大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目CDIO工程教育模式研究與實(shí)踐

秦紅星

(唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目CDIO工程教育模式研究與實(shí)踐

秦紅星

(唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山 063000)

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)以學(xué)生為主體的高校教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目。在項(xiàng)目實(shí)踐中，應(yīng)用CDIO工程教育模式，能使學(xué)生在項(xiàng)目構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行等方面得到鍛煉。實(shí)踐表明，該方法能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和交流，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

CDIO；大學(xué)生；創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是高等院校本科教學(xué)“質(zhì)量工程”的重要組成部分[1-2]。該項(xiàng)目以大學(xué)生為主體，以問題和課題為核心，旨在調(diào)動(dòng)大學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，使其逐漸掌握思考問題、解決問題的方法，全面提升創(chuàng)新實(shí)踐能力。為此，引入CDIO工程教育模式用于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的指導(dǎo)和研究，探索創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的管理模式，從項(xiàng)目構(gòu)思申報(bào)、設(shè)計(jì)計(jì)算、實(shí)物制作、論文撰寫、專利申報(bào)等方面培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)學(xué)習(xí)到自主創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變。

一、CDIO工程教育模式

2000年，由美國麻省理工學(xué)院和瑞典林克平大學(xué)等幾所高校聯(lián)合組成的教育改革研究團(tuán)隊(duì)提出并倡導(dǎo)了一種全新的工程教育模式CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)，它是一種以構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行全過程為載體，以培養(yǎng)大學(xué)生工程實(shí)踐能力為目標(biāo)的工程教育與人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式[3]。

CDIO工程教育模式不同于以往“先教后做”的傳統(tǒng)教育模式，而強(qiáng)調(diào)教師要鼓勵(lì)學(xué)生勤于思考，引導(dǎo)學(xué)生在活動(dòng)中探索，強(qiáng)化學(xué)生的獨(dú)立性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，使學(xué)生在觀察、設(shè)想、提問、試驗(yàn)、表達(dá)和交流中構(gòu)建基本的知識(shí)體系，同時(shí)使學(xué)生在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)氛圍中獲得科學(xué)探究的能力。

CDIO具有國際先進(jìn)性、實(shí)踐可操作性、全面系統(tǒng)性和普遍適應(yīng)性等特點(diǎn)，得到了國際高等工程教育界的肯定。如法國、丹麥等國家的很多高校均參與到CDIO計(jì)劃當(dāng)中，對(duì)該模式進(jìn)行探討并實(shí)踐。國內(nèi)許多高校也相繼開展了CDIO工程教育模式的試點(diǎn)。CDIO符合高等院校工程應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的要求[4]，也很好地契合了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目培養(yǎng)大學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

二、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選題

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目研究題目的確定主要有“被動(dòng)式”和“主動(dòng)式”兩種方式[5]?！氨粍?dòng)式”是由指導(dǎo)教師根據(jù)自身研究方向和課題來設(shè)置項(xiàng)目，再由學(xué)生選報(bào)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是項(xiàng)目與實(shí)際科研結(jié)合緊密，缺點(diǎn)是學(xué)生研究的興趣和積極性可能不高。“主動(dòng)式”是學(xué)生依據(jù)自己的興趣愛好確定項(xiàng)目，再為其配備相關(guān)指導(dǎo)教師，其優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生研究的積極性比較高，缺點(diǎn)是項(xiàng)目的合理性通常較差，與實(shí)際科研結(jié)合可能不夠緊密。

考慮到上述兩種選題方式的優(yōu)缺點(diǎn)，基于CDIO工程教育能力大綱中的“構(gòu)思與工程系統(tǒng)”理論，依據(jù)項(xiàng)目選題的創(chuàng)新性原則，應(yīng)將兩種方法有機(jī)結(jié)合。指導(dǎo)教師在日常教學(xué)中注意尋找和發(fā)現(xiàn)對(duì)創(chuàng)造發(fā)明和科學(xué)研究有濃厚興趣的大二和大三年級(jí)的學(xué)生，引導(dǎo)他們主動(dòng)發(fā)現(xiàn)自己身邊潛在的項(xiàng)目，并就指導(dǎo)教師的研究方向和相關(guān)課題與他們交流，進(jìn)而鼓勵(lì)學(xué)生自主構(gòu)思進(jìn)行選題。這樣既能將教師研究課題的一部分作為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，與實(shí)際科研相結(jié)合，又能帶動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和積極性，讓學(xué)生真正積極主動(dòng)地參與到創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中來。

