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基于CDIO教育理念的工程實(shí)踐教學(xué)模式研究與探索

2012-09-20 09:19:10趙樹恩李玉玲
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊工程

趙樹恩, 李玉玲, 張 鑄, 鐘 銳

(重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院,重慶 400074)

實(shí)踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ),也是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必由之路。面對(duì)當(dāng)前日益突出的大學(xué)生就業(yè)難與企業(yè)招不到合用人才的矛盾問題,以及全球一體化進(jìn)程的加劇和世界各國(guó)在政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各個(gè)領(lǐng)域表現(xiàn)出的交融特點(diǎn),地方高等院校必須改革現(xiàn)有教育模式下的實(shí)踐教學(xué)體系,強(qiáng)化工程教育理念,以“項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)”為教育載體,推行跨課程、跨學(xué)科、跨校際、跨領(lǐng)域的“跨域交融”“大實(shí)踐觀”的實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行模式,堅(jiān)持走產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合的發(fā)展之路,才能培養(yǎng)和造就既具有較好人文、自然科學(xué)素養(yǎng),又具有一定國(guó)際視野和跨文化交流、競(jìng)爭(zhēng)與合作能力的創(chuàng)新型復(fù)合人才[1]。因此,改革現(xiàn)有實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行模式,是當(dāng)前高等教育改革面臨的重要課題。

一、應(yīng)用型人才工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的薄弱環(huán)節(jié)

長(zhǎng)期以來,我國(guó)高等教育始終未能徹底改變傳統(tǒng)學(xué)科型教育模式下實(shí)踐教學(xué)處于從屬地位的狀況,課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)理論研究,與實(shí)踐需求差距較大,教材內(nèi)容比較陳舊,沒有突出實(shí)踐性,課程體系仍然是“基礎(chǔ)課—專業(yè)基礎(chǔ)課—專業(yè)課”的“老三段”模式[2-6]。在教學(xué)培養(yǎng)方案中,除去入學(xué)教育、軍訓(xùn)、社會(huì)實(shí)踐、公益勞動(dòng)等環(huán)節(jié),與專業(yè)相關(guān)的實(shí)踐學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論學(xué)時(shí),學(xué)生的技術(shù)技能訓(xùn)練十分薄弱,具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。

(一)實(shí)踐教學(xué)采用傳統(tǒng)的單一灌輸式教學(xué)模式

實(shí)踐教學(xué)多采用驗(yàn)證演示性教學(xué)方法,學(xué)生創(chuàng)新性思維和動(dòng)手能力差。這主要是受中國(guó)傳統(tǒng)的知識(shí)儲(chǔ)備型教育質(zhì)量觀的影響,即以學(xué)生掌握理論知識(shí)的多少和學(xué)術(shù)水平的高低作為能力的評(píng)價(jià)指標(biāo),未將學(xué)生非智力因素的發(fā)展、創(chuàng)新能力和國(guó)際視野納入高校教育質(zhì)量考核范圍之內(nèi)。

(二)對(duì)實(shí)踐教學(xué)重視不夠,教學(xué)內(nèi)容設(shè)置流于形式

大學(xué)生和年輕教師受傳統(tǒng)學(xué)科型教育理念的影響,對(duì)實(shí)踐教學(xué)在“創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)”人才培養(yǎng)中的重要作用認(rèn)識(shí)不足,此外在教學(xué)模式和課程設(shè)置時(shí)過于強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論知識(shí)教育,導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際工作能力沒有得到很好的訓(xùn)練,使高等教育脫離生產(chǎn)實(shí)際和就業(yè)需要,造成畢業(yè)生高分低能,難以就業(yè)。

(三)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)體系封閉、延后、被動(dòng)

