基于CDIO教育模式的工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

魏海蕊

摘 要：在分析CDIO教育模式的核心理念與要素，以及當(dāng)今社會對工業(yè)工程人才現(xiàn)實(shí)需求基礎(chǔ)上，針對工業(yè)工程專業(yè)特點(diǎn)與人才培養(yǎng)目標(biāo)，調(diào)研了當(dāng)前工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上，以實(shí)驗(yàn)服務(wù)于實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)致力于提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力為根本宗旨，有針對性的提出了工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革若干建議與措施，為工業(yè)工程專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)創(chuàng)新實(shí)踐性人才提供有意義的參考。

關(guān)鍵詞：CDIO;工業(yè)工程;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）19-0130-03

Abstract： Based on the analysis of the core concepts and elements of CDIO education model and the realistic demands for Industrial Engineering （IE） talents in today's society， and in view of the characteristics and training objectives of IE， this paper investigates the current situations of experimental teaching in IE. On this basis， the fundamental purpose of the experiment is to serve practice and strive to improve the ability to solve practical problems. Some suggestions and measures for experimental teaching reform of industrial engineering major are put forward， which can provide meaningful reference for training innovative and practical talents of industrial engineering major.

Keyword： CDIO; industrial engineering; experimentteaching

引言

當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)全球化深度發(fā)展下各個(gè)國家之間的合作與競爭愈加激烈，國家之間競爭的加劇帶來技術(shù)壁壘與人才壁壘的設(shè)置更加嚴(yán)峻，但是面對這樣的經(jīng)濟(jì)政治形勢，任何一個(gè)企業(yè)與個(gè)人都與全球化經(jīng)濟(jì)存在著更加息息相關(guān)的聯(lián)系。全球經(jīng)濟(jì)形勢的變革也對我國高等教育產(chǎn)生著巨大的影響，因?yàn)槠髽I(yè)必需順應(yīng)社會的發(fā)展，人才必須符合社會與企業(yè)的需要，所以人才的培養(yǎng)必須融入到全球化經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展大環(huán)境之下，順應(yīng)當(dāng)前的社會時(shí)代潮流與趨勢。

CDIO教育模式是近年來國際工程教育改革的重要成果，是注重工程人才培養(yǎng)中的實(shí)踐與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力培養(yǎng)，注重開拓創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新的工程教育模式。工業(yè)工程專業(yè)是管理科學(xué)與工程學(xué)的交叉學(xué)科，屬于應(yīng)用性與實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科，兼具工程技術(shù)與管理技術(shù)的雙重屬性[1]，但在當(dāng)前工業(yè)工程人才的培養(yǎng)過程中卻存在我國國內(nèi)高校工程人才培養(yǎng)的突出問題：重理論輕實(shí)踐、培養(yǎng)具有創(chuàng)新實(shí)踐能力與較高綜合素質(zhì)的綜合性工程人才存在挑戰(zhàn)[2]。因此，吸收分析與理解國際先進(jìn)的教育改革模式，嘗試探索與改革國內(nèi)的教育模式，以期適應(yīng)全球化深度融合背景下社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對工業(yè)工程人才的需求迫在眉睫。

一、CDIO教育模式

CDIO工程教育模式是國際高等工科教育的一種創(chuàng)新模式。最早麻省理工學(xué)院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、瑞典皇家工學(xué)院四所大學(xué)組成的跨國研究在Knut and Alice Wallenberg基金會的巨額資助下探索創(chuàng)立的新型教育模式，其創(chuàng)始人Edward Crawley因此于2010年榮獲“工程界的諾貝爾獎”美國工程院“戈登獎”[3]。CDIO的英文全稱是Conceive-Design-Implement-Operate，即構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行，是以產(chǎn)品或系統(tǒng)從創(chuàng)造到運(yùn)行整個(gè)生命周期為載體，讓學(xué)生在全生命周期中以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程的教育模式[4]。