選題實(shí)際執(zhí)行過程中，指導(dǎo)教師首先要與學(xué)生座談交流，充分了解學(xué)生的興趣愛好、專業(yè)知識(shí)和動(dòng)手能力，結(jié)合教師研究方向和科研課題，討論確定選題范圍。然后，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步主動(dòng)思考和討論，學(xué)生再結(jié)合自身特點(diǎn)在課題范圍內(nèi)自主確定感興趣的1-2個(gè)項(xiàng)目，并最終確定所申報(bào)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的題目。這個(gè)過程中，指導(dǎo)教師需在以下幾個(gè)方面為學(xué)生把關(guān)：①項(xiàng)目是否有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；②項(xiàng)目是否結(jié)合學(xué)生的專業(yè)知識(shí)與實(shí)際能力；③項(xiàng)目是否結(jié)合學(xué)生專業(yè)特點(diǎn)，并考慮到工程應(yīng)用價(jià)值；④項(xiàng)目難度是否適中并具有可實(shí)施性。

整個(gè)項(xiàng)目選定過程中，通過與指導(dǎo)教師溝通，學(xué)生確定項(xiàng)目的基本要求、任務(wù)目標(biāo)和工程意義，對(duì)所選項(xiàng)目的任務(wù)和功能進(jìn)行分析，明確基本思路，提出整體研究內(nèi)容和方案，提升了自主學(xué)習(xí)和知識(shí)運(yùn)用的技能。并且，通過確定各部分功能結(jié)構(gòu)的環(huán)節(jié)，學(xué)生應(yīng)用專業(yè)方法準(zhǔn)確表達(dá)的能力得到培養(yǎng)[6]。

依據(jù)CDIO工程教育模式的“構(gòu)思與工程系統(tǒng)”理論，經(jīng)過學(xué)生的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，這一階段的大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目最終確定的選題有：袖珍型縫紉機(jī)、MINI四輪車、載重汽車電磁輔助剎車系統(tǒng)和陀螺儀車輛座椅等7項(xiàng)。袖珍型縫紉機(jī)項(xiàng)目是由團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)自身實(shí)際，經(jīng)過構(gòu)思確定的項(xiàng)目選題。團(tuán)隊(duì)成員平時(shí)酷愛籃球運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)服經(jīng)常出現(xiàn)刮破撕裂的情況，而自己又不會(huì)縫補(bǔ)，于是將研究縫衣裝置的想法與指導(dǎo)老師進(jìn)行溝通，經(jīng)過近一周的研究討論，最終選擇確定了袖珍型縫紉機(jī)這個(gè)項(xiàng)目。MINI四輪車項(xiàng)目在題目申報(bào)伊始，小組成員就和指導(dǎo)教師探討關(guān)于自行車的問題，深入剖析目前市面上的二輪自行車存在的缺點(diǎn)，根據(jù)其不便于攜帶和不易于學(xué)習(xí)等問題，確定了研究適用于廣泛人群，尤其是方便小孩和老人騎行的小型四輪自行車——MINI四輪車。

三、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施

在項(xiàng)目具體設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，以學(xué)生為主體，以創(chuàng)新為原則，創(chuàng)造條件為學(xué)生打造創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維、科研水平的提高和發(fā)展。

指導(dǎo)教師要注重培養(yǎng)學(xué)生的“項(xiàng)目實(shí)施”能力。在項(xiàng)目研究伊始，組織各個(gè)項(xiàng)目組開展座談，指導(dǎo)教師和學(xué)生共同對(duì)項(xiàng)目的研究目標(biāo)和任務(wù)進(jìn)行分解，學(xué)生自主地進(jìn)行文獻(xiàn)資料查閱，獨(dú)立完成研究設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。指導(dǎo)教師在項(xiàng)目實(shí)施的過程中只給學(xué)生提供一些指導(dǎo)性的建議，引導(dǎo)學(xué)生大膽創(chuàng)新，敢想敢做，善于質(zhì)疑。同時(shí)注意挖掘和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生真正成為研究的主體，從而培養(yǎng)CDIO工程教育能力大綱所規(guī)定的“項(xiàng)目實(shí)施”能力[7-9]。

指導(dǎo)教師要特別重視培養(yǎng)學(xué)生的“實(shí)施和運(yùn)行”能力。作為研究主體的學(xué)生，更應(yīng)該注重項(xiàng)目實(shí)施過程的管理。不僅從項(xiàng)目申報(bào)、中期檢查和終期結(jié)題來開展項(xiàng)目管理，而且更要對(duì)項(xiàng)目的計(jì)劃、進(jìn)度等進(jìn)行管控，從而培養(yǎng)CDIO“實(shí)施和運(yùn)行”的能力，對(duì)此教師要給與定期指導(dǎo)和檢查[10-12]。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成后，學(xué)生以實(shí)驗(yàn)報(bào)告、論文、專利等形式提交研究成果。通過查閱文獻(xiàn)、撰寫科技論文，學(xué)生的總結(jié)歸納能力、文字表達(dá)和語言組織能力得到培養(yǎng)[13]。

在項(xiàng)目實(shí)施過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和協(xié)作精神。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中各位成員既有分工又有合作，遇到問題經(jīng)常開展交流座談，共同商量解決方法，這樣學(xué)生在研究交流過程中互相取長補(bǔ)短，在團(tuán)隊(duì)協(xié)作和人際交流方面得到鍛煉。