大多數(shù)高校的實(shí)踐性教學(xué)項(xiàng)目仍附屬理論教學(xué)且滯后于科技發(fā)展的前沿技術(shù),內(nèi)容單一、設(shè)備陳舊,缺乏課程、學(xué)科、領(lǐng)域等方面的“跨域交融”,從而造成學(xué)生動(dòng)手操作機(jī)會(huì)少、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)積極性不高和被動(dòng)學(xué)習(xí)等問題。

(四)實(shí)踐教學(xué)環(huán)境建設(shè)和經(jīng)費(fèi)投入不足

實(shí)踐教學(xué)環(huán)境(實(shí)習(xí)基地、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等)建設(shè)是實(shí)施素質(zhì)教育、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力的根本前提,但長(zhǎng)期以來大多數(shù)高校實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)普遍不足,致使實(shí)驗(yàn)室、校內(nèi)實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)相對(duì)滯后,校外實(shí)踐教學(xué)基地缺乏穩(wěn)定性和連續(xù)性,從而嚴(yán)重影響實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)定與提升。

(五)實(shí)踐教學(xué)師資不足、技能水平較低

實(shí)踐教學(xué)教師既是傳授知識(shí)和技能的教師,又是工程師和管理師,在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力方面起著非常重要的作用。但目前受高校人事制度限制,新進(jìn)教師都是“從高校走向高?!钡母邔W(xué)歷人才,理論知識(shí)雄厚,普遍缺乏實(shí)踐鍛煉,很難培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)踐技能。

二、基于CDIO教育理念的專業(yè)課程體系建設(shè)

CDIO工程教育模式是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果[7-8]。CDIO 代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operate),它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體,讓學(xué)生以主動(dòng)、實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)的方式學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。

我校車輛工程專業(yè)現(xiàn)有汽車工程和城市軌道車輛兩個(gè)專業(yè)方向。在構(gòu)建專業(yè)主干課程體系過程中,充分考慮到作為現(xiàn)代汽車領(lǐng)域的工程師,應(yīng)該能綜合運(yùn)用科學(xué)的方法及觀點(diǎn)和技術(shù)手段來分析與解決各種工程問題,并能承擔(dān)工程技術(shù)中開發(fā)與應(yīng)用任務(wù)的基本要求,因此借鑒國(guó)際CDIO先進(jìn)教學(xué)理念和經(jīng)驗(yàn),提出了基于知識(shí)(Knowledge)、能力(Ability)、素質(zhì)(Quality)的KAQ-CDIO專業(yè)課程體系內(nèi)涵,圖1所示為車輛工程(汽車)專業(yè)主干課程體系。該體系中加強(qiáng)了課程之間的交融和關(guān)聯(lián),并通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

圖1 車輛工程專業(yè)主干課程結(jié)構(gòu)體系和實(shí)踐教學(xué)體系

三、基于CDIO教育理念的實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)

專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生基本知識(shí)技能和提高學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力等方面,具有非常重要的地位[9-11]。因此,以“工程教育”為理念,以“項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)”為載體,轉(zhuǎn)變專業(yè)模塊課實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和手段,制定切實(shí)可行的專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo),是改進(jìn)專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必然。為此,我校車輛工程專業(yè)改變了以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念,強(qiáng)化課程交融、整合和優(yōu)化專業(yè)模塊課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,全面開放實(shí)驗(yàn)室,并以競(jìng)賽為載體加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合,從根本上改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,構(gòu)建了車輛工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式與體系。

(一)強(qiáng)化課程交融,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊化

專業(yè)模塊課實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系首先應(yīng)打破課程的界限,以強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線,按照專業(yè)模塊課屬性、課程地位、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目的及技能培養(yǎng)要求,將課程實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)知識(shí)層實(shí)驗(yàn)、專業(yè)技能層實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)層實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次,每個(gè)層次對(duì)應(yīng)若干專業(yè)模塊課程,并由若干實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)成專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的總體框架,如圖1所示。

