基于卓越工程師培養(yǎng)的工程訓練教學模式探究

趙友亮

摘 要：工程訓練教學模式的科學設計與規(guī)范運行是實現(xiàn)工程訓練教學目標的基本保證。西北農(nóng)林科技大學在機械類專業(yè)的工程訓練教學實踐中，從指導思想、方法和構成要素等三個方面，對面向“卓越工程師計劃”的工程訓練教學新模式進行了研究和實踐探索，構建了“教學目標—教學大綱—教學活動”一體化的工程訓練教學新模式。

關鍵詞：工程訓練；教學模式；卓越工程師；CDIO

中圖分類號：G640 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2014）03-0065-03

工程訓練是學生第一次在工程化環(huán)境中接受的工程基礎教育，對其終身工程能力與素養(yǎng)的形成具有重要的啟蒙作用。在我國當前大力推進“卓越工程師培養(yǎng)教育計劃”（下文簡稱“卓越計劃”），著力培養(yǎng)創(chuàng)新能力強的高質量工程技術人才的新形勢下，如何構建面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式，為學生在大學階段的工程教育和畢業(yè)后成長為卓越工程師奠定良好的基礎，是工程訓練教學實踐中必須面對的重要問題之一。

CDIO工程教育模式將現(xiàn)代社會和產(chǎn)業(yè)發(fā)展對工程技術員的知識、能力和素質要求以工程學的基本原理表達了出來，有很強的操作性和廣泛的適應性，有助于工程教育課程的設置及教育方法的研究[1-2]，對面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式的構建在認知與方法上有一定的指導意義。本文結合西北農(nóng)林科技大學機械類專業(yè)工程訓練的教學實踐，對構建面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式的指導思想、方法和教學新模式的構成要素進行分析探討。

一、CDIO的內涵與特點

（一）CD IO的內涵

CDIO 的核心理念是以工程產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng)從研發(fā)到運行的生命周期為載體，以教育學生在團隊協(xié)作環(huán)境中，理解對復雜產(chǎn)品、流程或系統(tǒng)如何進行構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運行（Operate）為訴求，有效開展工程教育活動，培養(yǎng)現(xiàn)代社會和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的工程技術人才，是大工程觀教育理念的具體體現(xiàn)[3-4]。為將這一理念付諸教學實踐，CDIO聯(lián)合高校、產(chǎn)業(yè)界和校友共同協(xié)商確定出現(xiàn)代工程技術人才所應具備的知識、能力和素質要求，并把這些要求以工程學的原理表達出來，分解成“技術知識與推理”、“個人與職業(yè)技能”、“人際交往技能”、“CDIO能力”等四個一級目標。為提高可操作性，CDIO對一級目標又進行了二級和三級分解，制定了12條準則，形成了詳細的人才培養(yǎng)目標內容體系，同時對工程教育過程所必需的課程體系、教學過程、師資隊伍、考核評估等基本要素及其特征作了規(guī)范和要求，為該模式的實施指明了方法和途徑。

（二）CD IO的特點

CDIO這種以產(chǎn)業(yè)需求為導向，聯(lián)合高校、產(chǎn)業(yè)界和校友共同確定現(xiàn)代工程人才的培養(yǎng)目標，把培養(yǎng)目標分解轉化成多層次、可操作的教學大綱，再通過對課程體系設置、教學過程設計、師資隊伍建設、考核評估機制等教學基本要素的規(guī)范和要求，把教學大綱的內容落實在具體教育教學活動中的做法，之所以在國際范圍內引起廣泛的關注和推廣，最為關鍵的原因，是其在培養(yǎng)目標與實現(xiàn)目標的具體教學活動之間設計了明確的對應支撐關系，把培養(yǎng)目標細化分解到操作層面的教育教學活動中，以培養(yǎng)目標統(tǒng)領具體的教育教學活動，以具體的教學活動保證培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。

