基于CDIO的專業(yè)型碩士研究生工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式

汪志成，趙杰，張斌

（東華理工大學(xué)，江西南昌 330013）

CDIO 是“做中學(xué)”和“基于項目的教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達(dá)，基于CDIO 的教學(xué)改革主要從課程重新設(shè)計、教學(xué)方法改進(jìn)、學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建和持續(xù)評估等方面展開[1]。CDIO 作為國際先進(jìn)工程教育理念和模式，2005年被我國高校引入[2]，我國學(xué)者分別從工程教育環(huán)境定義（2008）[3]、工程文化教育（2008）[4]、CDIO 能力評價專家系統(tǒng)的設(shè)計（2011）[5]等方面開展研究，探討了OBE-CDIO 工程教育模式的構(gòu)建（2019）[6]，還探討了包括學(xué)生職業(yè)發(fā)展的軟能力（Career）和學(xué)生職業(yè)技能的硬能力（CDIO）的CCDIO模式（2019）[7]及基于CDIO 的“BIM 創(chuàng)新實踐工作坊”模式（2019）[8]。本研究借鑒CDIO 理論和實踐研究成果，結(jié)合專業(yè)型碩士研究生培養(yǎng)模式的實際情況，開展工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系構(gòu)建方法的探索。

1 專業(yè)型碩士研究生工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)問題探析

專業(yè)型碩士研究生階段的學(xué)習(xí)一般為2-3年，需要在專業(yè)課程學(xué)習(xí)階段，培養(yǎng)學(xué)生具備較強(qiáng)的獨(dú)立工程思維能力。研究生培養(yǎng)過程普遍實行導(dǎo)師制，研究生一般都會參與導(dǎo)師承擔(dān)的課題項目，專業(yè)型研究生還需要半年以上的企業(yè)實踐經(jīng)驗，這些都使得研究生的科研能力和科研素養(yǎng)得到很大的提升。但問題在于，研究生的學(xué)習(xí)時間較短，學(xué)制為3年，系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)階段時間較短。大部分課題項目的周期都在3年以上，且導(dǎo)師承擔(dān)的課題往往已經(jīng)歷了長時間的研究工作，較為復(fù)雜，研究生需要較好的前期知識儲備才能正式開展工作。同時基本不會涉及團(tuán)隊管理、市場財務(wù)、知識產(chǎn)權(quán)管理、公司運(yùn)作管理等方面的知識，CDIO 理念在解決這一問題上具有很好的優(yōu)勢。本研究結(jié)合CDIO 理念，將一系列側(cè)重于某方面技能的課程進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計，有梯次、有層次地培養(yǎng)學(xué)生的綜合性工程思維能力。通過專業(yè)訓(xùn)練環(huán)節(jié)的階段化編排，結(jié)合課程教學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、各類競賽和學(xué)科創(chuàng)新項目的設(shè)計，通過以小組為單位、進(jìn)階式的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在進(jìn)階過程中切實感受到自身能力的提高，同時開闊學(xué)生的視野，促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)造性思維，提高自主學(xué)習(xí)能力。

2 基于CDIO模式的工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系構(gòu)建與實踐

結(jié)合專業(yè)型研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)實際需求，借鑒CDIO 教育模式，以機(jī)電類專業(yè)學(xué)位研究生為實施對象，結(jié)合課程教學(xué)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育教學(xué)活動及各類競賽，借助聯(lián)合實驗室、研究生創(chuàng)新基地、學(xué)科平臺等構(gòu)建工程教育環(huán)境，完成項目構(gòu)思、設(shè)計、實施、運(yùn)作等階段的培養(yǎng)。

2.1 項目構(gòu)思階段

碩士研究生入學(xué)前的專業(yè)背景、本科階段的培養(yǎng)體系、先修課程等通常有較大差異，因此，對所需專業(yè)技能掌握程度不一樣。在研究生一年級上學(xué)期教學(xué)環(huán)節(jié)對學(xué)生進(jìn)行技能測試、分組、項目構(gòu)思、方案初步論證等方面的考核與訓(xùn)練，以構(gòu)建優(yōu)勢互補(bǔ)、相互協(xié)作的良好團(tuán)隊。

（1）技能測試：主要通過課程調(diào)查、電路識別與電路圖繪制現(xiàn)場測驗，掌握學(xué)生對電子設(shè)計類工具軟件的掌握程度，以及在電路設(shè)計方面的項目經(jīng)驗。