基礎(chǔ)知識(shí)層主要針對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課程,培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)理論課程實(shí)驗(yàn)的基本操作方法、實(shí)驗(yàn)技能、理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)學(xué)風(fēng)。包括基礎(chǔ)理論驗(yàn)證模塊(由理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理等課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組成)、測(cè)試技能模塊(由電工電子技術(shù)、汽車測(cè)試技術(shù)、車輛振動(dòng)理論等課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容組成)。在這一層面除了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目外,還可以通過專業(yè)基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)課、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大賽、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、汽車文化節(jié)等實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和學(xué)習(xí)積極性[12]。

專業(yè)技能層主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)汽車數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真的應(yīng)用能力。采用以工程項(xiàng)目為導(dǎo)向,將汽車CAD/CAE/CAM及現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法等課程內(nèi)容融合起來,通過綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或CAD/CAE大賽等手段,理論聯(lián)系實(shí)際,強(qiáng)化學(xué)生工程應(yīng)用能力。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)層主要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行獨(dú)立發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力,重點(diǎn)培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力,包括汽車結(jié)構(gòu)模塊、創(chuàng)新設(shè)計(jì)模塊、綜合設(shè)計(jì)模塊等。

(二)整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)理論教學(xué)的有益補(bǔ)充,是學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)過程。根據(jù)專業(yè)課程的屬性和地位,整合和優(yōu)化課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,獨(dú)立設(shè)置實(shí)驗(yàn)課并建立獨(dú)立的考核機(jī)制,從而將“課實(shí)驗(yàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?shí)驗(yàn)課”,這不僅增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的機(jī)動(dòng)性,而且加強(qiáng)了相關(guān)課程知識(shí)間的交融和關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)了“指導(dǎo)—引導(dǎo)—探討”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,以提高綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開出效果。

我校車輛工程專業(yè)根據(jù)專業(yè)基礎(chǔ)課程屬性和課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要,開設(shè)了車輛工程專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課和專業(yè)模塊實(shí)驗(yàn)課。如將CAD/CAM、有限元基礎(chǔ)、車輛優(yōu)化設(shè)計(jì)、車輛控制理論等課程的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合和優(yōu)化,開設(shè)汽車數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真綜合性實(shí)驗(yàn);將汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)、汽車?yán)碚摰日n程的部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合,開設(shè)汽車拆裝實(shí)習(xí)和汽車創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等實(shí)驗(yàn)教學(xué)周,以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)單獨(dú)設(shè)課的初步實(shí)施。

(三)開放實(shí)驗(yàn)室,加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)

公開實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間,學(xué)生可以根據(jù)所學(xué)知識(shí)及課程要求自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,再結(jié)合項(xiàng)目研究需要,預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室對(duì)實(shí)驗(yàn)開放時(shí)間進(jìn)行科學(xué)安排,并安排教師進(jìn)行指導(dǎo),從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,使其真正成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體,以加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

(四)以競(jìng)賽為載體,創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)理念和考核模式

針對(duì)專業(yè)模塊課實(shí)驗(yàn)教學(xué)涉及面廣、耗時(shí)較長(zhǎng)、連續(xù)運(yùn)行、學(xué)生自主設(shè)計(jì)不足等問題,采取以競(jìng)賽為載體的專業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,即結(jié)合專業(yè)模塊課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求,設(shè)計(jì)各種競(jìng)賽活動(dòng),如綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)大賽,汽車創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽,“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生科技創(chuàng)新大賽,飛思卡爾智能汽車大賽,節(jié)能小車大賽等,全方位培養(yǎng)學(xué)生分析、設(shè)計(jì)、制造等方面的工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力,并可以將此類競(jìng)賽成績(jī)作為學(xué)生專業(yè)模塊實(shí)驗(yàn)課及工程實(shí)踐的考核結(jié)果,從而有效提高學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性和分析問題、解決問題的綜合能力。

