李忠學(xué) 吳國(guó)祥

[摘要]本文介紹了CDIO的綜合工程教育理念，結(jié)合我校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)際特點(diǎn)，建立了適合我校機(jī)械類(lèi)人才培養(yǎng)的Q-CDMS課程體系。以機(jī)械設(shè)計(jì)及制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)為例，建立了橫向上遵循生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程、縱向上遵循教學(xué)業(yè)務(wù)流程的新課程體系，以此探索工程流程導(dǎo)向下大機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的課程改革。

[關(guān)鍵詞]工程教育 CDIO 機(jī)械類(lèi)課程體系 人才培養(yǎng)模式

[中圖分類(lèi)號(hào)]G64 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

一、 引言

我國(guó)高等工程教育的現(xiàn)狀是“通識(shí)型”（知識(shí)結(jié)構(gòu)由專(zhuān)業(yè)模塊和非專(zhuān)業(yè)模塊組成） 、“T型”（修學(xué)相近專(zhuān)業(yè)課程） 、“復(fù)合型”（輔修第二專(zhuān)業(yè)或修讀雙學(xué)位） 是最為常見(jiàn)的人才培養(yǎng)模式[1-4]，其課程體系設(shè)計(jì)多大沿用“通識(shí)基礎(chǔ)教育+專(zhuān)業(yè)技術(shù)教育+拓展知識(shí)教育”，這樣的課程體系體現(xiàn)了知識(shí)結(jié)構(gòu)之間的層次化和簡(jiǎn)單疊加，缺少知識(shí)點(diǎn)之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系和知識(shí)結(jié)構(gòu)的綜合化及系統(tǒng)化，不利于培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型工程科技人才。

當(dāng)前，教育部實(shí)施“質(zhì)量工程”和“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，以及北京大學(xué)“元培計(jì)劃”、浙江大學(xué)“國(guó)家綜合工程教育人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)”等正在致力于我國(guó)高等工程教育人才培養(yǎng)模式的改革，其核心思想就是要探索“面向工程問(wèn)題，回歸工程實(shí)踐”的綜合工程教育體系 ，以便科學(xué)地解決綜合工程教育中存在的諸多問(wèn)題 [5，6]?；诖?，本文以工程流程為導(dǎo)向，打破理工、人文社科的課程界限和框架，通過(guò)跨學(xué)科的綜合性研究，將CDIO工程教育理念與知識(shí)技能教育相融合，使自然科學(xué)與人文科學(xué)、數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)與工程基礎(chǔ)知識(shí)相互交叉、相互滲透和相互融合，構(gòu)建我校大機(jī)械類(lèi)學(xué)科的課程體系，使學(xué)生理解工程是在分析基礎(chǔ)上的綜合、整合或集成，而不是將工程簡(jiǎn)單地等于技術(shù)，尤其要強(qiáng)調(diào)工程除了生產(chǎn)性的設(shè)計(jì)、制造（建造） 外，工程還包括管理、服務(wù)、流通、經(jīng)營(yíng)等內(nèi)容。

二、 機(jī)械類(lèi)課程的Q-CDMS體系構(gòu)建

CDIO 代表構(gòu)思（conceive） 、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)施（implement） 和運(yùn)行（operate） ，它是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思、研發(fā)、運(yùn)行、改良到廢棄的生命周期全過(guò)程，包含了工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐、工程服務(wù)在內(nèi)的完整價(jià)值鏈與過(guò)程鏈，全方位地體現(xiàn)了綜合工程教育的系統(tǒng)思想、教育環(huán)境、培養(yǎng)模式和創(chuàng)新實(shí)踐[7，8]。CDIO的工程教育理念切合了當(dāng)前我國(guó)高等工程教育改革的需要，提供了科學(xué)解決綜合工程教育中諸多問(wèn)題的架構(gòu)和途徑。

