應(yīng)用型高校機(jī)械本科專業(yè)教學(xué)改革探索

銀光球　張福江　羅敏峰

[摘 要]CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果，也是我國高等工程教育改革的方向。應(yīng)用型高校根據(jù)“厚基礎(chǔ)，強(qiáng)能力”的人才培養(yǎng)目標(biāo)和以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的CDIO工程教育模式，結(jié)合機(jī)械本科專業(yè)的教學(xué)特點和對畢業(yè)生的能力要求，構(gòu)建了M-CDIO項目教學(xué)體系。M-CDIO項目教學(xué)體系不僅系統(tǒng)地解決了學(xué)生重知識學(xué)習(xí)、輕知識運用的問題，而且學(xué)生通過做“項目”、“微項目”對專業(yè)知識認(rèn)識得到了深化，進(jìn)而固化為自身的能力。

[關(guān)鍵詞]M-CDIO項目教學(xué)體系；工程教育；應(yīng)用型高校

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）07-0038-04

“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”是現(xiàn)時代的鮮明主題，創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新離不開扎實的工科基礎(chǔ)，高等工程教育則為創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新提供理論基礎(chǔ)和人才儲備。我國工程教育規(guī)模世界第一，但還遠(yuǎn)不是工程教育的強(qiáng)國。[1]

縱觀工程教育的發(fā)展，理論與實踐始終是一對矛盾。在工程教育過程中，以科學(xué)理論教學(xué)為主，還是以工程實踐教學(xué)為主，抑或兩者并重，一直是工程教育界爭論的焦點。[2]工程教育的發(fā)展，大致經(jīng)歷了從早期的工程實踐為主、科學(xué)理論為輔，到現(xiàn)代的科學(xué)理論主導(dǎo)、工程實踐削弱?，F(xiàn)代以科學(xué)理論為主導(dǎo)的工程教學(xué)模式，使得從過去實踐中抽象出來的概念和基本理論遠(yuǎn)離了當(dāng)今的工程實踐，工科教育、學(xué)習(xí)變成了智力游戲，偏離了工科教育創(chuàng)造性和實踐性的基本特征。因此，工科教育培養(yǎng)出來的學(xué)生科學(xué)理論較強(qiáng)，但動手能力差，人際交流、團(tuán)隊協(xié)作能力不夠，難以滿足現(xiàn)代企業(yè)對人才的要求。因此，我國存在著這樣一種奇怪的現(xiàn)象：一邊是求才若渴的企業(yè)，一邊是大量畢業(yè)即失業(yè)的大學(xué)生。[3]

為了實現(xiàn)“中國制造2025”目標(biāo)，把我國從制造大國轉(zhuǎn)變成為制造強(qiáng)國，也為了滿足現(xiàn)代企業(yè)對人才的要求，我國的工科課程教育必須改革。目前，我國工程教育體系仍然是以德國教育家赫爾巴特于200多年前提出并創(chuàng)建的“教師中心、教材中心、課堂中心”的教育體系為主。[4]這種教育體系歸根到底是以知識為中心，而不是以能力為中心的教學(xué)體系，把工科課程的基礎(chǔ)知識和基本技能糅合在解題訓(xùn)練中，以培養(yǎng)善于考試的人才為目標(biāo)。這樣培養(yǎng)出來的工程人才是難以滿足我國現(xiàn)代化工程建設(shè)的要求的，存在大學(xué)生畢業(yè)即失業(yè)的現(xiàn)象也就不足為怪了，關(guān)鍵是我們教育工作者要如何改變這一現(xiàn)狀。

近年來，國際工程教育改革的最新成果——CDIO工程教育培養(yǎng)模式，為我國的工程教育改革帶來了一線曙光。它以現(xiàn)代企業(yè)對人才能力需求為導(dǎo)向，在傳授工程知識和技能的基礎(chǔ)上，將企業(yè)項目的運作模式引入學(xué)生培養(yǎng)中，有針對性地培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力，以滿足現(xiàn)代企業(yè)對人才能力的要求。

