CDIO和工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下機(jī)電專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式改革

董愛(ài)梅 趙彥峻 張磊安 黃雪梅

摘 要：基于CDIO和工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，山東理工大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè)通過(guò)優(yōu)化實(shí)踐課程教學(xué)體系，實(shí)施實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)、校內(nèi)/校外實(shí)習(xí)、產(chǎn)學(xué)研用、畢業(yè)設(shè)計(jì)等多維融合的實(shí)踐教學(xué)模式，將思政教育融入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等一系列改革措施，提升工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。

山東理工大學(xué)是一所以理工為主的多科性省屬大學(xué)，于2009年成為全國(guó)CDIO工程教育模式試點(diǎn)高校之一，是山東省第一批實(shí)施CDIO項(xiàng)目的高校。機(jī)械電子工程專業(yè)是CDIO培養(yǎng)模式的試點(diǎn)專業(yè)，從2010級(jí)實(shí)施CDIO培養(yǎng)模式，10多年來(lái)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了顯著成果。但隨著工程教育改革的深入，特別是工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的開(kāi)展，現(xiàn)階段如何在前期實(shí)施CDIO培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)與工程教育專業(yè)認(rèn)證的銜接，順利通過(guò)專業(yè)認(rèn)證是現(xiàn)階段面臨的迫切任務(wù)。實(shí)踐教學(xué)作為人才培養(yǎng)非常重要的環(huán)節(jié)，結(jié)合我校高水平應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)定位和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，基于“以生為本”，按照實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)能力遞進(jìn)原則，優(yōu)化了機(jī)械電子工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系，進(jìn)行了實(shí)踐教學(xué)模式改革。

1 實(shí)踐教學(xué)改革方案

CDIO教育模式和工程教育專業(yè)認(rèn)證都是全球領(lǐng)先的工程教育實(shí)踐，CDIO教育模式是從2000年開(kāi)始，瑞典皇家工學(xué)院和麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)經(jīng)過(guò)四年的探索和研究，最早創(chuàng)立了CDIO工程教育理念。國(guó)際專業(yè)認(rèn)證于1989年由美國(guó)、英國(guó)等6個(gè)國(guó)家最早發(fā)起，是《華盛頓協(xié)議》通行的國(guó)際工程教育質(zhì)量保障制度，是實(shí)施國(guó)際工程教育和工程師資格互認(rèn)的基礎(chǔ)。兩者是國(guó)際工程教育的兩大主流改革模式，發(fā)展愿景和理念是一致的，都是面向經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展培養(yǎng)高質(zhì)量的工程科技人才，但解決問(wèn)題的方式和路徑不同。

我國(guó)擁有全球規(guī)模最大的高等工程教育，工科專業(yè)學(xué)生總?cè)藬?shù)占全球工科學(xué)生超過(guò)30%。據(jù)中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年有約120余萬(wàn)工科專業(yè)本科畢業(yè)生，專業(yè)布點(diǎn)17037個(gè)。如何提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，與國(guó)際工程教育先進(jìn)水平接軌成為高等院校首當(dāng)其沖要解決的問(wèn)題，為此越來(lái)越多的高校開(kāi)展專業(yè)認(rèn)證和實(shí)施CDIO教育模式。據(jù)《教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)關(guān)于發(fā)布已通過(guò)工程教育認(rèn)證專業(yè)名單的通告》〔2021〕第1號(hào)文件中統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，全國(guó)一共有257所高校的1600個(gè)專業(yè)通過(guò)專業(yè)認(rèn)證，相對(duì)于全國(guó)17037個(gè)專業(yè)，各高校專業(yè)認(rèn)證通過(guò)數(shù)量和實(shí)施CDIO模式數(shù)量（100余個(gè)）微乎其微。通過(guò)專業(yè)認(rèn)證是衡量一所高校工程類專業(yè)建設(shè)發(fā)展成就的重要標(biāo)志，CDIO培養(yǎng)模式是順利通過(guò)工程教育專業(yè)認(rèn)證的途徑。快速推進(jìn)我國(guó)工程教育改革，提升專業(yè)認(rèn)證通過(guò)數(shù)量和實(shí)施CDIO模式的數(shù)量，是目前提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。