我國(guó)工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在四年中，通常要修讀幾十門(mén)課程，但是學(xué)生并不清楚課程之間的相互作用與聯(lián)系。對(duì)此，我們采用CDIO的工程教育理念梳理眾多課程在工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐、工程服務(wù)等環(huán)節(jié)中的內(nèi)在作用，將課程中的工程知識(shí)和非工程知識(shí)科學(xué)、合理的納入工程范疇，按工程流程組織課程體系，構(gòu)建我校大機(jī)械類(lèi)課程的Q-CDMS體系，如圖1所示。其中Q（Quality）代表學(xué)科知識(shí)與工程基礎(chǔ)知識(shí)，旨在形成良好的學(xué)科知識(shí)和工程技能素質(zhì)，掌握分析、解決工程問(wèn)題的方法與工具；C（Conceive）代表工程與產(chǎn)品認(rèn)知，旨在形成良好的工程職業(yè)素養(yǎng)，學(xué)會(huì)提煉工程問(wèn)題；D（Design）代表工程與產(chǎn)品設(shè)計(jì)，旨在形成良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，學(xué)會(huì)解決工程問(wèn)題的流程；M（manufacture）代表工程實(shí)施與產(chǎn)品制造，旨在形成良好的企業(yè)與技術(shù)管理能力，學(xué)會(huì)實(shí)施工程問(wèn)題的流程；S（Service）代表工程與產(chǎn)品服務(wù)，旨在形成良好的溝通能力，學(xué)會(huì)分析工程問(wèn)題的循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論與再制造工程。

圖1：機(jī)械類(lèi)人才培養(yǎng)的Q-CDMS綜合工程教育方案設(shè)計(jì)

Fig.1 project design of integrated engineering education Q-CDMS for talent cultivation of mechanical engineering

大機(jī)械類(lèi)課程的Q-CDMS體系設(shè)計(jì)將每門(mén)課程深度嵌入工程流程的各個(gè)環(huán)節(jié)，課程之間不再是簡(jiǎn)單的羅列，消除了課程之間內(nèi)在關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的弊端，同時(shí)，課程的深度嵌入，也符合CDIO工程教育中課程體系設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的11條檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。特別需要強(qiáng)調(diào)的是在Q-CDMS課程體系設(shè)計(jì)中，我們對(duì)現(xiàn)有課程體系中關(guān)于工程實(shí)踐方面的內(nèi)容進(jìn)行了徹底的改變，將隨課實(shí)驗(yàn)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行整合重組，其基本思路如下：

1）Q-CDMS課程體系取消所有的隨課實(shí)驗(yàn)，以集中的4個(gè)階段性的實(shí)踐訓(xùn)練代替之，從工程流程的角度將與工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)施、工程服務(wù)等環(huán)節(jié)相關(guān)的課程內(nèi)容逐層推進(jìn)，加強(qiáng)課程與實(shí)踐之間的聯(lián)系；

2）采用視頻教學(xué)和企業(yè)參觀相結(jié)合原則，加強(qiáng)產(chǎn)品認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的重要性，結(jié)合金工實(shí)習(xí)，深入理解產(chǎn)品整體及零部件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品零部件制造與產(chǎn)品裝配等生產(chǎn)過(guò)程；

3）取消課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)，以產(chǎn)品認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)與金工實(shí)習(xí)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品BOM表設(shè)計(jì)模塊為實(shí)踐第一環(huán)節(jié)，提煉相關(guān)的核心知識(shí)點(diǎn)，以此設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)核心課程；以產(chǎn)品設(shè)計(jì)訓(xùn)練模塊替代現(xiàn)有的課程設(shè)計(jì)，以產(chǎn)品制造訓(xùn)練模塊代替生產(chǎn)實(shí)習(xí)，強(qiáng)化核心知識(shí)點(diǎn)及課程內(nèi)容；以產(chǎn)品再制造工程的綜合訓(xùn)練模塊代替畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)綜合運(yùn)用各科知識(shí)的能力和解決工程問(wèn)題的能力。