一、CDIO工程教育模式與機(jī)械本科專業(yè)教學(xué)的嵌合

（一）CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是由美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家理工學(xué)院等四所大學(xué)組成的工程教育改革團(tuán)隊提出、并持續(xù)發(fā)展和倡導(dǎo)的全新工程教育理念。[5]它將工科畢業(yè)生的能力分為工程理論知識、個人能力、人際交流與團(tuán)隊協(xié)作能力和企業(yè)工程系統(tǒng)運作能力四個層面，涵蓋17種不同的主要能力，在執(zhí)行操作層面細(xì)分為更具體的73種不同的技能。這種工程教育模式符合應(yīng)用型技術(shù)大學(xué)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，易于量化考核和評價。國外高等工科院校的實踐證明[5]：實施CDIO工程教育模式的學(xué)校，這四個層面得到充分培養(yǎng)和訓(xùn)練的工科學(xué)生，就業(yè)前景被普遍看好，大都供職于大型的跨國公司。

（二）機(jī)械本科專業(yè)的CDIO項目教學(xué)體系

以“厚基礎(chǔ)，強(qiáng)能力”為人才培養(yǎng)目標(biāo)的應(yīng)用型本科大學(xué)，更重視學(xué)生工程能力的培養(yǎng)。CDIO工程教育模式的實施必須與專業(yè)教學(xué)內(nèi)容深度融合，賦予它新的內(nèi)涵與特色。圖1是機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)過程與CDIO工程教育有效結(jié)合的途徑。

從圖1可以明確，CDIO工程教育模式與機(jī)械工程領(lǐng)域相結(jié)合的契機(jī)在于：機(jī)械領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)的四個環(huán)節(jié)與CDIO工程教育的四個階段不謀而合。這樣，在機(jī)械本科專業(yè)的教學(xué)中，以CDIO工程教育模式為綱領(lǐng)，以機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，以學(xué)生為中心，以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以“項目”、“微項目”為手段，將機(jī)械領(lǐng)域的基本知識和基礎(chǔ)理論糅合在“項目”、“微項目”的方案原理構(gòu)思，裝配圖、零件圖設(shè)計，零件制作實施和產(chǎn)品銷售、售后四個階段中，賦予CDIO工程教育模式中構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作四個階段新的內(nèi)涵，實現(xiàn)CDIO工程教育模式與機(jī)械領(lǐng)域教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，形成了機(jī)械工程領(lǐng)域的CDIO（Mechanical CDIO，簡稱M-CDIO）項目教學(xué)體系，并具有以下特征：

1.良好的工程能力培養(yǎng)。在M-CDIO項目教學(xué)體系中，隨著糅合了機(jī)械領(lǐng)域的基本知識和基礎(chǔ)理論的“項目”、“微項目”實施，學(xué)生的工程理論知識、個人能力、人際交流與團(tuán)隊協(xié)作能力和企業(yè)工程系統(tǒng)運作能力四個層面都得到了全面、系統(tǒng)、具體的訓(xùn)練，培育滿足現(xiàn)代社會和現(xiàn)代工程需要的、具有較強(qiáng)工程能力的工程技能型人才，符合我國應(yīng)用型高校的辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)。

2.“情境式”、“體驗式”學(xué)習(xí)工程理論知識的環(huán)境。在M-CDIO項目教學(xué)體系中，學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，通過相互分工、協(xié)作完成“項目”、“微項目”的形式學(xué)習(xí)機(jī)械領(lǐng)域基本知識和基礎(chǔ)理論，改變了傳統(tǒng)以“記憶、考試、拿證”為目的的工程理論知識學(xué)習(xí)模式，為學(xué)生提供了“在學(xué)中用，在用中學(xué)”的情境，實現(xiàn)理論與實踐的有機(jī)聯(lián)系和良性互動，使知識從實踐中來，又回到實踐中去，符合哲學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)識實踐觀。

3.“學(xué)生中心，教師主導(dǎo)”的授課模式。在M-CDIO項目教學(xué)體系中，需以學(xué)生為中心，以“項目”、“微項目”為抓手，針對機(jī)械工程專業(yè)每門課程的特點，設(shè)置若干個糅合了課程的基礎(chǔ)知識和基本技能不同的“項目”、“微項目”。課程的學(xué)習(xí)，先通過教師授課，講解本課程的基本概念、知識點，然后讓學(xué)生完成這些“項目”、“微項目”來再現(xiàn)、鞏固課程知識，使一些抽象的概念具體化，使過去從實踐中抽象而獲得的知識、理論重新回到工程實踐中指導(dǎo)實踐；學(xué)生在實踐中主動、積極地學(xué)習(xí)課程知識。

