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[摘要]针对目前我国高等院校培养的工程技术人才不能适应现代企业要求的现状,本文以我校工程训练中心为例,提出了面向产业界的基于CDIO教育的工程应用型人才培养模式,把知识、能力、社会三者融合起来,以源于企业的项目为导向,以培养综合能力为目标,以产学合作为依托,以科学的课程体系设置和合理的课程安排作为能力培养的载体,实现符合现代企业要求的工程技术人才培养和服务社会的目的。
[关键词]工程教育 CDIO教育理念 人才培养模式 探索 实践
一、CDIO教育理念人才培养模式提出的背景
随着世界科技的不断发展,特别是面对全球经济一体化的到来,我国的产业结构不断调整,一些传统产业逐渐退出经济舞台,而诸如机械、电子信息等产业却得到了持续快速的发展,特别是进入21世纪以来,产业规模、产业结构、技术水平都得到大幅提升,成为国民经济的战略性、基础性和先导性支柱产业,对于促进社会就业,拉动经济增长,转变发展模式和维护国家安全具有十分重要的作用。
我国的工程教育规模目前虽然居世界第一,但是整体的工程教育创新、人才培养质量等指标与世界水平相距甚远。在应对产业界要求而快速发展的同时,仍然存在着不少问题和挑战。如工程教育体系不够健全,工程教育和工业界脱节,课程体系相对陈旧,工科教师队伍普遍缺乏工程经历,工程师职业资格制度缺失等。统计数据表明,我国相当一部分工科毕业生存在动手能力弱差、解决实际问题能力弱、专业面窄等问题,难以满足社会要求。要解决上述问题,必须切实构建工程教育质量保障体系,提高大学生的创新和动手能力,推进产学研结合,加强实践教学环节,参与国际交流与合作,特别是加强与业界的交流与合作,以业界的需求、项目、资金、设备基础和更新的专业知识作为教学实践的辅助平台,是一种有效途径。CDIO工程教育人才培养模式,正是应对为产业界培养合格的工程技术人才的教育目标,并以能否满足产业界的需求作为衡量教育质量高低的首要标志,这与CDIO工程教育模式的理念相吻合,也是它带给我们的启发。
二、传统的工程教育模式存在的问题与CDIO的定义
传统的以学科知识教育为取向的工程教育模式,在很大程度上存在着重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而忽视开拓创新能力培养,学生对工程设计在工程教育中的重要地位和作用认识不足,缺乏解决实际工程问题的能力,缺乏对现代工程所必须具备的有关经济、社会方面的知识的了解,缺乏参与现代工程的领导、决策、协调、控制的初步能力和管理素质等问题,与创新型人才的培养目标不相吻合。而CDIO工程教育模式是一个系统化工程,其工程教育模式显然符合了当前工程教育改革的趋势。
CDIO是conceive、design、implement、operate四个单词的缩写,意为构思、设计、实践、运行,是由麻省理工学院等四所大学通过几年的研究、探索和实践建立的一种先进的工程教育模式。它让学生以生动的、实践的、课程之间具有有机联系的方式学习和获取工程能力。它体现了现代工程师所应具备的服务于现代工业产品从构思、设计、实现到运行的全过程所必须拥有的基本能力。CDIO工程教育理念就是要以此全过程为载体培养学生的工程能力,此能力不仅包括科学知识,而且包括学生的个人能力、人际交流能力和产品、系统和过程的建造能力。此模式符合工程人才培养的规律,代表先进的教育方法。
三、CDIO工程教育模式的具体内容
我国现代的工程教育模式主要以学科知识为核心,已经形成了一套较为成熟的学科型的课程体系,其基本特征为:理论是实践的基础;实践建立在理论的平台上;学科系统化课程。但是由于长期以来,办学机制及人才培养模式较为单一,以学科为课程组织体系的知识型教育模式占了主导地位,从而一定程度上削弱或忽略了同样可以用来组织课程体系的工程教育和个体能力发展这两个方面。学科知识是科技发展需要,工程教育是社会发展需要,而能力是个体发展需要。只有把知识(学科知识)、能力(工程实际等能力)、社会(对学生工程项目设计和实施等知识能力的需求)融合起来,以能力为导向,以学科知识和社会需要(以项目能力为核心)为依托,三者兼顾作为整合课程组织结构的CDIO教育模式,方能应对当前社会对培养工程技术人员的需求,这也代表了当今工程教学的基本导向。