CDIO教育理念：CDIO強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，志愿于為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實(shí)世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行（CDIO）過程的背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育。CDIO強(qiáng)調(diào)集成化與綜合性，主張利用高等學(xué)校學(xué)科齊全、學(xué)習(xí)資源豐富的條件，在大學(xué)學(xué)習(xí)階段以盡可能接近工程實(shí)踐與企業(yè)系統(tǒng)需要的綜合性項(xiàng)目為載體，基于“項(xiàng)目的教育與學(xué)習(xí)”手段[5，6]，實(shí)現(xiàn)學(xué)生將工程基礎(chǔ)知識、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)方面能力的提升與融會貫通，培養(yǎng)具備科學(xué)性、系統(tǒng)性與先進(jìn)性統(tǒng)一的綜合素質(zhì)卓越的工程人才。

二、工業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀與分析

為深入了解工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，有針對性的分析問題與重點(diǎn)研究，我們按照CDIO的理念與教學(xué)大綱要求設(shè)計(jì)了關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的調(diào)查問卷，重點(diǎn)關(guān)注了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程設(shè)計(jì)中的設(shè)置情況、時(shí)間安排、選材形式、內(nèi)容等方面，并以上海理工大學(xué)工業(yè)工程本科生與研究生的部分學(xué)生為調(diào)研對象進(jìn)行了調(diào)研，值得注意的是CDIO強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生能力為核心目標(biāo)的教育模式，在本問卷的問題設(shè)置中也主要從學(xué)生的感受與感知等方面進(jìn)行了設(shè)置。總結(jié)出當(dāng)前工業(yè)工程專業(yè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在的現(xiàn)狀特征：

（一）工業(yè)工程專業(yè)課程中實(shí)驗(yàn)課時(shí)設(shè)置占比較低，不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求

問卷設(shè)置了工業(yè)工程專業(yè)課程教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置情況的調(diào)研。從學(xué)生需求與感知的角度設(shè)置了四個(gè)層次的答案，分別為實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置充足、實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置較多、實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置一般、實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置較少。調(diào)查結(jié)果表明，40%的學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置較少，50%的學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置一般，沒有學(xué)生認(rèn)為工業(yè)工程專業(yè)課程中的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置是充分充足的，數(shù)據(jù)結(jié)果如圖1所示。研究結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程教學(xué)中的課時(shí)占比較低，與學(xué)生的學(xué)習(xí)需求存在較大差距。

（二）實(shí)驗(yàn)課程的安排時(shí)間對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)作用薄弱

實(shí)驗(yàn)課程的安排時(shí)間對于知識的掌握、理解與應(yīng)用非常重要。通常情況下，在教學(xué)內(nèi)容開始之前設(shè)置相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程，可以讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)過程有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并給了學(xué)生試錯的機(jī)會，通常會有一系列的問題產(chǎn)生，這樣在下一步的專業(yè)課堂教學(xué)中就可以帶著問題去聽課，從而有助于課堂上讓學(xué)生更認(rèn)真的聽課;而安排于課堂知識教學(xué)之后的實(shí)驗(yàn)更主要的功能是對學(xué)習(xí)知識的鞏固與應(yīng)用，在引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面的作用會有所削弱;課前與課后均安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)，把課前實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)和課后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)匯集，形成相得益彰的學(xué)習(xí)效果。而根據(jù)我們的調(diào)研，當(dāng)前學(xué)習(xí)中85%以上的實(shí)驗(yàn)是安排在課堂知識學(xué)習(xí)之后，僅安排在課堂知識講授之前的沒有，課堂知識講授前后均安排實(shí)驗(yàn)的不足15%。

（三）實(shí)驗(yàn)選題內(nèi)容中學(xué)生參與設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)比例較低