工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)由通用標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)兩部分構(gòu)成。通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了專業(yè)在培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系、畢業(yè)要求、持續(xù)改進(jìn)等方面的要求。按照通用標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)要求應(yīng)滿足12項(xiàng)指標(biāo)。現(xiàn)階段學(xué)生畢業(yè)時(shí)具備的能力與畢業(yè)要求指標(biāo)還有一定差距。為達(dá)到畢業(yè)指標(biāo)的要求，根據(jù)本專業(yè)的特色和具體情況，對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行了多方位改革創(chuàng)新，實(shí)施方案如圖1所示。

2 優(yōu)化課程教學(xué)體系

按照CDIO培養(yǎng)模式和工程教育認(rèn)證的整體規(guī)劃和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)與能力素質(zhì)并重，建立與工程教育專業(yè)認(rèn)證體系相適應(yīng)的專業(yè)人才培養(yǎng)方案。結(jié)合我校高水平應(yīng)用型人才培養(yǎng)的辦學(xué)定位和機(jī)械電子工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，根據(jù)本專業(yè)的特色和具體情況，優(yōu)化實(shí)踐課程教學(xué)體系，以專業(yè)應(yīng)用能力培養(yǎng)為主線，實(shí)現(xiàn)課程體系綜合化、課程結(jié)構(gòu)整體化、實(shí)踐教學(xué)體系化、課程設(shè)置柔性化。構(gòu)建包含通識(shí)教育平臺(tái)、學(xué)科基礎(chǔ)平臺(tái)、專業(yè)教育平臺(tái)、實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和通識(shí)教育選修模塊、學(xué)科基礎(chǔ)選修模塊、專業(yè)方向選修模塊、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模塊的完整課程體系，實(shí)現(xiàn)理論課程體系、實(shí)踐課程體系、素質(zhì)教育體系既相對(duì)獨(dú)立又相互融合的完整的課程體系。

基于CDIO理念，將機(jī)械電子工程專業(yè)實(shí)踐課程體系分為三個(gè)層次，第一層次包括課程層面的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，在項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中重點(diǎn)應(yīng)用課程知識(shí)，加強(qiáng)課程要求的知識(shí)和能力培養(yǎng)等，如電工電子實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等。第二層次包括課程群層面的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，相當(dāng)于綜合性課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合應(yīng)用課程群的知識(shí)，如機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造模塊I、模塊II、模塊III。其中模塊II應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)，如運(yùn)動(dòng)學(xué)和機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程材料等。第三層次涉及產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新全過(guò)程的項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)、溝通和領(lǐng)導(dǎo)能力，使學(xué)生把知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，應(yīng)用知識(shí)、持續(xù)學(xué)習(xí)、培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力，如機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。

3 加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，改善實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件，為實(shí)踐教學(xué)提供強(qiáng)有力保障

高水平師資隊(duì)伍是實(shí)施教學(xué)改革的保障。采用“深造、實(shí)踐、培訓(xùn)、引進(jìn)、聘請(qǐng)”并舉的方法，引進(jìn)高層次人才，加強(qiáng)年輕教師的培養(yǎng)。采取國(guó)內(nèi)外進(jìn)修、學(xué)術(shù)交流、企業(yè)鍛煉等方式，進(jìn)一步培養(yǎng)專業(yè)帶頭人。組建教學(xué)帶頭人、教學(xué)骨干和教學(xué)新秀等構(gòu)成的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)模式改革中的引領(lǐng)作用。