二、M-CDIO項目教學(xué)體系在機(jī)械工程本科專業(yè)的實施過程

機(jī)械系統(tǒng)一般由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)等組成，機(jī)械專業(yè)本科畢業(yè)生應(yīng)該具備根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能，能夠獨立地完成機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計、制造和運作的基本能力，為社會、企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)高效、物美價廉的機(jī)械產(chǎn)品。如果將機(jī)械系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)的完整呈現(xiàn)看作是一個大“項目”，則系統(tǒng)中的子系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)可以看作是一個“微項目”。

M-CDIO項目教學(xué)體系的實施，關(guān)鍵在于對“項目”、“微項目”的具體落實和完成，大致要經(jīng)過以下過程：

（一）“項目”總體方案原理設(shè)計

根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的功能要求，確定機(jī)械系統(tǒng)的基本工作原理，進(jìn)而獲得完成該功能的技術(shù)系統(tǒng)，確定總體的主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)布局設(shè)計，形成機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計圖和結(jié)構(gòu)布局圖，同時編寫總體設(shè)計報告及技術(shù)說明書，為“項目”的順利實施和完成奠定基礎(chǔ)。

（二）“微項目”方案原理設(shè)計

根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的組成，設(shè)計實現(xiàn)各個子系統(tǒng)功能的方案原理，確定實現(xiàn)各個功能的具體機(jī)構(gòu)，形成機(jī)構(gòu)原理圖，編寫“微項目”方案設(shè)計報告及技術(shù)說明書。比如原動機(jī)采用電動機(jī)還是內(nèi)燃機(jī)，傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)采用什么樣的機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，是集中驅(qū)動還是分散驅(qū)動等?！拔㈨椖俊钡墓δ茉砼c結(jié)構(gòu)設(shè)計服務(wù)于“項目”的總體功能，受“項目”的總體結(jié)構(gòu)布局約束。

（三）“項目”、“微項目”的工程圖設(shè)計

根據(jù)前面二步形成的圖紙和設(shè)計報告，對“項目”、“微項目”進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，最終得到“項目”、“微項目”的總裝配圖、子裝配圖和零件圖及設(shè)計技術(shù)說明書等資料。

（四）“項目”、“微項目”制造工藝、工裝設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)有的制造工藝水平和設(shè)計的技術(shù)要求，設(shè)計零件的制造工藝和裝配工藝以及相應(yīng)的工裝夾具。形成“項目”、“微項目”完整的制造工藝過程，并編寫制造工藝規(guī)程及技術(shù)文件，比如繪制工序圖、制定工序卡、確定切削參數(shù)等。最終得到能完成預(yù)定功能的機(jī)械產(chǎn)品。

（五）“項目”、“微項目”過程管理與運作

由于團(tuán)隊的分工和協(xié)作，上述過程離不開“項目”、“微項目”的過程管理與運作。過程管理與運作可以使“項目”、“微項目”按順序、有步驟、有目的地齊頭并進(jìn)，而不至于出現(xiàn)“短腿”現(xiàn)象，縮短“項目”、“微項目”進(jìn)程。同時，過程管理與運作還與機(jī)械產(chǎn)品后期的營銷與售后服務(wù)等業(yè)務(wù)流程有關(guān)，也與學(xué)生個人的組織、溝通、交流與協(xié)作能力息息相關(guān)。

上述過程中，第一、二步為“項目”的方案設(shè)計階段，屬于M-CDIO項目教學(xué)體系中的C階段，即構(gòu)思階段；第三步為“項目”的圖紙結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，屬于M-CDIO項目教學(xué)體系中的D階段，即設(shè)計階段；第四步為“項目”的生產(chǎn)制造階段，屬于M-CDIO項目教學(xué)體系中的I階段，即實施階段；第五步為“項目”的過程管理、營銷與售后服務(wù)階段，屬于M-CDIO項目教學(xué)體系中的O階段，即運作階段。