為充分發(fā)揮工程訓練在學生工程教育中的啟蒙作用，可在認知和方法上借鑒CDIO的成功經(jīng)驗，從工程訓練的教學目標分析、大綱內容的形成，到具體教學活動設計進行一體化的思考，構建面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式。

二、構建工程訓練教學新模式的指導思想和方法

（一）構建工程訓練教學新模式的指導思想

工程教育需要大工程觀，大工程觀是卓越工程師所必備的關鍵素養(yǎng)，樹立大工程觀則是卓越工程師培養(yǎng)的基本和關鍵問題之一[5]。因此，構建面向“卓越計劃”的工程訓練新模式，在指導思想上應從工程教育的本質出發(fā)，既要體現(xiàn)出大工程觀的工程教育理念，又要能反映“卓越計劃”強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力的時代要求[6]。

（二）構建工程訓練教學新模式的方法

在認知和方法上借鑒CDIO的成功經(jīng)驗，建立既能體現(xiàn)大工程觀的工程教育理念，又能反映“卓越計劃”時代要求的工程訓練教學新模式，首先應結合工程訓練課程的性質，分析其在專業(yè)培養(yǎng)體系和卓越工程師培養(yǎng)中地位和作用，確定出其與專業(yè)培養(yǎng)目標和卓越工程師培養(yǎng)要求相符的教學目標；其次應在準確理解工程訓練教學目標的基礎上，把工程訓練的教學目標分析轉化成具有可操作性的教學大綱，使教學大綱的每一項內容與教學目標的要求之間有明確的對應支撐關系；最后再圍繞教學目標的實現(xiàn)，通過教學設計將教學大綱中的每一項內容與訓練過程中的具體教學活動對應起來，這樣就可就把工程訓練較為宏觀的教學目標，落實在工程訓練具體的教學活動中，形成從教學目標到教學大綱，再到具體教學活動的“教學目標—教學大綱—教學活動”對應支撐的一體化工程訓練教學新模式，以教學目標統(tǒng)領具體的教學活動，以具體的教學活動保證教學目標的實現(xiàn)。

三、工程訓練教學新模式的構成要素分析

建立既能體現(xiàn)大工程觀的教育理念，又能反映“卓越計劃”時代要求的工程訓練教學新模式，就要把大工程觀的理念和“卓越計劃”的時代要求體現(xiàn)在工程訓練的教學目標、教學大綱、教學活動等教學模式的基本構成要素上。

（一）工程訓練教學目標的定位

工程訓練一般在大一末期至大二初期來進行，在整個專業(yè)培養(yǎng)的課程體系中是數(shù)學、力學、制圖等工程科學基礎課向設計、制造等工程專業(yè)基礎課過渡的橋梁。學生此時在知識儲備上缺乏工程實踐經(jīng)驗，學習方法與思維方法上習慣于理論課程的推理計算。工程訓練就是要為學生在學習方法上實現(xiàn)轉變、工程認識的視野拓展上提供基礎性訓練，為其后續(xù)綜合工程素質的培養(yǎng)奠定基礎。教育部高校金工指導組2009年為工程訓練（機械類）確定的目標是：“學習工藝知識，增強工程實踐能力，提高綜合素質，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。初步建立起責任、安全、質量、創(chuàng)新、環(huán)保、群體、社會、法律、經(jīng)濟、管理、市場、競爭等工程意識?！盵7]根據(jù)這一目標，西北農(nóng)林科技大學在工程訓練的教學實踐中，把面向“卓越計劃”的工程訓練教學目標提煉為：“學習基本藝知識、鍛煉工程實踐能力、孕育工程創(chuàng)新精神、培育工程創(chuàng)新能力、初步建立工程意識?！边@種定位既與工程訓練的性質、內容及學生訓練前的知識結構和工程認知水平相吻合，也體現(xiàn)了工程訓練在專業(yè)課程體系和“卓越計劃”中對學生知識、能力和素質培養(yǎng)的啟蒙作用。因為工程教育是一個終身的學習過程，工程訓練作為工程教育的啟蒙環(huán)節(jié)，只要能讓學生學習掌握到基本的工藝知識，激發(fā)出學生的創(chuàng)新熱情，培育出學生的創(chuàng)新意識，就為其后續(xù)的專業(yè)學習和成長為卓越工程師奠定了應有的基礎。endprint

