，主持了CDIO機械類專業(yè)華南區(qū)的調(diào)研工作、CDIO機械類專業(yè)大綱的編寫工作等，取得了一些成績，得到試點工作組和兄弟院校的肯定。

2 機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的知識點 優(yōu)化

2.1 專業(yè)知識點優(yōu)化

CDIO三個目標(biāo)之一是讓學(xué)生掌握深厚的知識和技術(shù)基礎(chǔ)[2]，要想成為一名優(yōu)秀的工程師就必須掌握扎實的工程基礎(chǔ)知識和技術(shù)推理。要實現(xiàn)這個目標(biāo)需要向?qū)W生傳授機械專業(yè)的基礎(chǔ)知識，但傳統(tǒng)機械專業(yè)課程體系中存在很多知識冗余，例如公差的概念，首先出現(xiàn)在工程制圖課程中，而后在公差與互換性課程中詳細(xì)講述；材料的拉伸實驗在金屬工藝學(xué)、材料力學(xué)、工程材料三門課程中都有出現(xiàn)。雖然知識點多次出現(xiàn)能達到知識強化的目的，但浪費教育時間，而且學(xué)生沒有實際應(yīng)用，即使出現(xiàn)多次也無法掌握?；趥鹘y(tǒng)教育模式的知識冗余，經(jīng)過研究討論，采用如圖1所示的思路將專業(yè)知識點優(yōu)化。

從圖1中看到，首先制訂CDIO機械創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，主要是依據(jù)CDIO三大目標(biāo)，針對培養(yǎng)適應(yīng)珠江三角洲企業(yè)需要的機械工程師目標(biāo)制訂面向不同基礎(chǔ)的創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，如圖2所示。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)確定機械專業(yè)知識點，當(dāng)能力目標(biāo)需要的知識點形成知識點數(shù)據(jù)庫時，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的自身性質(zhì)及數(shù)據(jù)冗余消除算法，使得知識點冗余消除或減少。知識點確定后要反饋給利益相關(guān)者進行確認(rèn)，這樣建立的知識點庫才能更好地培養(yǎng)社會需要的人才。最后進行知識點的優(yōu)化組合形成課程，在組織知識點時，知識的難易程度需要進一步參考學(xué)生的初期能力，以達到因材施教。

專業(yè)知識點要建立更新機制，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r、技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，對于有時效性的知識點進行淘汰或更新，及時補充當(dāng)前新技術(shù)知識點，這樣可以保證傳授給學(xué)生的知識的現(xiàn)實價值，保證學(xué)生站在時代的制高點上。

知識點重新組合形成課程，在參考傳統(tǒng)機械專業(yè)課程內(nèi)容和美國麻省理工學(xué)院機械類課程的基礎(chǔ)上，形成知識點快速學(xué)習(xí)、實踐強化、課后探究一體化的綜合知識與能力的CDIO課程形式，最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提升教學(xué)效果。

2.2 專業(yè)課程體系探索

傳統(tǒng)的專業(yè)課程體系比較注重理論，而輕視實踐。目前，蓬勃興起的工程教育改革又出現(xiàn)了另外一種極端現(xiàn)象：重視實踐，而大幅減少理論。因此，在構(gòu)建專業(yè)課程體系時，應(yīng)將基礎(chǔ)理論知識和實踐精密結(jié)合在一起，形成培養(yǎng)“能文能武”的機械創(chuàng)新工程師的專業(yè)課程體系。在專業(yè)課程體系構(gòu)建方面主要考慮課程前后順序、理論和實踐的協(xié)調(diào)、動態(tài)化三大方面，具體思路如圖3所示。

對課程前后順序問題，根據(jù)工業(yè)產(chǎn)品壽命周期順序安排課程順序，在課程間處理好內(nèi)容交叉關(guān)系。例如，在機械設(shè)計課程前需要學(xué)生知道制造方面的知識，以便設(shè)計出能夠制造的工業(yè)產(chǎn)品，而在制造課程前需要學(xué)生了解一下設(shè)計知識，如果按照產(chǎn)品流程，應(yīng)該是先設(shè)計、再制造，但按知識使用順序，先學(xué)習(xí)制造知識，再介紹設(shè)計知識比較合理。經(jīng)過綜合平衡，通過“工業(yè)產(chǎn)品CDIO分析”課程進行過渡，基礎(chǔ)的制造知識在“構(gòu)思與設(shè)計”課程前進行實踐，“機械制造”主要課程內(nèi)容在“構(gòu)思與設(shè)計”的后面開設(shè)。通過課程先后順序的優(yōu)化，知識點銜接的比較好，知識體系也較完整，也比較符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，并減少了知識的重復(fù)。