CDIO強(qiáng)調(diào)以項(xiàng)目為手段的實(shí)踐教學(xué)，強(qiáng)調(diào)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行的全過程中學(xué)生主動地、實(shí)踐地、協(xié)作地完成。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容選題方式直接影響了學(xué)生的參與性、創(chuàng)新性與積極性，課堂實(shí)驗(yàn)不只是為了驗(yàn)證與鞏固課堂的知識，而是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中真正理解知識，靈活地運(yùn)用知識，并培養(yǎng)基于現(xiàn)有知識的創(chuàng)造性與創(chuàng)新性能力。實(shí)驗(yàn)課的選題方法一般分為三種：理論課課本中的實(shí)驗(yàn);學(xué)生自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn);根據(jù)課本實(shí)驗(yàn)改造的實(shí)驗(yàn)。通過調(diào)查我們得知，20%的實(shí)驗(yàn)選題來自課本實(shí)驗(yàn)，占到20%的是學(xué)生自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，有60%是根據(jù)課本實(shí)驗(yàn)改造后的實(shí)驗(yàn)。見圖2。其中學(xué)生自己動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的選題方式占比還是較低的。由此可以看出，雖然實(shí)驗(yàn)選題中對課本知識的改造基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)方式為主，在一定程度上讓學(xué)生擺脫了禁錮于課本知識思維束縛，但是學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容占比較低，不利于學(xué)生基于現(xiàn)有知識提出問題、分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，也不利于學(xué)生基于現(xiàn)有知識的創(chuàng)造力與創(chuàng)新能力的發(fā)展。

（四）實(shí)驗(yàn)課程對學(xué)生能力培養(yǎng)的認(rèn)可度以及學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的滿意度較低

CDIO模式將學(xué)生的能力培養(yǎng)分為四個(gè)維度，其中前面實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選題設(shè)計(jì)等一定程度上反應(yīng)了對學(xué)生解決問題能力、系統(tǒng)思維能力、個(gè)人職業(yè)技能等方面的培養(yǎng)情況，該部分重點(diǎn)調(diào)研了實(shí)驗(yàn)課程中對學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作與人際交往能力的培養(yǎng)情況，如圖3所示;以及學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課程的總體滿意度兩個(gè)方面進(jìn)行了調(diào)研統(tǒng)計(jì)，如圖4所示。由圖3可知，學(xué)生對在實(shí)驗(yàn)中提供團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的體驗(yàn)是基本肯定的，但認(rèn)為作用并不顯著的占到一半以上;由圖4知，學(xué)生對工業(yè)工程專業(yè)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程總體滿意程度較低，基本沒有學(xué)生感覺非常滿意，絕大部分感受一般，少部分學(xué)生表示不滿意。調(diào)研結(jié)果表明從學(xué)生的能力提升與感受情況來講，實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)效果并不理想，亟待改進(jìn)與改革。

三、基于CDIO的工業(yè)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革建議

工業(yè)工程專業(yè)對人才的核心要求是以系統(tǒng)性思維綜合靈活地“集百家所長，為我所用”實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更高效率更低成本健康運(yùn)作。對系統(tǒng)改進(jìn)與優(yōu)化過程滲透于系統(tǒng)從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行的全過程中，最常采用的模式就是以項(xiàng)目的形式有針對性的組建改善團(tuán)隊(duì)開展的，項(xiàng)目開展中對工業(yè)工程人才的系統(tǒng)思維能力、分析問題與解決問題的能力、在不同的實(shí)驗(yàn)方案中探索最優(yōu)的能力、領(lǐng)導(dǎo)力、溝通力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、以及綜合知識的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力都有很高的要求。因此，在工業(yè)工程專業(yè)課程的學(xué)習(xí)中必須有針對性的培養(yǎng)鍛煉這些方面的能力。而由前文的介紹可知，工業(yè)工程人才培養(yǎng)的需求與CDIO模式培養(yǎng)人才的17種能力目標(biāo)不謀而合，因此，工業(yè)工程專業(yè)是最適合CDIO教育模式的專業(yè)之一。依據(jù)前文分析的工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課現(xiàn)狀與問題，結(jié)合CDIO模式理念與人才培養(yǎng)方式，對工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)大的改革建議如下：

