基于CDIO理论的材料成型专业人才培养模式探索
发布时间:2017-09-29 08:38 来源:未知 点击:
基于CDIO理论的材料成型专业人才培养模式探索
钱芳，王利华
（内蒙古民族大学机械工程学院，内蒙古通辽 028000）
摘 要：CDIO是以“构思-设计-实施-运作”为核心的工程教育理念，在探索材料成型专业创新培养模式的改革中起到了重要的指导作用。在旧的培养模式下，学生不清楚自己的专业方向，不懂得如何将所学课程与实际工程项目相结合。在此基础上提出了以材料工程项目为引导，以实践操作环节为核心的创新型人才培养模式。
关键词：CDIO理念；材料成型；创新培养；实践操作
随着经济社会的不断发展，新材料的开发、材料的成型加工技术手段的出现，跨学科之间的合作，使材料成型技术得以迅速发展。自教育部1998年增设了材料成型及控制工程专业，多数学校将锻压、模具、铸造、焊接等热加工单一专业转向材料成型专业的建设。旧的专业教育模式相对现代化产业发展已明显滞后，不能很好地满足工业时代的需求，结合CDIO工程教育模式，培养新时代创新型材料成型专业人才成为民族高校教育工作者面对的新课题。
一、CDIO理念
该理念是以构思-设计-实施-运作为核心，用来诠释产品或系统全新的生命周期概念。CDIO是国际工程教育与人才培养的创新模式，强调综合的创新能力与社会大环境的协调发展；对于学生，则更关注其实践能力的培养，期望工程教育的毕业生能够发展成完整、成熟、有思想的个体。国内的汕头大学、云南大学等学校率先开始研究并制定了CDIO理论的人才培养计划，分别在2006级和2008级本科生中全面推行，目前已取得了一定的成果。这个模式继承和发展了欧美20多年以来的工程教育改革的理念，更重要的是提出了系统的能力培养、实施指导，以及实施过程和结果检验的12条标准，具有很强的可操作性。
二、材料成型专业CDIO人才培养模式的确立
材料成型及控制工程专业是一个具有材料学科特征的机械类学科，其基础知识构成包括机械设计理论及材料成型理论。目标是要培养具备扎实的专业理论知识，掌握金属材料及高分子材料成型的专业基础，掌握材料成型方法及工艺分析技能的高级工程技术人员。并要求学生在金属液态成型、塑性成型、焊接成型、材料制备、生产管理等方面具有实践能力和创新精神。我校自2011年开始招收材料成型专业本科学生，教育平台以通识教育、学科教育、专业教育为划分，其中必须掌握的知识结构包括工程制图、计算、实验、测试、文献检索和工艺操作等基本技能及较强的计算机和外语应用能力；另一方面是能力结构，内容覆盖理论力学、材料成型原理、塑料成型工艺与模具设计、材料成型设备、三维实体造型等课程。要求学生在四年的大学学习过程中掌握扎实的专业基础理论，具备较强的实践创新能力，接受现代材料成型工程师的基本训练，了解学科前沿及发展趋势，能够掌握常用材料的加工工艺及模具设计制造技能，并能够组织生产管理，具有良好的职业操守和敬业精神、较强的自学能力和创新意识。
三、CDIO理论的实施与创新能力培养体系
学习是一种活动和构建过程，学习必须处于丰富的情境中。CDIO的理论模式将培养目标由低到高划分为三个层次，在加工实训及项目或课题层次中，让学生身临其境进行学习。
1.理论教学体系。第一阶段，按照CDIO大纲要求，以项目为引导建立个性化的知识体系。培养学生的工程师职业道德，基本理论知识，个人能力和职业技能，人际交流与合作能力，在企业和社会环境中构思、设计、执行和使用各种系统的能力。具体到课程结构上，包括数学和逻辑学的基础知识；自然科学与工程技术理论及其前沿知识；社会科学知识；专业理论及服务于本专业的其他常识。以工程项目为引导，设置不同形式的课程群，有针对性地从基础理论到机械制造，再到材料加工逐渐建立起完整的知识体系。根据课程性质选择项目设计或加工实训内容；学生通过整合所学理论来完成他们的项目。以专业主干课《材料成型原理》为例，全书主要内容涵盖金属液态成型、塑性成型及连接成型工艺理论。金属液态成型及连接成型部分主要从金属原子的微观角度进行推理、验证、分析，其中涉及到流体力学、物理化学、概率学等多学科的基础知识，金属塑性成型部分则更多地借助数学、弹塑性力学为分析计算工具，还有很多基础课程内容做为理解分析的依据。这样，就形成了针对材料成型专业的理论课程群，学生从大学初始阶段学起，在这样的课程群里逐渐形成自己的知识体系，为之后的项目学习阶段奠定了理论基础，同时还可根据项目的内容自行选择需要学习的课程。学生可以在已有的校内选课范围内选修适合自己的课程，也可以根据自己的项目针对性地自主选择学习内容。
2.项目为引导的实践体系。创新能力是认知主体发现、分析、解决问题的认识过程和能力，受到知识结构、创新意识等心理因素、社会因素的共同影响。在第三阶段CDIO理念的设计-实施过程中，通过引入两个层面的项目训练来启发学生的创新能力。首先是在课程学习阶段，以教学改革课程《塑料成型工艺与模具设计》为例，课程划分为高分子聚合物流变理论、塑料制件成型工艺、注射模具结构设计及常用塑料成型方法几个模块。在每个模块的学习结束后，可以按小组给学生分配项目任务，教师给出范围，但不指定内容，具体的构思、设计、实施过程，均由组内学生分工合作来完成。另一个层面，要等学生经过两到三年的专业理论学习和实践操作练习后，即进入真正的项目培养阶段。在此阶段，参考我校机械设计制造专业工程师教育实验班计划，学生可以根据自身特长和兴趣有针对性地选择导师，再由导师根据所带科研项目需要来制定学生的项目课程计划，学生需要完成指定课程并修满对应的学分。其间，学生带着任务去上课，凭借之前的理论和实践基础，参与到真正的构思-设计-实施-操作环节。这样就可以将大范围的培养计划发展为针对小部分甚至个体的培养方案。在现有的材料成型设备实验室、工程材料实验室、模具室、金相室、机房等相关实验室的分工合作下，依托机械加工实训中心，建立以实验室、加工中心为基地的CDIO工作空间，形成团队项目负责制的创新实践中心，来发展跨年级、跨专业、跨学校的综合培养项目。在各方的支持下，鼓励学生在现有项目的基础上，凭借参加各类创新、创业大赛的经验，不断地发掘新思路，并付诸实践。
四、结语
在CDIO工程教育模式引导下，结合我校现有材料成型与控制工程专业学生的培养计划，实施了人才培养模式的改革探索。通过“构思-设计-实施-运作”的过程培养学生“做中学”，提高了分析、解决问题和创新实践的能力。在改革初期，还要本着“洋为中用”的态度，在探索中不断总结完善，以获得更健全、更符合时代发展的材料成型专业人才培养模式。
基金项目：国家民委高等教育教学改革研究（15085）
作者简介：钱芳（1983.1-），女，硕士，讲师，内蒙古民族大学机械工程学院。
参考文献
[1]郭建,穆云超.材料成型及控制工程专业相关问题探讨与实践[J].铸造技术,2012,33(1):36-38.