對于理論與實踐協(xié)調(diào)的問題，采用邊理論邊實踐的方式組織課程體系，理論課中有實踐內(nèi)容，實踐課程中有理論傳授，即構(gòu)成一體化課程。整個課程體系能夠做到有效地引導(dǎo)學(xué)生提出問題，進而自主鑒別需要學(xué)習(xí)的知識，自主學(xué)習(xí)、應(yīng)用、總結(jié)一個研究性學(xué)習(xí)流程。

對于課程體系的動態(tài)化。課程體系作為教學(xué)組織的核心文件，一般在執(zhí)行過程中不能隨意改變。這里課程體系動態(tài)化也不是隨意改變課程，而是緊密關(guān)注當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展趨勢、技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，適時對專業(yè)人才需求的態(tài)勢進行預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果適時修正課程體系。

3 機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)CDIO教 學(xué)改革實踐

在知識點優(yōu)化、專業(yè)課程體系重構(gòu)的同時，積極進行CDIO教學(xué)改革實踐，首先在工程制圖中進行CDIO元素的實踐教學(xué)，而后在廣州大學(xué)機電工程系2008級、2009級、2010級同時開展了CDIO教學(xué)，在實踐中，通過教學(xué)模式、教學(xué)管理的改革，保持CDIO教學(xué)的可持續(xù)實施。

3.1 教學(xué)模式改革

在專業(yè)知識優(yōu)化形成適合CDIO教學(xué)的課程體系后，在教學(xué)模式方面進行一系列改革以促進CDIO能力目標(biāo)實現(xiàn)。在實踐中，主要采取一體化教學(xué)、研究性教學(xué)，并針對這些教學(xué)方式進行了教學(xué)管理改革，主要是對學(xué)生和教師的評估。

1）一體化教學(xué)。設(shè)計了一體化教室，教學(xué)中有效地融合理論與實踐。教學(xué)過程中，采用上面所說的一體化教學(xué)內(nèi)容，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)融為一體，邊進行理論教學(xué)、邊進行實踐教學(xué)，實現(xiàn)了理論課與實踐課在時間和空間上的結(jié)合，這樣大幅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生不覺得單調(diào)乏味，提高了教學(xué)效果。

2）研究性教學(xué)。研究性教學(xué)是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，從工程實踐中選擇和確定專題進行研究，并在研究過程中主動地獲取知識、應(yīng)用知識、解決問題的教學(xué)活動[3]。在實施研究性教學(xué)時，首先向?qū)W生征詢專題，如果學(xué)生沒有專題提出，就從教師的科研課題中抽取專題，然后要求學(xué)生自主組建團隊，圍繞這一專題進行相關(guān)研究和學(xué)習(xí)，通過討論與探究，最后采取答辯方式給出評分。

一體化教學(xué)與研究性教學(xué)需要解決教學(xué)內(nèi)容多與教學(xué)課時有限的矛盾，在課程開始就介紹課程大概內(nèi)容，將項目實踐及學(xué)習(xí)任務(wù)布置給學(xué)生，并給出時間節(jié)點，進行節(jié)點評價。這樣督促學(xué)生充分利用業(yè)余時間進行學(xué)習(xí)和項目實踐，解決了教學(xué)內(nèi)容多與教學(xué)課時有限的矛盾。

3.2 教學(xué)管理改革

正是由于CDIO教學(xué)基于一體化教學(xué)和研究性教學(xué)，現(xiàn)有的管理模式已經(jīng)不適應(yīng)了，為此改革了教學(xué)管理模式，采取學(xué)生自主管理、一體化教室開放管理、師生CDIO能力的CMM（Capability Maturity Model，能力成熟度模型，簡稱CMM）評估與提升[4，5]等方式保證CDIO教學(xué)順利進行。