（二）從教學目標向訓練大綱的轉化

要把“學習基本工藝知識、鍛煉工程實踐能力、孕育創(chuàng)新精神、培育創(chuàng)新能力、初步建立工程意識”的教學目標落實在具體的教學活動中，必須把教學目標轉化成教學大綱的具體內容，使大綱中的相關內容與教學目標中的每一項要求對應起來，形成與教學目標對應支撐，內容完整的教學大綱，為教學設計和教學實踐提供指導性文件。

例如，要實現(xiàn)“初步建立工程意識”這一目標，在大綱中就要有對應的支撐內容。這部分內容的確定要充分利用工程訓練中心工廠化的運行機制和軟硬件條件，突出工程產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程，把生產(chǎn)過程中的市場調研、產(chǎn)品設計、原材料采購、運輸保管、工藝設計、產(chǎn)品制造與銷售及與此有關的技術、經(jīng)濟、環(huán)境、協(xié)作、競爭、責任、質量等工程意識的基本要素，通過鑄造等每一個訓練項目的展開體現(xiàn)出來，創(chuàng)設營造真實的工程環(huán)境與氛圍。學生在這樣的工程環(huán)境和氛圍中進行實踐訓練，頭腦中會對機械工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與產(chǎn)品的制造過程有一個概括性的認識，形成對工程的綜合性、實踐性和科學性的初步認知。圖1所示為西北農(nóng)林科技大學機械類專業(yè)工程訓練大綱中與“初步建立工程意識”這一教學目標對應的支撐內容。

同樣，針對“學習基本工藝知識”等其他四項教學目標，在確定出其相應的支撐內容后，便可形成結構完整、層次清晰的大綱內容體系。

（三）教學設計的任務

工程訓練教學目標的實現(xiàn)，歸根結底要通過教學設計把大綱內容落實在具體的訓練項目設置和教學活動的規(guī)劃上，并按教學設計的結果——工程訓練實施方案組織教學過程，把教學目標轉化成具體的教學活動。

例如，對教學目標中“初步建立工程意識”這一要求，圖1列出了大綱中對應的支撐內容。教學設計則要進一步把這些支撐內容所依托的訓練項目具體化，形成實現(xiàn)“初步建立工程意識”這一目標的實施方案。圖2就是西北農(nóng)林科技大學在教學實踐中，根據(jù)上述方法，對大綱內容中“質量意識”這一培養(yǎng)要求進行教學設計的具體結果。

圖2 與大綱內容中“質量意識”對應的依托項目和教學活動

同樣的方法，可把大綱中的每一項內容落實在具體的項目中，從而可構成系統(tǒng)完整、層次清晰的工程訓練實施方案。

（四）考核評估機制

面向“卓越計劃”的工程訓練教學模式，應該是一個與時俱進、不斷創(chuàng)新發(fā)展的新模式。在新模式運行過程中，應根據(jù)實施方案制定具體的考核辦法?？己税▽W生訓練效果的考核、對教師工作質量的考核。對教師和學生的考核結果是對工程訓練教學新模式進行評估、改進的重要依據(jù)。西北農(nóng)林科技大學在具體的教學實踐中，建立了與“教學目標—教學大綱—教學活動”教學新模式相對應的考核評估辦法，并對考核結果進行連續(xù)跟蹤分析，以對新教學模式不斷進行改進和完善提高。

