基于CDIO理念的實(shí)踐教學(xué)探索研究

王華豐

（寧波大紅鷹學(xué)院機(jī)電學(xué)院，浙江 寧波 315175）

1 引言

應(yīng)用型本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)是以解決生產(chǎn)、管理、服務(wù)等現(xiàn)場(chǎng)問題為主的應(yīng)用工程師，其培養(yǎng)的突出特征是既需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，更要突出以能力為本的工程師能力培養(yǎng)與訓(xùn)練，提高學(xué)生的綜合能力和素養(yǎng)，并注重學(xué)生解決問題的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[1]。

CDIO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)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO的核心理念是可以充分利用課程教學(xué)、自主學(xué)習(xí)的條件，在盡可能地接近工程和科研實(shí)際，讓學(xué)生在工程實(shí)踐環(huán)境中以實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)，盡可能地模擬參與工程的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作過程，使學(xué)生對(duì)工程具有全面的認(rèn)識(shí)，從而達(dá)到CDIO培養(yǎng)大綱中工程畢業(yè)生能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面的目標(biāo)[2]，更好地滿足社會(huì)對(duì)學(xué)生工程技術(shù)人才的要求。在實(shí)際的教學(xué)設(shè)計(jì)中，可以將依附于理論教學(xué)中的分散的實(shí)驗(yàn)課和課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)加以高度集中，形成分層次、分階段、分步實(shí)施和循環(huán)設(shè)置的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生能在做中學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)性，以達(dá)到人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

2 應(yīng)用型本科實(shí)踐教學(xué)體系現(xiàn)狀

應(yīng)用型本科教育中，實(shí)踐教學(xué)作為教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的重要手段[3]。目前，應(yīng)用型本科院校在實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)的教育思想上，雖然在近幾年來在實(shí)踐教學(xué)上的重視程度大大增強(qiáng)，但是傳統(tǒng)高校的重理論輕實(shí)踐的觀念仍然存在，實(shí)踐教學(xué)地位有待進(jìn)一步提高，在教學(xué)體系上，實(shí)踐教學(xué)常常被當(dāng)作理論教學(xué)的附屬物，缺乏實(shí)踐教學(xué)體系的獨(dú)立性，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)不論是在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上還是課堂教學(xué)上都被看作輔助理論學(xué)習(xí)理解而存在，因此，前后課程關(guān)系實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容都是孤立存在的，相互之間基本沒有聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)上基本與工程、教師科研等實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)作理論知識(shí)的綜合應(yīng)用檢驗(yàn)，學(xué)生實(shí)踐為掌握理論教學(xué)而設(shè)置的現(xiàn)象普遍存在。由于教學(xué)內(nèi)容的孤立和脫離工程實(shí)際，學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)踐課程的探索興趣，學(xué)習(xí)的積極性不高，教師在教學(xué)上缺乏采取有效的教學(xué)手段和教學(xué)載體，教師與學(xué)生的互動(dòng)性較差，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)和學(xué)生的工程素質(zhì)培養(yǎng)很難符合社會(huì)對(duì)人才的實(shí)際需求。因此，根據(jù)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)和特點(diǎn)，必須積極探索應(yīng)用型本科實(shí)踐教學(xué)的規(guī)律，將實(shí)踐環(huán)節(jié)作為培養(yǎng)學(xué)生工程能力和工程素質(zhì)的重要途徑，構(gòu)建與理論教學(xué)相互聯(lián)系又相對(duì)獨(dú)立的，由實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)、科技競(jìng)賽與科技創(chuàng)新活動(dòng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)等主要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)組成的實(shí)踐教學(xué)體系。

3 以CDIO為理念的實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)

借鑒CDIO工程教育標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和企業(yè)、社會(huì)的發(fā)展需要，以工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為根本，培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)能力和技術(shù)管理為主線，分析并確定由基本實(shí)踐能力、專業(yè)實(shí)踐能力、工程實(shí)踐創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)和社會(huì)適應(yīng)能力組成的專業(yè)能力和素質(zhì)要求。重視培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力，分析高級(jí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)際，制定將實(shí)踐教學(xué)與工程實(shí)踐集于一體的教學(xué)體系。一體化的實(shí)踐教學(xué)以能力培養(yǎng)為本位，以綜合性的工程實(shí)踐項(xiàng)目為骨干，將課程實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)踐實(shí)習(xí)等課程內(nèi)容有機(jī)整合，完成學(xué)生的專業(yè)工程實(shí)踐能力、職業(yè)素養(yǎng)等培養(yǎng)要求。