在M-CDIO項目教學(xué)體系中，隨著糅合了機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本技能的一系列“項目”、“微項目”的實施和完成，學(xué)生不僅在工程理論知識、個人能力、人際交流與團(tuán)隊協(xié)作能力和企業(yè)工程系統(tǒng)運作能力四個層面都得到了全面、系統(tǒng)、具體的訓(xùn)練，而且熟悉了“項目”、“微項目”的操作流程，模擬企業(yè)項目的運作過程，使學(xué)生畢業(yè)后能更好地了解和融入企業(yè)，找到理想的工作。圖2表示了M-CDIO項目教學(xué)體系中知識、項目實踐和個人工程能力之間的關(guān)系。

由圖2可知，在M-CDIO項目教學(xué)體系中，基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識通過M-CDIO項目實踐訓(xùn)練轉(zhuǎn)化為工科畢業(yè)生的四種能力；反之，工科畢業(yè)生要達(dá)到這四種能力，需要經(jīng)過相應(yīng)的M-CDIO項目實踐訓(xùn)練，而要完成實踐，必須學(xué)習(xí)相應(yīng)的專業(yè)知識和基礎(chǔ)知識。這符合哲學(xué)的認(rèn)識實踐觀：知識來源于實踐，并高于實踐，指導(dǎo)實踐，接受實踐的檢驗。

三、以M-CDIO項目教學(xué)體系引領(lǐng)機(jī)械本科專業(yè)的課程教學(xué)改革

針對我國機(jī)械本科專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題，結(jié)合CDIO教育理念，為貫徹應(yīng)用型高?！昂窕A(chǔ)，強(qiáng)能力”的人才培養(yǎng)目標(biāo)，在機(jī)械本科專業(yè)實施M-CDIO項目教學(xué)體系。在具體落實M-CDIO過程中，必須思考和解決好以下幾個問題。

（一）解放教師思想，轉(zhuǎn)變教育觀念

目前，我國大部分高校的工程教育體系仍然還是沿襲德國教育家赫爾巴特于200多年前提出并創(chuàng)建的教師中心、教材中心、課堂中心”的教育體系，體現(xiàn)在以記憶、考試、拿證為目的的工程理論知識學(xué)習(xí)模式，常常以分?jǐn)?shù)論英雄。畢業(yè)生難以滿足現(xiàn)代企業(yè)對人才的要求，造成很多畢業(yè)生一畢業(yè)就失業(yè)的現(xiàn)象。因此，在教育思想和教育觀念上，必須解放教師思想，牢固樹立“大工程觀”意識，以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，明確工程能力培養(yǎng)在工科人才培養(yǎng)中的地位與作用，體現(xiàn)應(yīng)用型本科院校的特色。結(jié)合以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的M-CDIO教學(xué)大綱，實現(xiàn)四個教育大轉(zhuǎn)變：一是專業(yè)對口教育向基本素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變，二是注重知識傳授向重視學(xué)生能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)變，三是注重共性教育向注重個性發(fā)展、因材施教轉(zhuǎn)變，四是注重學(xué)科知識系統(tǒng)性向重視學(xué)科工程綜合性轉(zhuǎn)變。[6]通過教育觀念的改變，為工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供新的知識體系、能力結(jié)構(gòu)和思想指導(dǎo)。

（二）修改專業(yè)培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，增加工程知識與技能培養(yǎng)

專業(yè)培養(yǎng)方案是學(xué)校教學(xué)，學(xué)生選課、修課的依據(jù)。M-CDIO培養(yǎng)大綱將工科畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面。國外高等工科院校的實踐證明[5]，這四個方面得到充分培養(yǎng)和訓(xùn)練的工科學(xué)生，就業(yè)前景普遍看好，大都供職于大型的跨國公司。而國內(nèi)傳統(tǒng)的工科專業(yè)培養(yǎng)方案基本上是以知識傳承為基礎(chǔ)，對實踐、動手和創(chuàng)新能力強(qiáng)調(diào)不足，更沒有全面的工程實際的實踐環(huán)境，難以滿足現(xiàn)代企業(yè)對人才的需求。因此，需要修改工科專業(yè)的培養(yǎng)方案，在保證工程基礎(chǔ)知識傳承的前提下，增加對工科學(xué)生個人能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和產(chǎn)品企業(yè)運作能力的培養(yǎng)，實現(xiàn)“供給側(cè)改革”，滿足現(xiàn)代企業(yè)對人才的需求。