工程訓練在學生工程教育中的啟蒙作用，要通過工程訓練教學模式的科學設計和規(guī)范運行來實現(xiàn)。構建面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式，是從工程教育的源頭為“卓越計劃”的目標實現(xiàn)提供保證。西北農(nóng)林科技大學在工程訓練的教學實踐中借鑒CDIO的成功經(jīng)驗與方法，從指導思想、方法和構成要素的建設等方面，對面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式的建立進行了研究和實踐探索，建立了“教學目標—教學大綱—教學活動”對應支撐的一體化教學新模式。實踐證明，這種模式對營造和創(chuàng)設工程化的學習情境，調動學生學習的主動性及提高工程訓練的教學質量具有較好的推進作用。

參考文獻：

[1]顧佩華等.CDIO在中國：上[J].高等工程教育研究，

2012，（3）.

[2]陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創(chuàng)新的啟示

[J].中國高教研究，2006，（11）.

[3]王旃.基于約束條件的CDIO漸進部署模式研究[J].高

等工程教育研究，2009，（5）.

[4]Edward F.Crawley；Doris R.Brodeur；Diane H. Sode-

rholm.The Education of Future Aeronautical Eng-

ineers：Conceiving，Designing，Implementing and

Operating.J Sci Educ Technol，（2008），17：138-151.[5]李培根.工程教育需要大工程觀[J].高等工程教育研

究，2011，（3）.

[6]教育部.教育部關于實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的

若干意見[Z].教高[2011]1號.

[7]教育部機械基礎課程教學指導委員會金指組.普通高等

學校工程材料及機械制造基礎系列課程教學基本要求

[J].教育部高等學校教學指導委員會通訊，2009，（3）.endprint

（二）從教學目標向訓練大綱的轉化

要把“學習基本工藝知識、鍛煉工程實踐能力、孕育創(chuàng)新精神、培育創(chuàng)新能力、初步建立工程意識”的教學目標落實在具體的教學活動中，必須把教學目標轉化成教學大綱的具體內容，使大綱中的相關內容與教學目標中的每一項要求對應起來，形成與教學目標對應支撐，內容完整的教學大綱，為教學設計和教學實踐提供指導性文件。

例如，要實現(xiàn)“初步建立工程意識”這一目標，在大綱中就要有對應的支撐內容。這部分內容的確定要充分利用工程訓練中心工廠化的運行機制和軟硬件條件，突出工程產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程，把生產(chǎn)過程中的市場調研、產(chǎn)品設計、原材料采購、運輸保管、工藝設計、產(chǎn)品制造與銷售及與此有關的技術、經(jīng)濟、環(huán)境、協(xié)作、競爭、責任、質量等工程意識的基本要素，通過鑄造等每一個訓練項目的展開體現(xiàn)出來，創(chuàng)設營造真實的工程環(huán)境與氛圍。學生在這樣的工程環(huán)境和氛圍中進行實踐訓練，頭腦中會對機械工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與產(chǎn)品的制造過程有一個概括性的認識，形成對工程的綜合性、實踐性和科學性的初步認知。圖1所示為西北農(nóng)林科技大學機械類專業(yè)工程訓練大綱中與“初步建立工程意識”這一教學目標對應的支撐內容。

同樣，針對“學習基本工藝知識”等其他四項教學目標，在確定出其相應的支撐內容后，便可形成結構完整、層次清晰的大綱內容體系。

（三）教學設計的任務

工程訓練教學目標的實現(xiàn)，歸根結底要通過教學設計把大綱內容落實在具體的訓練項目設置和教學活動的規(guī)劃上，并按教學設計的結果——工程訓練實施方案組織教學過程，把教學目標轉化成具體的教學活動。

例如，對教學目標中“初步建立工程意識”這一要求，圖1列出了大綱中對應的支撐內容。教學設計則要進一步把這些支撐內容所依托的訓練項目具體化，形成實現(xiàn)“初步建立工程意識”這一目標的實施方案。圖2就是西北農(nóng)林科技大學在教學實踐中，根據(jù)上述方法，對大綱內容中“質量意識”這一培養(yǎng)要求進行教學設計的具體結果。