（2）項目分組：根據(jù)技能測試，由具有一定基礎(chǔ)的學(xué)生組成項目組，其他學(xué)生組成基礎(chǔ)組，每組6-8 人。對基礎(chǔ)組學(xué)生進(jìn)行電路設(shè)計、仿真、PCB 設(shè)計與電路調(diào)試等訓(xùn)練，使其逐步進(jìn)階至項目組學(xué)習(xí)。

（3）項目構(gòu)思：項目組學(xué)生在上一年級已實施項目的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)設(shè)想，或通過調(diào)研討論提出新的項目需求，并完成市場評估與初步方案設(shè)計。

（4）方案初步論證：項目組學(xué)生針對所設(shè)計方案完成公開學(xué)術(shù)報告，不同組別間學(xué)生相互提問，對方案的可行性進(jìn)行論證，以幫助完善方案。

2.2 項目設(shè)計階段

項目設(shè)計階段主要培養(yǎng)學(xué)生從工程實際出發(fā)完成項目設(shè)計的能力。

（1）結(jié)合學(xué)院擁有江西省新能源工藝及裝備工程技術(shù)研究中心、省級研究生聯(lián)合培養(yǎng)示范基地、與企業(yè)共建的聯(lián)合實驗室等平臺，學(xué)生可通過參與企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)、項目課題研究的形式對產(chǎn)品設(shè)計和項目方案制訂有更清晰的認(rèn)識。這一階段的學(xué)習(xí)主要通過學(xué)術(shù)交流會的形式進(jìn)行，原則上每周舉行一次。教師、高年級學(xué)生、低年級學(xué)生共同參與，采用開放討論的方式，對項目的實施提出建議，對工作方案的可行性進(jìn)行論證。

（2）通過學(xué)生自主申報項目和參加學(xué)科競賽的方式，完成項目實際設(shè)計階段。由學(xué)生結(jié)合在第一階段過程中參與的實際項目或在企業(yè)參觀交流過程中形成的實際工程創(chuàng)意提出項目計劃。參與項目設(shè)計訓(xùn)練的學(xué)生首先與高年級學(xué)生充分溝通，形成項目設(shè)計的初步方案。教師在此過程中主要承擔(dān)組織者的角色，對各個環(huán)節(jié)及進(jìn)展進(jìn)行監(jiān)督指導(dǎo)，及時發(fā)現(xiàn)過程中存在的問題，針對學(xué)生薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行專門的講解和組織研討。

2.3 項目實施階段

項目實施過程以學(xué)生為主體，根據(jù)在實施過程中承擔(dān)的任務(wù)，將參與群體分為教師指導(dǎo)組（包括建立的聯(lián)合培養(yǎng)基地企業(yè)人員）、項目組、高年級組三個類別。

（1）任務(wù)分配。教師在教學(xué)過程中主要承擔(dān)組織任務(wù)，負(fù)責(zé)學(xué)生的技能訓(xùn)練、實施過程中的方案調(diào)整規(guī)劃及實施過程中的技術(shù)指導(dǎo)與節(jié)點(diǎn)考核；高年級組由上一年級已完成項目實施的學(xué)生組成，以講座形式對項目組學(xué)生傳授項目研發(fā)思路，與教師共同引導(dǎo)項目組學(xué)生完成方案，并在實施過程中對方案進(jìn)行調(diào)整，分組完成項目實施。

（2）團(tuán)隊協(xié)作。團(tuán)隊協(xié)作主要體現(xiàn)在三個方面，首先項目組學(xué)生在項目實施過程中相互學(xué)習(xí)，增進(jìn)了解與交流；其次通過高年級學(xué)生講解已實施項目情況，讓項目組學(xué)生對團(tuán)隊協(xié)作的組織形式有更直觀和深入的理解；最后通過項目組學(xué)生共同調(diào)研并組織項目實施，完成團(tuán)隊內(nèi)部分工協(xié)作以及團(tuán)隊間的交流與協(xié)作。

（3）品質(zhì)管理意識。學(xué)生在實施階段，由于缺少工程經(jīng)驗，往往在材料的采購、系統(tǒng)的加工制作、產(chǎn)品外形的工藝設(shè)計評判、系統(tǒng)的測試、技術(shù)指標(biāo)的完成度評判等方面存在隨意性強(qiáng)、缺乏品質(zhì)管理的意識。企業(yè)導(dǎo)師可根據(jù)自身的行業(yè)經(jīng)驗，對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，以提高項目的完成度和完成質(zhì)量。