（三）改變考核方式，探索科學(xué)評價體系

考核獎勵方式歷來是學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和指揮棒，為了實現(xiàn)以能力培養(yǎng)為中心的學(xué)習(xí)模式，必須打破以書面考試論成敗，以分?jǐn)?shù)論英雄傳統(tǒng)考核方式，建立多樣性的考核方式，比如采用創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃、組隊完成小項目、研究小論文、設(shè)計型大作業(yè)、綜合型課程設(shè)計、科技創(chuàng)新等多種形式相結(jié)合的考核方式。目的在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，鼓勵學(xué)生的個性發(fā)展，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識、創(chuàng)造能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

（四）編寫基于M-CDIO項目教學(xué)體系的教材

目前，機(jī)械工程專業(yè)本科教材缺乏基于CDIO工程教育模式的教材，教材編寫也是以知識為中心，而不是以能力為中心來建設(shè)，教材死板、教條而且乏味，實例少，學(xué)生看得索然無味。隨著M-CDIO項目教學(xué)體系的提出，急需一批機(jī)械類的、適合推行M-CDIO項目教學(xué)體系的教材。該類教材的編寫必須以CDIO工程教育模式為綱領(lǐng)，以機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，將機(jī)械本科專業(yè)的專業(yè)基本知識和技能糅合在“項目”、“微項目”中，學(xué)生通過相互分工、協(xié)作完成“項目”、“微項目”的形式學(xué)習(xí)機(jī)械領(lǐng)域基本知識和基礎(chǔ)理論，使學(xué)生“在學(xué)中用、在用中學(xué)”，錘煉學(xué)生的工程實踐能力。教材編寫要以能力為中心，教材生動、活潑而且有趣，實例多，學(xué)生就愿意看、愛看。因此，如何將我國目前工程教育以知識為中心的教材轉(zhuǎn)換成以能力為中心的教材，是我們工程教育者迫切需要解決的問題。

四、總結(jié)

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果，也是我國高等工程教育改革的方向。M-CDIO項目教學(xué)體系是以CDIO工程教育模式為綱領(lǐng)，以機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，以學(xué)生為中心，以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以“項目”、“微項目”為手段，將機(jī)械領(lǐng)域的基本知識和基礎(chǔ)理論糅合在“項目”、“微項目”的方案原理構(gòu)思，裝配圖、零件圖設(shè)計，零件制作實施和產(chǎn)品銷售、售后四個階段中，賦予CDIO工程教育模式中構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作四個階段新的內(nèi)涵，實現(xiàn)CDIO工程教育模式與機(jī)械領(lǐng)域教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。

M-CDIO項目教學(xué)體系不僅系統(tǒng)地解決了學(xué)生重知識學(xué)習(xí)，輕知識運用的問題，而且學(xué)生通過做“項目”、“微項目”對專業(yè)知識認(rèn)識得到了深化，進(jìn)而固化為學(xué)生的能力，符合應(yīng)用型高校“厚基礎(chǔ)，強(qiáng)能力”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。因此，M-CDIO項目教學(xué)體系將成為應(yīng)用型本科高校教學(xué)改革的方向之一。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 朱高峰，中國工程教育的現(xiàn)狀與展望[J].清華大學(xué)教育研究， 2015（2）：13-20.

[2] 李曼麗.用歷史解讀CDIO及其應(yīng)用前景[J].清華大學(xué)教育研究， 2008（10）：78-87.

[3] 猛桂云，鄧曉丹，大學(xué)生失業(yè)原因透析與市場化就業(yè)取向[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2007（6）：97-99.

[4] 李國倉，論高等教育人才培養(yǎng)的“一個中心”和“兩個基本點”[J].中國高等教育，2015（2）：54-58，63.

[5] Edward F. Crawley， Johan Malmquist， Rethinking Engineering Education： the CDIO Approach[M].Springer science & business media， 2007.

[6] 包秋燕.基于CDIO理念探討大學(xué)生現(xiàn)代工程意識培養(yǎng)[J].福建工程學(xué)院學(xué)報， 2008（10）：451-454.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]