基于以培养能力为主线的CDIO模式,符合业界对工程人才培养的需求,是一项综合性的改革高等工程教育的系统工程,其精髓是一体化的课程设置。如何针对总体目标做到各教学环节、教学内容的高效融合以及不同教学组织和教学队伍的整体实施是关键。因此,以来源于企业、科研中的研究项目或问题为载体,实现学生知识、能力和素质的共同发展,同时在课堂教学以启发式教学为主,帮助学生明晰所学内容在学科知识、产品体系中的位置,找到完善自身知识结构的方向和途径,并通过项目设计流程将整个课程体系有机的、系统的结合起来,这是以能力培养为目标的CDIO工程教育培养模式所倡导的将社会服务和课程学习有机地结合起来,通过项目化的服务活动与结构化的反思过程,在满足被服务者需求的同时,促进服务者(学生)知识、技能的获得即能力的提高,这也就是我们所说的,通过参与来源于企业的项目或科研活动获得专业知识、研究能力和实践技能,同时在项目研发过程中,学生在导师及企业工程师的启发下针对学科发展和工程项目提出技术性问题,这些问题与所学的学科概念或工程知识相关联,并且能够激发求知欲望和探究兴趣。以这些问题为研究的课题,让学生通过收集和阅读文献资料、实验观察、数据分析与整理归纳出规律性的结论,形成知识;反过来,在导师的不断引导下,学生又能主动应用这些知识解释项目研究中发现的现象,解决遇到的问题。在这个过程中,学生不仅掌握了所学知识,而且培养了获取知识能力、研究和创新能力、工程实践技能。
围绕以培养学生综合能力为目标的CDIO模式,无论是最终判定学生的能力是否满足企业的要求,还是以源于企业的项目为导向的教学实践,亦或是获得企业工程师指导而激发的科学探究,企业在其中均扮演了不可或缺的重要角色。
四、CDIO工程教育人才培养模式初探
我校工程训练中心作为省级实验教学示范中心,初步尝试建立了以CDIO工程教育模式为基础的实训教学模式,主要内容为:
1.引入CDIO教学模式,改革了实践教学体系与教学内容
CDIO是一种工程教育模式,构思,即针对工程实践,让学生掌握专业知识的基本原理,确定未来发展方向;设计,即以产品设计与规划为核心,通过研发,拟解决某一具体的问题;执行,即以制造或建造为核心,组织一体化的课程实践,其中包括学生必须掌握的理论知识与实践能力;运作,即产品应用的各个环节,学生必须了解清楚,并有能力提供市场服务。我校工程训练中心根据不同专业、不同层次学生的需求灵活多变,将训练内容模块化,适当精简传统的训练项目,增加综合性、创造性项目,突出先进技术训练,根据专业培养的需要,设计出不同结合形式的综合模块。
2.实践教学方法与教学手段改革
改变传统的教学模式,从以教师为中心转为以学生为主体。在“构思阶段”,针对工程实践,确定某一方向,让到工程训练中心实训的学生掌握专业知识的基本原理,每实训一科目能都有专职教师讲授该技能的基本知识,结合以前所学,学生就会对该项技能有一定的了解,对这种技能的使用和发展有更加全面的认识。实现了讲课、实训一体化,同时采用分小组大循环的形式,学生的工程训练过程尽量实现工厂化管理,营造一种真实的工程氛围,同时通过训练过程中的合作,培养学生的团队精神及组织管理能力。
在“设计阶段”,以产品设计为核心,通过研发,拟解决某一具体的问题。我校工程训练中心有自己的产品—散状物料料位计,实训学生通过了解现有的产品设计思路,产品性能、应用领域,结合自己所学提出优化设计理念和产品改进建议,帮助客户解决在使用过程中发现的一些问题。
3.推行产品制造全过程的实践教学机制
CDIO工程教育模式强调将产品件引入到工程实践教学中。我校工程训练中心将实训教学同产品加工相结合,学生实训的考核工件就是产品件,这样可以增强教学的针对性和学生实际操作的严谨性,也体现了我校组织一体化的课程实践,产学研互动的特色。实训教学同产品相结合,也为学生后续课程的学习打下坚实的基础,同时也提高了其今后社会实践、工作过程中的能力。在实训过程中直接加工零部件,可以增强学生的构思、设计、实践、运行工艺流程概念和产品质量观念、经济价值观念。零件加工的操作训练过程培养了学生的工程实践素质、理论联系实际和严肃认真的工作作风。