圖2 與大綱內容中“質量意識”對應的依托項目和教學活動

同樣的方法，可把大綱中的每一項內容落實在具體的項目中，從而可構成系統(tǒng)完整、層次清晰的工程訓練實施方案。

（四）考核評估機制

面向“卓越計劃”的工程訓練教學模式，應該是一個與時俱進、不斷創(chuàng)新發(fā)展的新模式。在新模式運行過程中，應根據(jù)實施方案制定具體的考核辦法?？己税▽W生訓練效果的考核、對教師工作質量的考核。對教師和學生的考核結果是對工程訓練教學新模式進行評估、改進的重要依據(jù)。西北農(nóng)林科技大學在具體的教學實踐中，建立了與“教學目標—教學大綱—教學活動”教學新模式相對應的考核評估辦法，并對考核結果進行連續(xù)跟蹤分析，以對新教學模式不斷進行改進和完善提高。

工程訓練在學生工程教育中的啟蒙作用，要通過工程訓練教學模式的科學設計和規(guī)范運行來實現(xiàn)。構建面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式，是從工程教育的源頭為“卓越計劃”的目標實現(xiàn)提供保證。西北農(nóng)林科技大學在工程訓練的教學實踐中借鑒CDIO的成功經(jīng)驗與方法，從指導思想、方法和構成要素的建設等方面，對面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式的建立進行了研究和實踐探索，建立了“教學目標—教學大綱—教學活動”對應支撐的一體化教學新模式。實踐證明，這種模式對營造和創(chuàng)設工程化的學習情境，調動學生學習的主動性及提高工程訓練的教學質量具有較好的推進作用。

參考文獻：

[1]顧佩華等.CDIO在中國：上[J].高等工程教育研究，

2012，（3）.

[2]陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創(chuàng)新的啟示

[J].中國高教研究，2006，（11）.

[3]王旃.基于約束條件的CDIO漸進部署模式研究[J].高

等工程教育研究，2009，（5）.

[4]Edward F.Crawley；Doris R.Brodeur；Diane H. Sode-

rholm.The Education of Future Aeronautical Eng-

ineers：Conceiving，Designing，Implementing and

Operating.J Sci Educ Technol，（2008），17：138-151.[5]李培根.工程教育需要大工程觀[J].高等工程教育研

究，2011，（3）.

[6]教育部.教育部關于實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的

若干意見[Z].教高[2011]1號.

[7]教育部機械基礎課程教學指導委員會金指組.普通高等

學校工程材料及機械制造基礎系列課程教學基本要求

[J].教育部高等學校教學指導委員會通訊，2009，（3）.endprint

（二）從教學目標向訓練大綱的轉化

要把“學習基本工藝知識、鍛煉工程實踐能力、孕育創(chuàng)新精神、培育創(chuàng)新能力、初步建立工程意識”的教學目標落實在具體的教學活動中，必須把教學目標轉化成教學大綱的具體內容，使大綱中的相關內容與教學目標中的每一項要求對應起來，形成與教學目標對應支撐，內容完整的教學大綱，為教學設計和教學實踐提供指導性文件。

例如，要實現(xiàn)“初步建立工程意識”這一目標，在大綱中就要有對應的支撐內容。這部分內容的確定要充分利用工程訓練中心工廠化的運行機制和軟硬件條件，突出工程產(chǎn)品的生產(chǎn)全過程，把生產(chǎn)過程中的市場調研、產(chǎn)品設計、原材料采購、運輸保管、工藝設計、產(chǎn)品制造與銷售及與此有關的技術、經(jīng)濟、環(huán)境、協(xié)作、競爭、責任、質量等工程意識的基本要素，通過鑄造等每一個訓練項目的展開體現(xiàn)出來，創(chuàng)設營造真實的工程環(huán)境與氛圍。學生在這樣的工程環(huán)境和氛圍中進行實踐訓練，頭腦中會對機械工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與產(chǎn)品的制造過程有一個概括性的認識，形成對工程的綜合性、實踐性和科學性的初步認知。圖1所示為西北農(nóng)林科技大學機械類專業(yè)工程訓練大綱中與“初步建立工程意識”這一教學目標對應的支撐內容。