第一，在實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)計(jì)方面，從“加強(qiáng)基礎(chǔ)性、突出綜合性、強(qiáng)調(diào)工程性”的方針出發(fā)綜合工業(yè)工程各門課程系統(tǒng)性集成性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程體系。CDIO教育模式強(qiáng)調(diào)集成化課程體系設(shè)計(jì)[6]，工業(yè)工程專業(yè)要充分利用多門課程知識綜合的優(yōu)勢，有針對性的多增加大型的綜合性實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，采用CDIO教學(xué)的項(xiàng)目形式的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ介_展，讓學(xué)生在學(xué)校實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)與實(shí)踐中體會工作中可能面臨的狀況與能力需求，培養(yǎng)鍛煉自身的綜合知識應(yīng)用于實(shí)踐能力、溝通與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，系統(tǒng)性思維與問題解決能力等CDIO模式核心能力。

第二，在實(shí)驗(yàn)資源與設(shè)備方面，按照CDIO系統(tǒng)性、實(shí)踐性與先進(jìn)性的統(tǒng)一與要求，整合實(shí)驗(yàn)室資源，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源整合對綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方案實(shí)施的保障。比如當(dāng)前工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室的物流倉儲與供應(yīng)鏈實(shí)驗(yàn)室、人因工程實(shí)驗(yàn)室等都是相互割裂的，沒有形成聯(lián)動，而現(xiàn)實(shí)中的生產(chǎn)系統(tǒng)是物流、供應(yīng)鏈、生產(chǎn)與人因等交織在一起運(yùn)作的系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室的整合與聯(lián)動，是充分利用現(xiàn)有資源盡可能的塑造反應(yīng)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

第三，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)與選題方面，以培養(yǎng)學(xué)生主動性與創(chuàng)新探索能力為目的，開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路，增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選題，開放實(shí)驗(yàn)室資源，建立開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。前文調(diào)研發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選題上學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)占比過低，這將不利于學(xué)生主動性地去探索知識、創(chuàng)造性地應(yīng)用知識。學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)而不是被動的接受設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案去實(shí)施，有助于學(xué)生在設(shè)計(jì)中主動的探索、開放性思考，使學(xué)生真正融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中的相互溝通與協(xié)作同時(shí)鍛煉了學(xué)生的交流與團(tuán)隊(duì)協(xié)作等人際交往技能。而實(shí)驗(yàn)室資源的開放，既可以避免實(shí)驗(yàn)室資源的閑置浪費(fèi)，又可以讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)有了切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)條件與環(huán)境的保障。

第四，在實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)境優(yōu)化方面，以進(jìn)一步提升實(shí)踐性與工程性為目的，堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研一體化發(fā)展思路，走出校門向社會與企業(yè)尋找工程性實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)資源，通過高校與社會企業(yè)共建工程性實(shí)驗(yàn)室與實(shí)踐基地、聯(lián)合舉辦學(xué)生社會實(shí)踐活動等方式，使學(xué)生更多的接觸現(xiàn)實(shí)運(yùn)行系統(tǒng)，在現(xiàn)實(shí)工程性環(huán)境中發(fā)現(xiàn)與解決問題，提高工程實(shí)踐能力。

四、結(jié)束語

基于CDIO先進(jìn)的工程教育理念，在對當(dāng)前工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)現(xiàn)狀與問題分析的基礎(chǔ)上，從CDIO培養(yǎng)工程人才的核心能力以及社會對工業(yè)工程人才的能力需求入手，結(jié)合CDIO教育模式的核心方法與項(xiàng)目手段，從實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)置、實(shí)驗(yàn)室與實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理與使用、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選題與設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐環(huán)境資源優(yōu)化等方面對工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了改進(jìn)與改革的建議與措施，使工業(yè)工程專業(yè)人才通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)盡可能的提高被社會與企業(yè)認(rèn)可的綜合性工程人才能力與素質(zhì)。

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