在实践的“装配环节”,学生们除了可以学到零件的组装技能外,还可了解自己在前面阶段所加工零件在产品加工件上所起的的作用,以及如果机器运转时发生异常,问题的原因可能在哪里等综合知识。
4.按照CDIO人才培养模式的要求,加强了硬件建设,初步实现了工程训练人才培养的目标
经过一年多的教改试运行,全新的工程训练方法和教学体系已经确立,在新的教学模式下,学生们在“知识传授与能力培养”统合在一体化的教育过程之中,改变了原来理论知识传授+实习实训的分割化、条块化的培养过程,与以前曾经出现过的问题教学、项目教学、案例教学、典型产品组织教学等是不一样的。
目前工程训练中心的硬件和软件还不能完全满足CDIO人才培养模式的需要,要根据CDIO构思、设计、实践、运行工艺流程的要求进一步加强建设、配备和更新有关设备,以达到完全满足人才培养的需要。
五、结束语
工程教育的目的是培养具有扎实技术基础、宽广专业知识、综合工程系统能力和良好团队协作能力的工程师。改变以往重理论轻实践、重视个人能力而忽视团队协作、重视专业知识而忽视创新能力培养的教育模式,它是目前国内进行工程教育改革的方向。我们结合武汉科技大学工程训练中心的具体实际,借鉴CDIO教育理念进行了工程教育改革的有益尝试,并进行了具体实践,取得了良好的效果。经过不懈的努力和踏实的探索与实践,我们建立了以CDIO工程教育模式为基本框架,以突出学生的工程实践能力、团队精神、合作能力和创新精神的培养为主要目标,以科学的课程体系设置和合理的课程安排为能力培养的载体,今后我们将进一步深化该项改革,一定能够培养出社会需求的、与现代企业相适应的综合性工程技术人才。
[参考文献]
[1]查建中:《论“做中学”战略下的CDIO模式》,《高等工程教育研究》,2008 年第 3 期。
[2]陶勇芳,商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J]. 中国高教研究,2006,(11): 81-83.
[3]张璇,李彤.结合CDIO教育理念与案例教学进行教学探索与实践[J]. 教育与教学研究,2008,(24): 155-157.
(作者单位:武汉科技大学工程训练中心)
[关键词]工程教育 CDIO教育理念 人才培养模式 探索 实践
一、CDIO教育理念人才培养模式提出的背景
随着世界科技的不断发展,特别是面对全球经济一体化的到来,我国的产业结构不断调整,一些传统产业逐渐退出经济舞台,而诸如机械、电子信息等产业却得到了持续快速的发展,特别是进入21世纪以来,产业规模、产业结构、技术水平都得到大幅提升,成为国民经济的战略性、基础性和先导性支柱产业,对于促进社会就业,拉动经济增长,转变发展模式和维护国家安全具有十分重要的作用。
我国的工程教育规模目前虽然居世界第一,但是整体的工程教育创新、人才培养质量等指标与世界水平相距甚远。在应对产业界要求而快速发展的同时,仍然存在着不少问题和挑战。如工程教育体系不够健全,工程教育和工业界脱节,课程体系相对陈旧,工科教师队伍普遍缺乏工程经历,工程师职业资格制度缺失等。统计数据表明,我国相当一部分工科毕业生存在动手能力弱差、解决实际问题能力弱、专业面窄等问题,难以满足社会要求。要解决上述问题,必须切实构建工程教育质量保障体系,提高大学生的创新和动手能力,推进产学研结合,加强实践教学环节,参与国际交流与合作,特别是加强与业界的交流与合作,以业界的需求、项目、资金、设备基础和更新的专业知识作为教学实践的辅助平台,是一种有效途径。CDIO工程教育人才培养模式,正是应对为产业界培养合格的工程技术人才的教育目标,并以能否满足产业界的需求作为衡量教育质量高低的首要标志,这与CDIO工程教育模式的理念相吻合,也是它带给我们的启发。
二、传统的工程教育模式存在的问题与CDIO的定义