同樣，針對“學習基本工藝知識”等其他四項教學目標，在確定出其相應的支撐內容后，便可形成結構完整、層次清晰的大綱內容體系。

（三）教學設計的任務

工程訓練教學目標的實現(xiàn)，歸根結底要通過教學設計把大綱內容落實在具體的訓練項目設置和教學活動的規(guī)劃上，并按教學設計的結果——工程訓練實施方案組織教學過程，把教學目標轉化成具體的教學活動。

例如，對教學目標中“初步建立工程意識”這一要求，圖1列出了大綱中對應的支撐內容。教學設計則要進一步把這些支撐內容所依托的訓練項目具體化，形成實現(xiàn)“初步建立工程意識”這一目標的實施方案。圖2就是西北農(nóng)林科技大學在教學實踐中，根據(jù)上述方法，對大綱內容中“質量意識”這一培養(yǎng)要求進行教學設計的具體結果。

圖2 與大綱內容中“質量意識”對應的依托項目和教學活動

同樣的方法，可把大綱中的每一項內容落實在具體的項目中，從而可構成系統(tǒng)完整、層次清晰的工程訓練實施方案。

（四）考核評估機制

面向“卓越計劃”的工程訓練教學模式，應該是一個與時俱進、不斷創(chuàng)新發(fā)展的新模式。在新模式運行過程中，應根據(jù)實施方案制定具體的考核辦法?？己税▽W生訓練效果的考核、對教師工作質量的考核。對教師和學生的考核結果是對工程訓練教學新模式進行評估、改進的重要依據(jù)。西北農(nóng)林科技大學在具體的教學實踐中，建立了與“教學目標—教學大綱—教學活動”教學新模式相對應的考核評估辦法，并對考核結果進行連續(xù)跟蹤分析，以對新教學模式不斷進行改進和完善提高。

工程訓練在學生工程教育中的啟蒙作用，要通過工程訓練教學模式的科學設計和規(guī)范運行來實現(xiàn)。構建面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式，是從工程教育的源頭為“卓越計劃”的目標實現(xiàn)提供保證。西北農(nóng)林科技大學在工程訓練的教學實踐中借鑒CDIO的成功經(jīng)驗與方法，從指導思想、方法和構成要素的建設等方面，對面向“卓越計劃”的工程訓練教學新模式的建立進行了研究和實踐探索，建立了“教學目標—教學大綱—教學活動”對應支撐的一體化教學新模式。實踐證明，這種模式對營造和創(chuàng)設工程化的學習情境，調動學生學習的主動性及提高工程訓練的教學質量具有較好的推進作用。

參考文獻：

[1]顧佩華等.CDIO在中國：上[J].高等工程教育研究，

2012，（3）.

[2]陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創(chuàng)新的啟示

[J].中國高教研究，2006，（11）.

[3]王旃.基于約束條件的CDIO漸進部署模式研究[J].高

等工程教育研究，2009，（5）.

[4]Edward F.Crawley；Doris R.Brodeur；Diane H. Sode-

rholm.The Education of Future Aeronautical Eng-

ineers：Conceiving，Designing，Implementing and

Operating.J Sci Educ Technol，（2008），17：138-151.[5]李培根.工程教育需要大工程觀[J].高等工程教育研

究，2011，（3）.

[6]教育部.教育部關于實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的

若干意見[Z].教高[2011]1號.

[7]教育部機械基礎課程教學指導委員會金指組.普通高等

學校工程材料及機械制造基礎系列課程教學基本要求

[J].教育部高等學校教學指導委員會通訊，2009，（3）.endprint