以我們所指導(dǎo)的7個(gè)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為例，指導(dǎo)教師給予學(xué)生充分的選擇權(quán)和自主權(quán)，鍛煉學(xué)生自主研究和自主管理的能力，從而培養(yǎng)CDIO工程教育能力大綱中“項(xiàng)目實(shí)施”的能力。具體主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，自主研究。學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)資料，自主制定研究計(jì)劃，獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)研究、試制實(shí)驗(yàn)實(shí)物，撰寫論文等相關(guān)文件資料，真正成為實(shí)驗(yàn)研究的主體[14]。第二，自主管理。學(xué)生根據(jù)專業(yè)和特長組建項(xiàng)目研究團(tuán)隊(duì)，獨(dú)立管理項(xiàng)目的實(shí)施、安排研究的時(shí)間和場(chǎng)地，合作精神和團(tuán)隊(duì)意識(shí)得到培養(yǎng)。載重汽車電磁輔助剎車系統(tǒng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在課余時(shí)間深入汽車修理廠，通過與汽修師傅溝通交流，研究載重汽車的剎車結(jié)構(gòu)及原理，剖析機(jī)械剎車失靈的緣由，查找相關(guān)資料，自主確定電磁剎車系統(tǒng)的方案，并獨(dú)立進(jìn)行試驗(yàn)。陀螺儀車輛座椅項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)成員的各自特點(diǎn)和特長進(jìn)行了具體的分工，并制定了詳細(xì)的工作計(jì)劃，小組成員獨(dú)立采購實(shí)驗(yàn)材料，自主開展實(shí)驗(yàn)研究，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)分解并組織工作小結(jié)座談會(huì)，且及時(shí)向指導(dǎo)教師匯報(bào)研究進(jìn)展。通過自主研究和管理，學(xué)生初步具備了CDIO工程教育能力大綱所要求的“學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、協(xié)作能力、交流能力和大系統(tǒng)掌控能力”。

四、項(xiàng)目實(shí)施的成效

經(jīng)過三年多的探索和實(shí)踐，運(yùn)用CDIO工程教育模式指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展和實(shí)施，取得了良好的效果。

(一)提高了學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)

通過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目CDIO工程教育模式的實(shí)施，學(xué)生受到了較為系統(tǒng)的工程和科研訓(xùn)練，受益面達(dá)到本科學(xué)生的60%以上。該模式有效地推動(dòng)了大學(xué)生在工程實(shí)踐能力方面的學(xué)習(xí)、研究和交流，同時(shí)滿足了本科生自主學(xué)習(xí)及創(chuàng)新的需求，為提高本科教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才發(fā)揮了積極作用。

(二)取得了顯著的研究成果

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目CDIO工程教育模式的實(shí)施，增強(qiáng)了學(xué)生參與科研項(xiàng)目的積極性，學(xué)生在全國3D大賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等各類專業(yè)競賽中獲得榮譽(yù)和褒獎(jiǎng)，撰寫并發(fā)表了多篇科學(xué)研究論文，有些項(xiàng)目已獲得實(shí)用新型專利授權(quán)，取得了較高水平的研究成果。

(三)培養(yǎng)了一批創(chuàng)新性優(yōu)秀人才

3年來，參加過CDIO工程教育模式創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的畢業(yè)生中，有的考取了知名高校的研究生繼續(xù)深造，有的到大中型企業(yè)就業(yè)。經(jīng)過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的鍛煉，這些學(xué)生具備了較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力，受到了所在校企的普遍好評(píng)。

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目CDIO工程教育模式的開展和實(shí)施，為大學(xué)生創(chuàng)造了良好的科研創(chuàng)新學(xué)術(shù)氛圍，產(chǎn)生了良好的教學(xué)和科研效應(yīng)。參加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)生既鍛煉了實(shí)踐能力，又提高了科研能力，極大地提升了創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，同時(shí)也增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中收獲了喜悅和成果，為將來的學(xué)習(xí)和工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

五、結(jié)語

CDIO作為一種新型人才培養(yǎng)模式，在教學(xué)實(shí)踐中已經(jīng)顯示出強(qiáng)大的生命力。通過對(duì)CDIO工程教育模式進(jìn)行研究，探索大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的CDIO模式，并在其他大學(xué)生科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中加以推廣，既能提高大學(xué)生的工程素質(zhì)，又能培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力[15]，最終將對(duì)提高本科教學(xué)水平和培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才發(fā)揮積極作用。

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(責(zé)任編校：白麗娟)

Research and Practice of Educational Model of CDIO——a University Students Innovation Program

QIN Hong-xing

(Department of Electrical and Mechanical Engineering， Tangshan College， Tangshan 063000， China)

University students innovation is a student-centered college teaching project. In the practice of the project， it is advisable to apply CDIO to train students in project conceptualization， design， implementation and operation. The results shows that this method can encourage students’ initiative， promote students’ active learning and communication， cultivate students’ creative thinking and practical ability， and improve the comprehensive quality of students.

CDIO； university students； innovation program

G642.0

A

1672-349X(2015)02-0106-03

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2015.02.029