传统的以学科知识教育为取向的工程教育模式,在很大程度上存在着重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而忽视开拓创新能力培养,学生对工程设计在工程教育中的重要地位和作用认识不足,缺乏解决实际工程问题的能力,缺乏对现代工程所必须具备的有关经济、社会方面的知识的了解,缺乏参与现代工程的领导、决策、协调、控制的初步能力和管理素质等问题,与创新型人才的培养目标不相吻合。而CDIO工程教育模式是一个系统化工程,其工程教育模式显然符合了当前工程教育改革的趋势。
CDIO是conceive、design、implement、operate四个单词的缩写,意为构思、设计、实践、运行,是由麻省理工学院等四所大学通过几年的研究、探索和实践建立的一种先进的工程教育模式。它让学生以生动的、实践的、课程之间具有有机联系的方式学习和获取工程能力。它体现了现代工程师所应具备的服务于现代工业产品从构思、设计、实现到运行的全过程所必须拥有的基本能力。CDIO工程教育理念就是要以此全过程为载体培养学生的工程能力,此能力不仅包括科学知识,而且包括学生的个人能力、人际交流能力和产品、系统和过程的建造能力。此模式符合工程人才培养的规律,代表先进的教育方法。
三、CDIO工程教育模式的具体内容
我国现代的工程教育模式主要以学科知识为核心,已经形成了一套较为成熟的学科型的课程体系,其基本特征为:理论是实践的基础;实践建立在理论的平台上;学科系统化课程。但是由于长期以来,办学机制及人才培养模式较为单一,以学科为课程组织体系的知识型教育模式占了主导地位,从而一定程度上削弱或忽略了同样可以用来组织课程体系的工程教育和个体能力发展这两个方面。学科知识是科技发展需要,工程教育是社会发展需要,而能力是个体发展需要。只有把知识(学科知识)、能力(工程实际等能力)、社会(对学生工程项目设计和实施等知识能力的需求)融合起来,以能力为导向,以学科知识和社会需要(以项目能力为核心)为依托,三者兼顾作为整合课程组织结构的CDIO教育模式,方能应对当前社会对培养工程技术人员的需求,这也代表了当今工程教学的基本导向。
基于以培养能力为主线的CDIO模式,符合业界对工程人才培养的需求,是一项综合性的改革高等工程教育的系统工程,其精髓是一体化的课程设置。如何针对总体目标做到各教学环节、教学内容的高效融合以及不同教学组织和教学队伍的整体实施是关键。因此,以来源于企业、科研中的研究项目或问题为载体,实现学生知识、能力和素质的共同发展,同时在课堂教学以启发式教学为主,帮助学生明晰所学内容在学科知识、产品体系中的位置,找到完善自身知识结构的方向和途径,并通过项目设计流程将整个课程体系有机的、系统的结合起来,这是以能力培养为目标的CDIO工程教育培养模式所倡导的将社会服务和课程学习有机地结合起来,通过项目化的服务活动与结构化的反思过程,在满足被服务者需求的同时,促进服务者(学生)知识、技能的获得即能力的提高,这也就是我们所说的,通过参与来源于企业的项目或科研活动获得专业知识、研究能力和实践技能,同时在项目研发过程中,学生在导师及企业工程师的启发下针对学科发展和工程项目提出技术性问题,这些问题与所学的学科概念或工程知识相关联,并且能够激发求知欲望和探究兴趣。以这些问题为研究的课题,让学生通过收集和阅读文献资料、实验观察、数据分析与整理归纳出规律性的结论,形成知识;反过来,在导师的不断引导下,学生又能主动应用这些知识解释项目研究中发现的现象,解决遇到的问题。在这个过程中,学生不仅掌握了所学知识,而且培养了获取知识能力、研究和创新能力、工程实践技能。
围绕以培养学生综合能力为目标的CDIO模式,无论是最终判定学生的能力是否满足企业的要求,还是以源于企业的项目为导向的教学实践,亦或是获得企业工程师指导而激发的科学探究,企业在其中均扮演了不可或缺的重要角色。
四、CDIO工程教育人才培养模式初探
我校工程训练中心作为省级实验教学示范中心,初步尝试建立了以CDIO工程教育模式为基础的实训教学模式,主要内容为:
1.引入CDIO教学模式,改革了实践教学体系与教学内容
