劉翔，王蕾，夏緒輝，朱東升，明俊，周幼慶

摘要：本文針對(duì)高等工程教育中實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)柔性差的問題，提出了一種基于CDIO模式的柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)改革方案。該方案以培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才為目標(biāo)，以教學(xué)資源配置與管理、教學(xué)手段改革為內(nèi)容，通過設(shè)計(jì)一系列模塊化實(shí)訓(xùn)單元使實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的可柔性大大提高，在有限教學(xué)成本下完成了最大化資源供給。經(jīng)過武漢科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心多年的教學(xué)實(shí)踐表明，柔性CDIO實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的改革滿足了不同層次、不同專業(yè)學(xué)生基本工程技能訓(xùn)練的需求，也為學(xué)生課外科技創(chuàng)新活動(dòng)的開展提供了技術(shù)與場(chǎng)地保障。

關(guān)鍵詞：工程教育；教學(xué)改革；CDIO

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）12-0038-03

一、引言

工程訓(xùn)練是高等工程教育的重要環(huán)節(jié)。工程訓(xùn)練課程與實(shí)驗(yàn)課程相比教學(xué)內(nèi)容的靈活性更強(qiáng)，更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與實(shí)踐的積極性。工程訓(xùn)練在挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作精神等方面具有普通實(shí)驗(yàn)課程無法替代的作用。因此，國內(nèi)高等教育界普遍認(rèn)為工程訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、工程素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)，提高工程實(shí)踐能力的重要手段。

目前國內(nèi)各高校的工程訓(xùn)練中心很多都是在其原有實(shí)習(xí)工廠的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，大學(xué)工程訓(xùn)練課程設(shè)置單一、儀器設(shè)備陳舊落后、教學(xué)方法單調(diào)、師資力量單薄的弊端逐一顯現(xiàn)出來。近年來針對(duì)這些弊端所進(jìn)行的一系列工程教育改革已成為高等教育改革的熱點(diǎn)。

CDIO工程教育模式是國外工程教育改革研究的新成果之一。CDIO能力大綱不僅對(duì)工程師應(yīng)具有的專業(yè)素質(zhì)有明確的要求，還對(duì)工程師應(yīng)具有的人文素質(zhì)、人際交往能力、職業(yè)道德以及團(tuán)隊(duì)合作精神進(jìn)行了規(guī)定。這種模式對(duì)我們進(jìn)行大工程背景下高校工程訓(xùn)練中心改革具有深遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。

二、CDIO工程教育模式

CDIO[1]由麻省理工學(xué)院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院等4所工程大學(xué)發(fā)起，全球23所大學(xué)參與共同開發(fā)的一種工程教育理念和實(shí)施體系。CDIO代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作，它是一種以產(chǎn)品制造生命周期為主線的高等工程教育模式。CDIO讓學(xué)生以生動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程系統(tǒng)四大能力。2006年，汕頭大學(xué)成為中國高校第一個(gè)CDIO成員。2008年12月，教育部高教司理工處和汕頭大學(xué)聯(lián)合主辦了CDIO工程教育模式試點(diǎn)會(huì)，會(huì)議確定了第一批18所CDIO試點(diǎn)高校名單。2010年4月，第二批21所CDIO試點(diǎn)高校產(chǎn)生。至此，全國共計(jì)有39所高校在開展CDIO試點(diǎn)工作，CDIO模式在中國高等工程教育領(lǐng)域展示出勃勃生機(jī)。

三、柔性CDIO工程訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)的改革實(shí)踐

長期以來，我校工程訓(xùn)練中心秉承“面向?qū)崢I(yè)需求，培養(yǎng)實(shí)用人才，倡導(dǎo)崇實(shí)學(xué)風(fēng)，強(qiáng)化實(shí)訓(xùn)動(dòng)手”的“四實(shí)”精神，積極探索“工程素質(zhì)好、實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新潛質(zhì)優(yōu)”的工程技術(shù)人才培養(yǎng)模式。早在2008年創(chuàng)建湖北省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心時(shí)，工程訓(xùn)練中心就引入了CDIO工程教育模式并取得了一定的成果。但在近幾年來的教學(xué)實(shí)踐中，一些新的問題逐漸顯現(xiàn)出來，這些問題主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)組織模式落后、平臺(tái)系統(tǒng)柔性和可重組性差；②教學(xué)內(nèi)容與市場(chǎng)需求聯(lián)系不緊，培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)目標(biāo)產(chǎn)生偏差；③教學(xué)資源配置不合理，沒有實(shí)現(xiàn)有限教學(xué)成本下的最大化的資源供給。