四、建立產(chǎn)學(xué)研用合作的多元推動(dòng)機(jī)制

(一)加強(qiáng)校內(nèi)工程實(shí)踐基地建設(shè),突出工程實(shí)踐教學(xué)的綜合性與設(shè)計(jì)性

改造校內(nèi)工程訓(xùn)練中心,改革傳統(tǒng)金工實(shí)習(xí)單純操作式的實(shí)習(xí)內(nèi)容,增加面向設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試內(nèi)容。購(gòu)置數(shù)控加工中心、圖形工作站、工業(yè)機(jī)器人、電工與電子綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等設(shè)備,建立集計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子、汽車傳動(dòng)與控制等綜合技術(shù)為一體的現(xiàn)代工程技術(shù)訓(xùn)練中心。學(xué)生在其中除了進(jìn)行金工、電工電子等方面的基本技能訓(xùn)練外,還可進(jìn)行包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、汽車數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真等創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練。

(二)建立穩(wěn)定的校外工程實(shí)踐基地,突出產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的多向推動(dòng)機(jī)制

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下企業(yè)更注重直接經(jīng)濟(jì)效益和安全生產(chǎn),普遍不愿接受學(xué)生的實(shí)習(xí),即便是接受也是被動(dòng)接受,學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)踐機(jī)會(huì)很少,以致實(shí)習(xí)效果很不理想。要改變這種現(xiàn)狀,其核心問題在于探索出一條學(xué)校與企業(yè)合作教育的新模式。這需要從兩個(gè)層面開展工作,一是推動(dòng)建立產(chǎn)學(xué)研全方位合作的機(jī)制,二是學(xué)校自身要適應(yīng)企業(yè)改革的趨勢(shì),優(yōu)化工程實(shí)踐教學(xué)的組織與管理。為此,我校按照建立產(chǎn)學(xué)雙方共同參與、雙向推動(dòng)的工程實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行機(jī)制,建立了穩(wěn)定、可行的校外實(shí)踐教學(xué)基地[13]。

(三)實(shí)施大學(xué)生課外創(chuàng)新行動(dòng),強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力

學(xué)校制定了“大學(xué)生課外創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”,包括科學(xué)研究訓(xùn)練、工程實(shí)踐訓(xùn)練、課外創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)等。在這些活動(dòng)中,積極推進(jìn)以“項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)”為載體的實(shí)踐教學(xué)模式,有計(jì)劃地組織學(xué)生參與教師的科研課題,學(xué)生也可自己提出研究型項(xiàng)目方案,學(xué)校酌情給予資助,學(xué)生自主在課外到校內(nèi)工程實(shí)踐基地進(jìn)行研究,從而實(shí)現(xiàn)課堂理論教學(xué)與課外創(chuàng)新活動(dòng)的有機(jī)結(jié)合及學(xué)生智力與非智力的協(xié)調(diào)發(fā)展,強(qiáng)化了學(xué)生的工程實(shí)踐和自我發(fā)展能力?!按髮W(xué)生課外創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”已成為重慶交通大學(xué)機(jī)電與汽車工程學(xué)院“重實(shí)踐、強(qiáng)能力”的一個(gè)顯著特色。

實(shí)踐證明,基于CDIO工程教育理念的實(shí)踐教學(xué)運(yùn)行模式和手段實(shí)現(xiàn)了理論知識(shí)與工程實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合,既解決了專業(yè)課程抽象、枯燥的授課難題,又充分提高了學(xué)生的工程實(shí)踐及創(chuàng)新能力,這種實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)理念和模式深受廣大學(xué)生的好評(píng),取得了良好的教學(xué)效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

提高學(xué)生的綜合素質(zhì),增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力是21世紀(jì)我國(guó)高等工程教育的重要使命。高等院校應(yīng)轉(zhuǎn)變教育觀念,以現(xiàn)有實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ),建立“跨域交融”的“大實(shí)踐觀”教學(xué)運(yùn)行模式,推動(dòng)多層次、全方位的協(xié)調(diào)與配合,才能真正培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代工程技術(shù)發(fā)展需求的綜合型專業(yè)人才。

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