通過(guò)上述思路和大工程教育思想的指導(dǎo)，機(jī)械類(lèi)課程的Q-CDMS體系可結(jié)合各專(zhuān)業(yè)自身的特點(diǎn)和學(xué)科特點(diǎn)，面向特定的工程對(duì)象和工程實(shí)踐教學(xué)規(guī)律，依據(jù)圖1描述的工程流程，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的核心課程，把相互獨(dú)立的理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)融合為一個(gè)整體，建立新型的課程體系，促進(jìn)學(xué)生的工程創(chuàng)新和科技創(chuàng)新能力。

三、 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的課程體系設(shè)計(jì)

基于機(jī)械類(lèi)課程的Q-CDMS體系架構(gòu)，我們針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，以工程流程為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)了其詳細(xì)的課程體系。新課程體系在橫向上遵循“產(chǎn)品認(rèn)知-產(chǎn)品BOM表設(shè)計(jì)-典型化產(chǎn)品零部件-產(chǎn)品材料設(shè)計(jì)-產(chǎn)品零部件造型設(shè)計(jì)與技術(shù)設(shè)計(jì)-產(chǎn)品制造-產(chǎn)品服務(wù)-產(chǎn)品再制造工程”的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程，在縱向上遵循“產(chǎn)品工程流程-知識(shí)點(diǎn)提煉-核心課程設(shè)計(jì)-輔助課程設(shè)計(jì)-工程實(shí)踐-教學(xué)目標(biāo)點(diǎn)”的教學(xué)業(yè)務(wù)流程，如表1所示。

表1：以工程流程為導(dǎo)向的機(jī)械設(shè)計(jì)及其制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的課程體系設(shè)計(jì)

Table 1 design of curriculum system based on engineering flow process for the specialty of mechanical design and manufacturing automation

表1中，依據(jù)縱橫方向交叉點(diǎn)處的知識(shí)點(diǎn)分解與實(shí)踐需要，設(shè)置了21門(mén)核心課程和27門(mén)輔助課程，這些課程深度嵌入在由企業(yè)業(yè)務(wù)流程和高校教學(xué)業(yè)務(wù)流程相結(jié)合的矩陣式課程體系中，從更深的工程實(shí)踐層次上將設(shè)置的核心課程和輔助課程集群化，形成了產(chǎn)品認(rèn)識(shí)課程群、產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程群、產(chǎn)品制造課程群、控制課程群和管理課程群，再加上與學(xué)科基礎(chǔ)相關(guān)的科學(xué)課程群（數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、工程學(xué)），即可構(gòu)成完備的機(jī)械設(shè)計(jì)及制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系。

四、 結(jié)論

工程教育是關(guān)于工程職業(yè)的專(zhuān)業(yè)教育，現(xiàn)有的工程教育模式缺乏跨學(xué)科、跨部門(mén)的交叉合作，實(shí)踐性與綜合性不強(qiáng)，且課程體系、教學(xué)方式、考試評(píng)價(jià)方式等均需要在現(xiàn)代工程背景下重新審視。本文建立的機(jī)械類(lèi)人才培養(yǎng)的Q-CDMS課程體系，對(duì)現(xiàn)有工程實(shí)踐方面的內(nèi)容進(jìn)行了徹底的改變，將隨課實(shí)驗(yàn)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行整合重組，整合為產(chǎn)品認(rèn)識(shí)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造和綜合訓(xùn)練的四個(gè)階段性、可操作性較強(qiáng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。并結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)及制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，建立了橫向上遵循生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程、縱向上遵循教學(xué)業(yè)務(wù)流程的新的矩陣式課程體系，設(shè)置了21門(mén)核心課程和27門(mén)輔助課程，從更深的工程實(shí)踐層次上形成了產(chǎn)品認(rèn)識(shí)課程群、產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程群、產(chǎn)品制造課程群、控制課程群和管理課程群，與學(xué)科基礎(chǔ)課程群（數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、工程學(xué)）構(gòu)成了完備的機(jī)械設(shè)計(jì)及制造自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)課程體系。

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（作者單位：蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 甘肅蘭州）