為解決實(shí)訓(xùn)教學(xué)中出現(xiàn)的新問題，依據(jù)CDIO并借鑒工業(yè)生產(chǎn)中柔性制造技術(shù)的思想，集約規(guī)劃設(shè)計(jì)有限實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)組織模式，提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的柔性和可重組性。從而在有限的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)資源基礎(chǔ)上創(chuàng)新多樣化實(shí)踐手段，以滿足不同層次學(xué)生的多種需求。有鑒于此，武漢科技大學(xué)工程訓(xùn)練中心在近年的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了如下幾點(diǎn)探索。

1.基于CDIO教育理念的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的柔性和可重組性。

按照CDIO能力大綱的要求，根據(jù)不同專業(yè)學(xué)生的具體情況，靈活多變地組織實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。在長期實(shí)踐的基礎(chǔ)上將部分訓(xùn)練內(nèi)容模塊化，適當(dāng)精簡基礎(chǔ)性訓(xùn)練項(xiàng)目，增加綜合性、創(chuàng)造性項(xiàng)目，如先進(jìn)技術(shù)訓(xùn)練等；訓(xùn)練模塊自成體系，可以根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)對(duì)某項(xiàng)技能要求的程度靈活選擇。另外根據(jù)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要，設(shè)計(jì)出不同結(jié)合形式的綜合模塊，在各綜合模塊之間設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口就可使各模塊之間通過不同的組合形成一個(gè)具體的設(shè)計(jì)項(xiàng)目。實(shí)訓(xùn)與項(xiàng)目相結(jié)合的教學(xué)模式增強(qiáng)了學(xué)生操作的嚴(yán)謹(jǐn)性，為學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)也提高了其今后社會(huì)實(shí)踐、工作過程中的能力。同時(shí)，以項(xiàng)目為導(dǎo)向的實(shí)訓(xùn)可以增強(qiáng)學(xué)生的生產(chǎn)勞動(dòng)觀念、產(chǎn)品質(zhì)量觀念和經(jīng)濟(jì)價(jià)值觀念。為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐素質(zhì)、理論聯(lián)系實(shí)際和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。最后，由于各模塊之間具有較高的獨(dú)立性，在需要變更訓(xùn)練項(xiàng)目時(shí)只需增減相應(yīng)的模塊或者改變模塊的組合方式，大大提高了教學(xué)平臺(tái)的柔性和可重組性。

2.依據(jù)每個(gè)學(xué)生的不同特點(diǎn)，確定以學(xué)生在項(xiàng)目中完成CDIO過程實(shí)踐為目的的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目培養(yǎng)方案，培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才。

基于柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)，根據(jù)學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)和人才培養(yǎng)的需求，重構(gòu)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系。處理好實(shí)訓(xùn)課程間既合理分工又緊密銜接的關(guān)系，建立“三層次、三模塊、四能力”個(gè)性化分類培養(yǎng)的漸進(jìn)式教學(xué)體系。其中，“三層次”是指工程認(rèn)知與基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)層、學(xué)科基礎(chǔ)技能實(shí)訓(xùn)和多學(xué)科知識(shí)融合實(shí)踐層、綜合創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練層三層次；“三模塊”是“機(jī)械基礎(chǔ)”、“先進(jìn)制造”、“電工電子與IT技術(shù)”三大類實(shí)訓(xùn)模塊；“四能力”是指工科大學(xué)生工程實(shí)踐能力所具體包含的基本實(shí)踐能力、專業(yè)實(shí)踐能力、實(shí)踐遷移能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力。其中，以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的大學(xué)生工程核心競(jìng)爭(zhēng)力分類分模塊培育模型（如圖1）。該模型的實(shí)踐教學(xué)思路即根據(jù)學(xué)生類型和不同的目標(biāo)能力，采用不同的實(shí)訓(xùn)模塊、不同的實(shí)訓(xùn)教學(xué)方式和資源分配方式進(jìn)行工程能力提升訓(xùn)練。

3.柔性化創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)CDIO管理方法，完善師資隊(duì)伍、提升設(shè)備配套水平，為教學(xué)改革的提供原動(dòng)力。

