基于CDIO人才培养模式的机械电子工程专业实践教学体系的改革与探索

基于CDIO 人才培养模式的机械电子工程专业

实践教学体系的改革与探索

王 伟, 王殿君, 申爱明, 林顺英, 陈 亚, 代峰燕

(北京石油化工学院机械工程学院,北京 102617)

摘 要:CDIO 是美国麻省理工学院工程教育的一种经典模式.该模式强调工程教育应当关注实

践,以科技为基础,将教育过程置身于产品/系统生命周期的具体情境中,以培养新一代高水平工程

师为目标.本文介绍了CDIO 的模式及发展现状,分析了我国现行的工程教育模式存在的问题,结

合我校机械电子工程专业实践教学,阐述了运用CDIO 工程教育模式 级项目实践教学的实施过

程,探索了基于CDIO 人才培养模式的机械电子工程专业实践教学体系的改革与实践.

关键词:CDIO 模式;人才培养;实践教学;改革

中图分类号:G473 文献标识码:A 文章编号:1001-2443(2010)02-0136-03

引 言

我国现行的工程教育模式脱胎于前苏联的专业教育,该模式与现代工业发展对高级工程人才的要求不相适应,其存在的问题主要有以下几点:一是教育学术化;二是重理论轻实践;三是专业设置口径窄;四是工程教育缺乏系统规划.为了适应现代工程教育的需要,我国许多高校吸收欧美先进的CDIO 工程教育理念,结合一般工科院校应用型本科人才培养的特点,开展以 CDIO 为特色 的工程教育模式的研究与实践.我校根据石油石化行业和北京经济发展战略中优先发展现代制造业的需求,以国家级重点学科 机械电子工程专业为试点,开展了以项目为主线的CDIO 模式实践教学训练,使学生在有限的教学时间里,既能掌握课程的基本内容,又具备一定的基本技能训练和工程实践的能力,实现实用型人才培养的整体目标.

1 C DIO 的模式与发展现状

CDIO 是2001年由美国麻省理工学院联合瑞典查尔姆斯技术大学、林克平大学以及皇家技术学院3所高校,共同开发的一种全新工程教育理念和实施体系.CDIO 是英文单词 构思 (Conceive)、 设计 (Design)、 实施 (Implement)、 运行 (Operate)的缩写.其中, 构思 包括顾客需求分析,技术、企业战略和规章制度设计,发展理念、技术程序和商业计划制订; 设计 主要包括工程计划、图纸设计以及实施方案设计等; 实施 是将设计方案转化为产品的过程,包括制造、解码、测试以及设计方案的确认; 运行 则主要是通过投入实施的产品对前期程序进行评估的过程,包括对系统的修订、改进和淘汰等[1][2].CDIO 工程教育的设计灵感源于工程产品/系统的生命周期,注重培养学生掌握扎实的工程基础理论和专业知识,并在此基础上将教育过程放到工程领域的具体情境中,通过贯穿整个人才培养过程的团队设计和创新实践训练,培养专业基础扎实、职业道德高尚的新一代高水平工程师[3].

美国工程教育的发展最初主要是移植欧洲工程教育模式(特别是英国模式).这种教育模式学校没有系统化理论课程,教师以工程企业的一线工程师为主,高度关注生产实践,以提高学生解决实际问题的能力为主要教育目标.20世纪下半叶以后,随着第二次和第三次科技革命的相继到来,科学知识越来越与工程生产实践相融合,现代工程理论体系逐渐形成.工程教育逐渐从实践训练转向工程科学知识传授,教学场所从工收稿日期:2010-01-08

基金项目:北京市教改项目 一般院校高等工程教育体系改革的研究与实践 子课题(08010282007);北京市高校人才强教深化计划资助项目机

电测控技术基础课程群教学团队(PHR200907221);北京石油化工学院校级教育教学改革与研究项目(ZD200802、YB200808).作者简介:王伟(1968-),女,吉林白城人,副教授,主要从事测量与控制方面的教学和科研工作.