機(jī)電專業(yè)是教育部CDIO試點(diǎn)專業(yè)，建有校內(nèi)專門的機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造模塊實(shí)訓(xùn)教室和支持異地多人協(xié)同的三維虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室，改變以往采用參觀、演示性操作的實(shí)踐模式，利用虛擬現(xiàn)實(shí)優(yōu)秀的沉浸性和交互性，由二維擴(kuò)展到三維，由靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生理解理論知識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)將學(xué)生的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、感覺(jué)等全部調(diào)動(dòng)起來(lái)，學(xué)生有一種身臨其境的感覺(jué)，在虛擬環(huán)境中學(xué)生可以進(jìn)行各種操作，提高了學(xué)習(xí)的直觀性、趣味性、實(shí)踐性。

4 實(shí)施實(shí)驗(yàn)/實(shí)訓(xùn)，校內(nèi)/校外實(shí)習(xí)相融合的實(shí)踐教學(xué)模式

在實(shí)踐教學(xué)中堅(jiān)持多條實(shí)踐線：一條線以實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)模塊為主，以典型的機(jī)電產(chǎn)品—智能機(jī)器人為項(xiàng)目對(duì)象，綜合應(yīng)用所學(xué)課程的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行產(chǎn)品拆裝、設(shè)計(jì)、控制等，采用“教—學(xué)—做”教學(xué)模式，加強(qiáng)課程目標(biāo)要求的知識(shí)和能力培養(yǎng);一條線以機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)模塊為主，采用“做—學(xué)—導(dǎo)”相結(jié)合的教學(xué)模式，讓學(xué)生設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)機(jī)電系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)機(jī)電系統(tǒng)能力和創(chuàng)新精神。另一條線選擇具有鮮明行業(yè)特色的大中型企業(yè)，如山東豪邁機(jī)械科技有限公司作為校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，采用“看—學(xué)—做”教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力。

生產(chǎn)實(shí)習(xí)分為校內(nèi)和校外兩部分，首先在校內(nèi)就實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能進(jìn)行強(qiáng)化培訓(xùn)，使學(xué)生提前了解實(shí)習(xí)內(nèi)容。機(jī)電專業(yè)和實(shí)習(xí)單位雙方簽訂合作協(xié)議，密切合作，建立和形成一整套切實(shí)可行的實(shí)習(xí)規(guī)范和制度。和企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員簽訂了兼職教師協(xié)議，負(fù)責(zé)指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)。在實(shí)習(xí)的過(guò)程中，機(jī)電專業(yè)教師一同參加實(shí)習(xí)，和企業(yè)指導(dǎo)教師共同指導(dǎo)。通過(guò)實(shí)習(xí)，學(xué)生了解產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程、相應(yīng)的機(jī)電裝備等內(nèi)容，結(jié)合課堂教學(xué)知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，使理論知識(shí)得到了驗(yàn)證和升華。同時(shí)，鍛煉學(xué)生的工程意識(shí)，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

5 探索產(chǎn)學(xué)研用，畢業(yè)設(shè)計(jì)等多維創(chuàng)新培養(yǎng)模式

通過(guò)與山東豪邁機(jī)械科技有限公司、淄博市博山華成鍛壓有限公司、山東新華醫(yī)療器械股份有限公司多家企業(yè)進(jìn)行校企合作等實(shí)施產(chǎn)學(xué)研用培養(yǎng)模式?；诳平倘诤?，在現(xiàn)有的機(jī)械工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、省重點(diǎn)學(xué)科、省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、省工程技術(shù)研究中心等學(xué)科平臺(tái)基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)集基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、科技創(chuàng)新為一體的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)服務(wù)于教學(xué)和科研。以科教融合為依托，融入企業(yè)主體，實(shí)現(xiàn)科研、產(chǎn)業(yè)、教學(xué)、實(shí)踐運(yùn)用四位一體的新模式，實(shí)現(xiàn)專業(yè)和學(xué)科的一體化發(fā)展，安排學(xué)生參與教師科研活動(dòng)，鼓勵(lì)學(xué)生參加大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽，為學(xué)有余力的學(xué)生提供學(xué)以致用的實(shí)踐機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新精神。