從工程核心競(jìng)爭(zhēng)力培育總體及分類培育目標(biāo)，從資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)（產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，建設(shè)高素質(zhì)、創(chuàng)新型教師隊(duì)伍。將理論教學(xué)和實(shí)訓(xùn)教學(xué)師資有機(jī)融合，將實(shí)訓(xùn)教學(xué)與科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)的有機(jī)融合，大幅度提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)水平，形成一支年齡、職稱、學(xué)歷結(jié)構(gòu)合理，學(xué)術(shù)水平高，有奉獻(xiàn)精神和創(chuàng)新意識(shí)的教師隊(duì)伍，為教學(xué)改革與發(fā)展提供了充足的后勁。

根據(jù)科技發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要，不斷提升儀器設(shè)備配套水平，并完善儀器設(shè)備管理制度，建立了儀器設(shè)備管理檔案和計(jì)算機(jī)管理數(shù)據(jù)庫。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在提升實(shí)體設(shè)備配套水平的基礎(chǔ)上開發(fā)或引進(jìn)各種虛擬儀器設(shè)備，擴(kuò)大教學(xué)覆蓋面，在形式多樣、內(nèi)容豐富的虛擬網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐知識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

4.鼓勵(lì)學(xué)生在柔性CDIO平臺(tái)上積極參與課外科技創(chuàng)新活動(dòng)，在科技創(chuàng)新中培養(yǎng)現(xiàn)代化基本實(shí)踐能力和專業(yè)實(shí)踐能力。

學(xué)生課外科技創(chuàng)新基地是基于柔性CDIO理念的大學(xué)生工程訓(xùn)練教學(xué)模式改革的一項(xiàng)重要內(nèi)容。設(shè)立課外科技創(chuàng)新基地的目的就是以各種技能創(chuàng)新、科技創(chuàng)新活動(dòng)為載體，充分挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的潛力。

課外科技創(chuàng)新基地由機(jī)械原理配套創(chuàng)新基地、機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新基地和高度仿真的工業(yè)模型創(chuàng)新基地、智能汽車基地、機(jī)器人足球基地、電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新基地等實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)成，基地實(shí)踐平臺(tái)與校內(nèi)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院、信息科學(xué)與工程學(xué)院、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院合作，負(fù)責(zé)各級(jí)各類科技競(jìng)賽的組織、培訓(xùn)、參賽等工作。這些實(shí)踐平臺(tái)是建立在基礎(chǔ)性實(shí)訓(xùn)之上，著眼于培養(yǎng)創(chuàng)新思維訓(xùn)練、創(chuàng)新能力培養(yǎng)和創(chuàng)新精神塑造的復(fù)合型人才孵化器。

以這些創(chuàng)新基地為創(chuàng)新平臺(tái)，很多學(xué)生在各類國家、省級(jí)競(jìng)賽中取得優(yōu)異成績。以機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新基地平臺(tái)為例，從該平臺(tái)培養(yǎng)的學(xué)生中，自2006年以來獲湖北省機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、二等獎(jiǎng)12項(xiàng)、三等獎(jiǎng)6項(xiàng)等。以智能汽車基地實(shí)踐平臺(tái)為例，自2008年來基地學(xué)生共獲得全國大學(xué)生智能汽車競(jìng)賽全國特等獎(jiǎng)1項(xiàng)、一等獎(jiǎng)3項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

四、教學(xué)改革效果

近年來，工程訓(xùn)練中心在CDIO工程教學(xué)模式方面的研究成果和教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積淀凝聚，圍繞CDIO進(jìn)行系統(tǒng)的教學(xué)改革，成了特色鮮明的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法。柔性CDIO工程訓(xùn)練教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用，在學(xué)生的工程核心競(jìng)爭(zhēng)能力培養(yǎng)方面取得了顯著的效果。教學(xué)改革的效果主要表現(xiàn)在：

1.針對(duì)各門課程的特點(diǎn)和內(nèi)容的相關(guān)性，成立了系列課程和主干課程教學(xué)實(shí)訓(xùn)組，圍繞CDIO法出版教材22部，其中與實(shí)踐相關(guān)的理論教材16本，實(shí)踐教材6本，編寫實(shí)踐指導(dǎo)書、實(shí)踐講義、訓(xùn)練報(bào)告等計(jì)17余本，對(duì)提高人才培養(yǎng)質(zhì)量發(fā)揮了積極的作用。