1）學(xué)生自主管理。廣州大學(xué)城走教模式不利于CDIO教學(xué)，考慮到教師遠(yuǎn)離學(xué)校居住的實際情況，廣州大學(xué)充分利用學(xué)生自身的力量，聘請優(yōu)秀且愿意負(fù)責(zé)的高年級同學(xué)組成學(xué)生管理委員會，負(fù)責(zé)學(xué)生日常監(jiān)督（業(yè)余時間學(xué)生學(xué)習(xí)與實踐情況記錄與考察）、一體化教室的夜間開放管理等。學(xué)生管理員負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)監(jiān)督、教室開放管理、設(shè)備協(xié)助管理，并成為了教師與學(xué)生之間溝通的橋梁。

2）一體化教室的長時間開放管理。在CDIO教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生非常投入地進行項目制作，因而需要一體化教室及workshop長時間開放，便于學(xué)生隨時進行項目制造，保持學(xué)習(xí)與實踐熱情。

3）師生CDIO能力的CMM評估與提升。CMM是美國卡耐基梅隆大學(xué)軟件工程研究所推出的評估軟件能力與成熟度的一套體系，提供了一個過程能力階梯式進化的框架，階梯分為五個不斷進化的級別。中南大學(xué)的胡志剛、陳啟元等人將CMM模型引入到CDIO教學(xué)的學(xué)生與教師的能力評估與提升中。參考他們的成果，結(jié)合廣州大學(xué)機電工程系實際情況，建立了適合廣州大學(xué)機電工程系師生的CDIO能力評估與提升體系，見參考文獻[6]。在師生CDIO能力評估與提升體系中將學(xué)生CDIO能力成熟度由低到高劃分為4個等級：新手級、基礎(chǔ)級、專業(yè)級和創(chuàng)新應(yīng)用級。各能力成熟度等級反映了學(xué)生在CDIO工程教育中不同發(fā)展階段的不同特征和學(xué)習(xí)內(nèi)容需求。將教師的CDIO能力成熟度由低到高劃分為4個等級：初級、中級、高級和成熟級。各能力成熟度等級反映了不同教師的CDIO能力和所要達到的目標(biāo)，每個成熟度級別都包含實現(xiàn)該級別目標(biāo)的若干關(guān)鍵過程。

通過師生CDIO-CMM模型對學(xué)生和教師CDIO能力進行評估，并根據(jù)評估結(jié)果對PDCA循環(huán)進行改進，達到CDIO能力提升的目標(biāo)，既保證了CDIO培養(yǎng)人才的需要，又保證了師資水平與CDIO教學(xué)的匹配與提高。

4 結(jié)束語

作為我國CDIO工程教育改革試點的第一批高校，廣州大學(xué)機電工程系引入CDIO教育理念，并有效地結(jié)合傳統(tǒng)工程教育的優(yōu)勢，在知識點優(yōu)化、課程體系優(yōu)化、教學(xué)組織與管理等方面進行了有益的嘗試，并取得了一些成果，但由于廣州大學(xué)機電工程系CDIO工程教育改革正處于實踐過程中，難免有些設(shè)計不是很成熟，今后將繼續(xù)深入研究CDIO模式及教學(xué)實踐。

參考文獻

[1]江帆，張春良，王一軍，等.機械專業(yè)CDIO培養(yǎng)模式探索[J]. 裝備制造技術(shù)，2010，（6）：192-194.

[2]顧佩華，沈民奮，陸小華，譯.重新認(rèn)識工程教育——國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009，（4）：71-89.

[3]江帆，孫驊，梁忠偉，等.基于研究性教學(xué)的機械原理實踐教學(xué)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010，（11）：62-64.

[4]胡志剛，江林，任勝兵.基于CMM的教師CDIO能力評估與提升[J].高等工程教育研究，2010，（3）：26-31.

[5]陳啟元，任勝兵，胡志剛，等.工科大學(xué)CDIO能力成熟度評估與改進體系研究[J].中國高等教育，2009，（8）：31-33.

[6]江帆，張春良，王一軍，等.CDIO開放教學(xué)模式研究[J].教學(xué)研究，2012，35（2）：27-32.