為滿足學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)和提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，建立并實(shí)施畢業(yè)設(shè)計(jì)雙向選擇制度。雙向選擇可以使畢業(yè)設(shè)計(jì)題目和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣相結(jié)合，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性。采用“合—分—合”的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法，對(duì)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行全面認(rèn)知。在進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告之前，每個(gè)學(xué)生有自己的固定題目，在熟悉題目過(guò)程中，要學(xué)習(xí)、探索與其他題目相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，再互相交流、聽(tīng)老師講解，總結(jié)各題目?jī)?nèi)容時(shí)所有同學(xué)都跟著學(xué)習(xí)，這樣就帶動(dòng)了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知、學(xué)習(xí)、深化和鞏固。開(kāi)題報(bào)告結(jié)束后再進(jìn)行修改，每人再進(jìn)行各自的課題設(shè)計(jì)，老師再針對(duì)每個(gè)學(xué)生的不同題目進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，對(duì)學(xué)生共性問(wèn)題集中講授輔導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成后，老師再集中所有同學(xué)進(jìn)行總結(jié)、點(diǎn)評(píng)和互評(píng)，講解畢業(yè)設(shè)計(jì)文檔資料的整理、答辯等共性問(wèn)題，答辯后再結(jié)合學(xué)生就業(yè)單位的情況進(jìn)行交流、討論、修改等。這樣在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中每個(gè)學(xué)生雖然設(shè)計(jì)一個(gè)題目，但復(fù)習(xí)、應(yīng)用和鞏固了專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)中涉及的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，也培養(yǎng)了大學(xué)生的個(gè)人和團(tuán)隊(duì)精神。

6 將思政教育融入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授三位一體的教學(xué)目標(biāo)。實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)融入思政教育內(nèi)容，實(shí)習(xí)前開(kāi)動(dòng)員會(huì)，加強(qiáng)安全教育和素質(zhì)教育;實(shí)習(xí)中企業(yè)專門安排人員負(fù)責(zé)實(shí)習(xí)工作，白天按照實(shí)習(xí)流程學(xué)習(xí)，晚上學(xué)習(xí)企業(yè)管理制度和企業(yè)文化。在實(shí)習(xí)中加入企業(yè)發(fā)展史、企業(yè)文化、勵(lì)志教育、社會(huì)擔(dān)當(dāng)?shù)葍?nèi)容，實(shí)習(xí)企業(yè)車間到處都有體現(xiàn)企業(yè)文化的標(biāo)語(yǔ)。如去山東豪邁機(jī)械科技有限公司實(shí)習(xí)時(shí)，安排董事長(zhǎng)、企業(yè)骨干和優(yōu)秀校友做報(bào)告，講述個(gè)人成長(zhǎng)歷程和企業(yè)發(fā)展，對(duì)學(xué)生進(jìn)行勵(lì)志教育。公司堅(jiān)守“誠(chéng)信是本、創(chuàng)新是源”的文化理念，發(fā)揚(yáng)“工作著、學(xué)習(xí)著、進(jìn)步著、創(chuàng)造著、收獲著、快樂(lè)著”的工作理念，營(yíng)造“享自尊、得關(guān)愛(ài)、崇公平、敬創(chuàng)新、愛(ài)團(tuán)體、重效率”的公司氛圍，讓學(xué)生體會(huì)到作為大學(xué)生和將來(lái)從業(yè)人員必須具有能力、責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，提升學(xué)生人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)和社會(huì)責(zé)任感。

結(jié)語(yǔ)

總之，機(jī)械電子工程專業(yè)通過(guò)以上系列實(shí)踐教學(xué)模式改革，取得了一定成效。近五年來(lái)，本專業(yè)學(xué)生在機(jī)器人大賽、機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯競(jìng)賽、機(jī)械設(shè)計(jì)大賽等重要賽事中，累計(jì)獲得國(guó)家級(jí)和省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)200余人次，人才培養(yǎng)質(zhì)量得到社會(huì)各界的廣泛認(rèn)可。

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作者簡(jiǎn)介：董愛(ài)梅（1971— ），女，山東梁山人，碩士，山東理工大學(xué)副教授，從事機(jī)電一體化方向的研究。