第33卷2期

2010年3月 安徽师范大学学报(自然科学版)Journal of Anhui Normal University (Natural Science)Vol.33No.2M ar .2010

程生产车间转移到大学教室;教师群体也从技术工程师转向工程理论研究人员.然而,近年来,工业界逐渐认识到由于严重脱离实践,高校工程专业所培养的毕业生难以适应现实工业生产的需要.为此,许多大型工业公司纷纷列出他们亟需的工程师必备素质清单(如波音公司).为解决高校教育与工业生产需要的矛盾,调整高校人才培养方式,美国工程技术认证委员会在充分调研的基础上,对工程专业毕业生人才培养目标做出了大规模调整[4].高校工程教育必须主动调整人才培养模式,以满足工业生产领域的需求.CDIO 工程教育模式就是在这种情况下应运而生的,实现了高校教育与工程实践紧密结合.

我国近年来重视开展CDIO 工程教育模式的研究和实践,并取得了一定的效果[5].2008年5月在汕头举办了 2008年中国CDIO 工程教育模式研讨会 .会议成立了 中国CDIO 工程教育模式研究与实践 课题组,课题组的任务是研究国际工程教育改革情况和CDIO 工程教育模式的理念及做法;对我国工程教育改革情况进行调研并指导有关院校开展CDIO 工程教育模式试点工作;组织开展CDIO 工程教育模式的研讨与交流活动.

2 CDIO 工程教育模式的实践与探索

长期以来,我校机械电子工程专业的人才培养定位是:面向工程实际,以培养懂技术、会管理的一线工程师为目标,探索培养 知识面宽、综合素质高、实践能力强、懂技术、会管理,具有创新精神和创新能力的工程应用型人才 新途径[6].为了在已有培养模式的基础上吸收CDIO 理念,除了合理安排涵盖本专业基本科学知识、核心工程基础知识、高级工程基础知识、工程师职业道德和操守的课程外,更要精心规划和设置独具特色的构思、设计、实施、运行项目(CDIO 项目),以引导学生对专业课程的学习兴趣并对本专业有清醒的整体认识.另外,通过CDIO 项目的实施培养学生的实践能力和创新精神.所有的项目均为团队合作项目,学生在项目进行的过程中学会综合应用知识、锻炼团队精神、学习项目组织、培养CDIO 能力、职业精神和责任感等各种素质.

根据石油石化行业和北京经济发展战略中优先发展现代制造业的需求,将典型的机电一体化设备 机器人作为我校机械电子工程培养方案中的 级项目,让学生系统掌握机器人设备 构思-设计-实施-运行 的全过程,培养出与国际接轨的合格工程师.让学生通过专业实践课体系的训练,完成构思、设计、实施、运行(CDIO)的整体训练,把学生所学过的分散的相关知识以一个完整的工程项目的形式串成一个整体,训练学生的自我更新知识的能力、人际交流能力以及对大系统的掌握、运行和调控能力.现以 擂台机器人 为例,说明我校机械电子工程专业培养方案中的CDIO 模式 级项目的实施过程.

2.1 在构思(C onceive)方面

根据任务目标,构思擂台机器人的结构和功能.将学生按5-6人一组,组成1个团队,进行擂台机器人市场调查、产品定义、可行性分析和产品功能分析,提出擂台机器人概念设计和初步结构设计.

2.2 在设计(Design)方面

对已进行概念设计(初步设计)的擂台机器人,应用工程力学、机械工程基础、控制理论等课程的知识进行整体结构设计,包括机器人机械结构的详细设计和上位机控制系统中部分接口电路等的制作、下位机部分程序编制、上下位机控制系统构置等.

2.3 在实施(Implement)方面

对已进行详细设计的擂台机器人产品进行样品制造与检验,对电控系统进行调试,并进行整个系统的加工调试与工艺试验.在项目实施过程中,要求学生轮流作为团队的负责人,以更好的培养学生的团队精神和领导能力,让学生在 级项目的实施过程中得到全面的锻炼和提高.

2.4 在运行(Operate)方面

采取学生组长负责制,组内进行分工,分别负责机械传动、电气、硬件接口和软件控制的设计和实现,但分工不分家,从考核成绩上就要求每个同学都积极参与各部分的工作,倡导团结协作的团队精神.以学生自主搭建的擂台机器人为基础,以设备运行状况、比赛的结果为依据.通过开展丰富多彩的科技活动竞赛,激发学生的创造力.课程结束时进行课程的答辩.

3 特色与创新

我校开展基于CDIO 人才培养模式的机械电子工程专业实践教学体系的实践活动,具有以下特点.13733卷第2期王伟,王殿君,申爱明,等:基于CDI O 人才培养模式的机械电子工程专业实践教学体系的改革与探索