結(jié)合應(yīng)用型本科培養(yǎng)目標(biāo)，在專業(yè)中設(shè)立合適數(shù)目的具有典型意義、貼近實(shí)際的工程項(xiàng)目，將工程項(xiàng)目?jī)?nèi)容分解在學(xué)生的課程實(shí)踐體系中，將以課程為體系實(shí)踐環(huán)節(jié)中的分散的子項(xiàng)目構(gòu)成整體的工程項(xiàng)目，以探索性的方式促使學(xué)生完成各個(gè)子項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)等內(nèi)容，從而在整個(gè)培養(yǎng)計(jì)劃中完成一定數(shù)量的貼近工程實(shí)際的項(xiàng)目。以電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)為例，根據(jù)專業(yè)方向和專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合工程實(shí)際案例和科研案例設(shè)定5～6個(gè)一級(jí)項(xiàng)目，要求一級(jí)項(xiàng)目中包含內(nèi)容涵蓋不同的專業(yè)技術(shù)方向。以“恒壓供水控制系統(tǒng)”為例，說明其實(shí)踐體系的建立和設(shè)計(jì)過程，在該項(xiàng)目中以多臺(tái)電機(jī)的向水箱供水的控制系統(tǒng)作為一級(jí)項(xiàng)目，由此根據(jù)工程需要分解成傳感器部分、智能單元部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分和控制器設(shè)計(jì)部分，傳感器部分、智能單元部分、執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分和控制器設(shè)計(jì)部分實(shí)現(xiàn)則是包含在《傳感器檢測(cè)技術(shù)》《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》《電氣控制與PLC》等課程的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)中。

針對(duì)專業(yè)課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在基礎(chǔ)課程上設(shè)置同樣具有針對(duì)性的，與一級(jí)項(xiàng)目?jī)?nèi)容緊密相連的實(shí)踐環(huán)節(jié)，比如在傳感器技術(shù)中的“壓電傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)——液位測(cè)量”實(shí)驗(yàn)，需要先期了解橋式電路和放大電路，因此，在《模擬電子技術(shù)》課程中設(shè)置“壓電傳感器放大電路設(shè)計(jì)”和“應(yīng)用實(shí)驗(yàn)——液位監(jiān)測(cè)及控制電路計(jì)”實(shí)驗(yàn)，作為傳感器技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

在這種實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)模式設(shè)計(jì)上考慮了素質(zhì)教育的培養(yǎng)，通過對(duì)每一個(gè)項(xiàng)目的考核和評(píng)價(jià)，通過答辯的環(huán)節(jié)注重學(xué)生對(duì)誠信和實(shí)干的培養(yǎng)，通過小組形式和工程的整體性設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)能力和組織協(xié)調(diào)能力。由此可見，這種自成體系的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容包含了對(duì)學(xué)生理論知識(shí)掌握、工程素質(zhì)的培養(yǎng)、職業(yè)道德、責(zé)任感及終生學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)等的各種教育集成。

由上述可見，根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和工程應(yīng)用型人才的需求以及結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)的側(cè)重方向，專業(yè)總體上設(shè)置5～7個(gè)典型性，知識(shí)面涵蓋盡可能廣的工程一級(jí)項(xiàng)目，在項(xiàng)目基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)的分解，形成不同課程的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)。每個(gè)項(xiàng)目在每門課程中形成的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)以及少量的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)構(gòu)成該課程的實(shí)踐主體。

在驗(yàn)證教學(xué)過程中重視對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核和評(píng)價(jià)，每一個(gè)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)生成績(jī)必須有三方面組成：第一，實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)完成的實(shí)物進(jìn)行評(píng)價(jià)和驗(yàn)收，占總成績(jī)的50%；第二，實(shí)驗(yàn)或課程設(shè)計(jì)報(bào)告，必須具有完成過程描述和分析，占成績(jī)的20%；第三，每個(gè)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行小組答辯，占成績(jī)的30%，以此來培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新和語言組織和表達(dá)能力。

在重視課內(nèi)實(shí)踐環(huán)節(jié)教育的同時(shí)，積極鼓勵(lì)學(xué)生將對(duì)項(xiàng)目的探索學(xué)習(xí)應(yīng)用在課外學(xué)習(xí)和創(chuàng)新上，實(shí)現(xiàn)課內(nèi)的實(shí)踐環(huán)節(jié)向課外的延伸和發(fā)展，全面培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力。筆者所在專業(yè)通過將單片機(jī)開發(fā)板發(fā)放給每一個(gè)學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生組成小組進(jìn)行項(xiàng)目探索等方法，取得了較好的成績(jī)，學(xué)生在省市級(jí)以上的大賽上和專利申請(qǐng)等方面的成績(jī)得到了大幅進(jìn)步。

4 結(jié)語

工科類課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)基本上是實(shí)戰(zhàn)性很強(qiáng)的，結(jié)合理論與實(shí)踐，邊學(xué)邊做是一種快捷的學(xué)習(xí)方法，所以在教學(xué)中始終堅(jiān)持“做中學(xué)”的原則。一邊加深學(xué)生對(duì)理論的理解，另一方面增加學(xué)生對(duì)課程學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)的了解，形成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中層層深入的探索興趣，以及最終完成工程項(xiàng)目的成就感。

這種實(shí)踐教學(xué)方式有助于打破課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)只局限于為學(xué)生加深理論認(rèn)知服務(wù)的橫向作用，提高了實(shí)踐課程的縱向聯(lián)系，即課程的實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)在整個(gè)專業(yè)培養(yǎng)中不再是一個(gè)孤立的實(shí)驗(yàn)，而是整個(gè)培養(yǎng)計(jì)劃中的有機(jī)組成部分，突出和提高了實(shí)踐環(huán)節(jié)在整個(gè)培養(yǎng)計(jì)劃中的作用，符合應(yīng)用型本科的培養(yǎng)方式和培養(yǎng)目的。