2.針對(duì)不同層次的學(xué)生，在實(shí)訓(xùn)內(nèi)容上有不同的要求，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容上基礎(chǔ)性、綜合性和創(chuàng)新性相結(jié)合，實(shí)訓(xùn)教學(xué)覆蓋面廣，實(shí)訓(xùn)室全天開放，學(xué)生可以提前預(yù)約，提高了學(xué)生的實(shí)訓(xùn)興趣，增多了實(shí)踐機(jī)會(huì)，學(xué)生實(shí)訓(xùn)基本技能、研究創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力也得到了很大的提高。個(gè)性化分類分模塊實(shí)踐教學(xué)模式被其他課程采納和應(yīng)用，并對(duì)金工實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)方案改革起到極大的推動(dòng)作用。

3.將實(shí)訓(xùn)教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合，充分利用科研優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)能力。利用先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)。中心目前已建立了四個(gè)學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐基地，每年有400多名學(xué)生在中心開展科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。近五年來，中心積極鼓勵(lì)和組織優(yōu)秀學(xué)生參加各級(jí)各類設(shè)計(jì)大賽，或參與科研項(xiàng)目，進(jìn)一步培養(yǎng)其科研和創(chuàng)新能力，參與各級(jí)各類大賽和科研項(xiàng)目的優(yōu)秀學(xué)生人數(shù)達(dá)300余人次，并獲得多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。

4.經(jīng)過與學(xué)科建設(shè)、課程建設(shè)以及科研發(fā)展的同步建設(shè)，工程訓(xùn)練中心將學(xué)科成果、科研訓(xùn)練方法、探究式學(xué)習(xí)和實(shí)踐模式引入到實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)和實(shí)訓(xùn)室建設(shè)中，注重學(xué)生研究能力、實(shí)踐能力的培養(yǎng)和提高，取得了明顯的成效，培養(yǎng)出許多動(dòng)手能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新精神的人才，特別是實(shí)訓(xùn)體系的改革、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入探究式實(shí)踐學(xué)習(xí)后，很多學(xué)生從這里接觸和了解了優(yōu)勢(shì)學(xué)科，感受到了其強(qiáng)大的生命力。

5.通過資源整合和整體建設(shè)，目前工程訓(xùn)練中心的整體規(guī)模和水平獲得了很大的提高，教學(xué)資源面向全校師生開放，中心的教學(xué)體系及其管理模式對(duì)專業(yè)課程的改革和其它實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)發(fā)展起到了很強(qiáng)的示范和推進(jìn)作用，成為全校學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新和實(shí)訓(xùn)的重要基地。

6.工程訓(xùn)練中心重視高校間的交流與合作，接待了眾多高校專家和同行的參觀與交流。湖北省教育廳專門組織湖北多所高校的主管領(lǐng)導(dǎo)和專家來中心進(jìn)行參觀交流，并建立了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作交流機(jī)制。中心在做好自身建設(shè)的同時(shí)，還積極宣傳中心的建設(shè)理念，為省內(nèi)高校提供建設(shè)意見和建議。已有華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)等20余所省屬院校來中心考察、交流和學(xué)習(xí)，起到了很好的輻射作用。

五、結(jié)論

通過柔性CDIO實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)的改革建設(shè)，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起到了積極的作用，提高了學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)課程的興趣和積極性，拓寬了學(xué)生的知識(shí)面。在綜合性創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)中充分利用了柔性CDIO平臺(tái)的特點(diǎn)，有效培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)不同訓(xùn)練項(xiàng)目或課程中相關(guān)知識(shí)的理解掌握與應(yīng)用能力，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與手段更加接近生產(chǎn)實(shí)際，使學(xué)生的培養(yǎng)從灌輸式教育向培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)、獨(dú)立解決實(shí)際工程問題的能力發(fā)展。今后我們將進(jìn)一步深化該項(xiàng)教學(xué)改革，以突出學(xué)生工程實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)精神、合作能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)為主要目標(biāo)，以科學(xué)的課程體系設(shè)置和合理的課程內(nèi)容組合安排方式為載體，這樣就一定能夠培養(yǎng)出社會(huì)需要的、與現(xiàn)代企業(yè)相適應(yīng)的綜合性工程技術(shù)人才。

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基金項(xiàng)目：湖北省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目（2009178）

作者簡介：劉翔（1983-），男，湖北武漢人，碩士，工程師，從事電工電子實(shí)訓(xùn)方面課程教學(xué)。