CDIO是一种工程教育模式,构思,即针对工程实践,让学生掌握专业知识的基本原理,确定未来发展方向;设计,即以产品设计与规划为核心,通过研发,拟解决某一具体的问题;执行,即以制造或建造为核心,组织一体化的课程实践,其中包括学生必须掌握的理论知识与实践能力;运作,即产品应用的各个环节,学生必须了解清楚,并有能力提供市场服务。我校工程训练中心根据不同专业、不同层次学生的需求灵活多变,将训练内容模块化,适当精简传统的训练项目,增加综合性、创造性项目,突出先进技术训练,根据专业培养的需要,设计出不同结合形式的综合模块。
2.实践教学方法与教学手段改革
改变传统的教学模式,从以教师为中心转为以学生为主体。在“构思阶段”,针对工程实践,确定某一方向,让到工程训练中心实训的学生掌握专业知识的基本原理,每实训一科目能都有专职教师讲授该技能的基本知识,结合以前所学,学生就会对该项技能有一定的了解,对这种技能的使用和发展有更加全面的认识。实现了讲课、实训一体化,同时采用分小组大循环的形式,学生的工程训练过程尽量实现工厂化管理,营造一种真实的工程氛围,同时通过训练过程中的合作,培养学生的团队精神及组织管理能力。
在“设计阶段”,以产品设计为核心,通过研发,拟解决某一具体的问题。我校工程训练中心有自己的产品—散状物料料位计,实训学生通过了解现有的产品设计思路,产品性能、应用领域,结合自己所学提出优化设计理念和产品改进建议,帮助客户解决在使用过程中发现的一些问题。
3.推行产品制造全过程的实践教学机制
CDIO工程教育模式强调将产品件引入到工程实践教学中。我校工程训练中心将实训教学同产品加工相结合,学生实训的考核工件就是产品件,这样可以增强教学的针对性和学生实际操作的严谨性,也体现了我校组织一体化的课程实践,产学研互动的特色。实训教学同产品相结合,也为学生后续课程的学习打下坚实的基础,同时也提高了其今后社会实践、工作过程中的能力。在实训过程中直接加工零部件,可以增强学生的构思、设计、实践、运行工艺流程概念和产品质量观念、经济价值观念。零件加工的操作训练过程培养了学生的工程实践素质、理论联系实际和严肃认真的工作作风。
在实践的“装配环节”,学生们除了可以学到零件的组装技能外,还可了解自己在前面阶段所加工零件在产品加工件上所起的的作用,以及如果机器运转时发生异常,问题的原因可能在哪里等综合知识。
4.按照CDIO人才培养模式的要求,加强了硬件建设,初步实现了工程训练人才培养的目标
经过一年多的教改试运行,全新的工程训练方法和教学体系已经确立,在新的教学模式下,学生们在“知识传授与能力培养”统合在一体化的教育过程之中,改变了原来理论知识传授+实习实训的分割化、条块化的培养过程,与以前曾经出现过的问题教学、项目教学、案例教学、典型产品组织教学等是不一样的。
目前工程训练中心的硬件和软件还不能完全满足CDIO人才培养模式的需要,要根据CDIO构思、设计、实践、运行工艺流程的要求进一步加强建设、配备和更新有关设备,以达到完全满足人才培养的需要。
五、结束语
工程教育的目的是培养具有扎实技术基础、宽广专业知识、综合工程系统能力和良好团队协作能力的工程师。改变以往重理论轻实践、重视个人能力而忽视团队协作、重视专业知识而忽视创新能力培养的教育模式,它是目前国内进行工程教育改革的方向。我们结合武汉科技大学工程训练中心的具体实际,借鉴CDIO教育理念进行了工程教育改革的有益尝试,并进行了具体实践,取得了良好的效果。经过不懈的努力和踏实的探索与实践,我们建立了以CDIO工程教育模式为基本框架,以突出学生的工程实践能力、团队精神、合作能力和创新精神的培养为主要目标,以科学的课程体系设置和合理的课程安排为能力培养的载体,今后我们将进一步深化该项改革,一定能够培养出社会需求的、与现代企业相适应的综合性工程技术人才。
[参考文献]
[1]查建中:《论“做中学”战略下的CDIO模式》,《高等工程教育研究》,2008 年第 3 期。
[2]陶勇芳,商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J]. 中国高教研究,2006,(11): 81-83.
[3]张璇,李彤.结合CDIO教育理念与案例教学进行教学探索与实践[J]. 教育与教学研究,2008,(24): 155-157.
(作者单位:武汉科技大学工程训练中心)