2.4 項目運(yùn)作階段

在完成上述階段的學(xué)習(xí)后，根據(jù)項目實施情況，引導(dǎo)學(xué)生通過參加創(chuàng)業(yè)競賽、參與聯(lián)合實驗室企業(yè)運(yùn)營、自主創(chuàng)辦企業(yè)等方式，使學(xué)生完成項目實際運(yùn)作過程中的經(jīng)營管理、市場管理、財務(wù)管理、知識產(chǎn)權(quán)管理等方面的學(xué)習(xí)。通過參加創(chuàng)青春全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等各類創(chuàng)業(yè)競賽，部分團(tuán)隊進(jìn)入學(xué)校創(chuàng)業(yè)孵化園和科技園完成公司注冊，進(jìn)行實體運(yùn)營。

（1）技術(shù)成果的獲取與應(yīng)用。對于項目實施過程中所獲得的技術(shù)創(chuàng)新，申報軟件著作權(quán)、專利等工程技術(shù)成果，對技術(shù)進(jìn)行保護(hù)。通過對市場同類產(chǎn)品的分析，對市場需求的準(zhǔn)確把握，對項目產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)測試，根據(jù)反饋進(jìn)行優(yōu)化。通過這一學(xué)習(xí)過程，讓學(xué)生具備知識產(chǎn)權(quán)的概念，形成原創(chuàng)性技術(shù)開發(fā)意識。

（2）技術(shù)成果的優(yōu)化升級。部分產(chǎn)品在試運(yùn)行階段，由于使用環(huán)境的復(fù)雜性，存在產(chǎn)品功能不完善、產(chǎn)品性能不穩(wěn)定等問題，在持續(xù)改進(jìn)過程中，使用者會提出各種針對應(yīng)用的需求。學(xué)生需逐步了解技術(shù)產(chǎn)品的全周期，包括設(shè)計、實施到售后技術(shù)支持和技術(shù)升級改造的全過程。

3 基于CDIO 的工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式實踐效果分析

通過CDIO 模式的教學(xué)過程，學(xué)生的工程技術(shù)能力得到了極大提升，項目實施過程中構(gòu)建的各培養(yǎng)環(huán)節(jié)，學(xué)生的參與度較高，受益面廣，通過不同環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，取得了較好的成果：

在項目實施階段，分別對“電路與系統(tǒng)”“電子與通信工程”專業(yè)學(xué)生進(jìn)行了技能測試，在第一階段，由學(xué)生獨(dú)立提出項目構(gòu)思；第二階段，結(jié)合提出的項目構(gòu)思，通過對電路仿真、電路設(shè)計和PCB 制作方式的講解，引導(dǎo)學(xué)生自主完成項目初級階段的驗證，形成初步的技術(shù)報告，為后續(xù)項目設(shè)計和團(tuán)隊組建做好準(zhǔn)備。

（1）通過項目的構(gòu)思、設(shè)計階段的培養(yǎng)，參與項目實施的60 余名研究生，以團(tuán)隊形式自主申報并完成了15項創(chuàng)新類項目，其中包括研究生創(chuàng)新基金項目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目；通過項目實施過程，學(xué)生團(tuán)隊參加了多項學(xué)科競賽及教師在研課題，獲得省部級以上競賽獎項20 余項，獲批專利和軟件著作權(quán)等60 余項。

（2）通過項目運(yùn)作階段的培養(yǎng)，學(xué)生團(tuán)隊參加了多項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，獲得省級以上獎項20 余項，創(chuàng)辦企業(yè)4 個。參賽項目包括“創(chuàng)青春”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、中國軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽、研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“海峽杯”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽等，獲得國家級獎項5 項、省級獎項20 余項。

4 結(jié)語

基于CDIO 模式的碩士研究生教學(xué)改革方法發(fā)揮了積極作用，將CDIO 模式與研究生教育相結(jié)合，綜合利用學(xué)科平臺、校企合作及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練，構(gòu)建項目構(gòu)思、設(shè)計、實施和運(yùn)作的立體培養(yǎng)體系，促進(jìn)學(xué)生形成系統(tǒng)化工程思維體系，有助于學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作和管理意識的形成，增加對項目運(yùn)作中市場、財務(wù)及管理方面的認(rèn)識，明確職業(yè)定位。