[2]梁维中,马波,王振廷等.材料成型及控制工程应用型人才培养探索[J].铸造设备与工艺,2010(1):45-47.
[3]常云龙,袁晓光,李荣德等.材料成型及控制工程特色专业建设的研究与实践[J].高等教育研究.2009,26(1)4:75-78.
[4]陶勇芳,商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究.2006,11:81-83.
[5]康全礼,陆小华,熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报.2008(31)4:15-18.
[6]Edward F.Crawley.The CDIO Syllabus:A Statement of Goals for Undergraduate Engineering[EB/OL].http://cdio.org/cdio-syllabus-rept/index.html,2008-07-1.
[7]左远志,蒋润花,杨小平.以创新设计为导向的CDIO工程教育培养模式[J].东莞理工学院学报.2010(17)3:118-122.
[8]薛颖.民族地区教育技术学专业创新人才培养模式探析[J].民族高等教育研究.2013(1)5:36-37.
The training model based on the CDIO guidance for the students of material forming professional
Qian Fang,Wang Lihua
(Inner Mongolia University for the Nationalities College of Mechanical College,Tongliao,Inner Mongolia 028000)
Abstract:CDIO theory with the core of “Conceiving-Design-Implementation-Operation”in Engineering education,played an important role in training reformation of material forming profession.In the past,students had no ideas neither about their professional target,nor the method how to combine their courses to special projects.According to this condition,this paper put forward to a new model which is guided with material projects and practices.
Key words:CDIO;material forming;innovative training;practices
钱芳，王利华
（内蒙古民族大学机械工程学院，内蒙古通辽 028000）
摘 要：CDIO是以“构思-设计-实施-运作”为核心的工程教育理念，在探索材料成型专业创新培养模式的改革中起到了重要的指导作用。在旧的培养模式下，学生不清楚自己的专业方向，不懂得如何将所学课程与实际工程项目相结合。在此基础上提出了以材料工程项目为引导，以实践操作环节为核心的创新型人才培养模式。
关键词：CDIO理念；材料成型；创新培养；实践操作
随着经济社会的不断发展，新材料的开发、材料的成型加工技术手段的出现，跨学科之间的合作，使材料成型技术得以迅速发展。自教育部1998年增设了材料成型及控制工程专业，多数学校将锻压、模具、铸造、焊接等热加工单一专业转向材料成型专业的建设。旧的专业教育模式相对现代化产业发展已明显滞后，不能很好地满足工业时代的需求，结合CDIO工程教育模式，培养新时代创新型材料成型专业人才成为民族高校教育工作者面对的新课题。
一、CDIO理念
该理念是以构思-设计-实施-运作为核心，用来诠释产品或系统全新的生命周期概念。CDIO是国际工程教育与人才培养的创新模式，强调综合的创新能力与社会大环境的协调发展；对于学生，则更关注其实践能力的培养，期望工程教育的毕业生能够发展成完整、成熟、有思想的个体。国内的汕头大学、云南大学等学校率先开始研究并制定了CDIO理论的人才培养计划，分别在2006级和2008级本科生中全面推行，目前已取得了一定的成果。这个模式继承和发展了欧美20多年以来的工程教育改革的理念，更重要的是提出了系统的能力培养、实施指导，以及实施过程和结果检验的12条标准，具有很强的可操作性。
二、材料成型专业CDIO人才培养模式的确立
材料成型及控制工程专业是一个具有材料学科特征的机械类学科，其基础知识构成包括机械设计理论及材料成型理论。目标是要培养具备扎实的专业理论知识，掌握金属材料及高分子材料成型的专业基础，掌握材料成型方法及工艺分析技能的高级工程技术人员。并要求学生在金属液态成型、塑性成型、焊接成型、材料制备、生产管理等方面具有实践能力和创新精神。我校自2011年开始招收材料成型专业本科学生，教育平台以通识教育、学科教育、专业教育为划分，其中必须掌握的知识结构包括工程制图、计算、实验、测试、文献检索和工艺操作等基本技能及较强的计算机和外语应用能力；另一方面是能力结构，内容覆盖理论力学、材料成型原理、塑料成型工艺与模具设计、材料成型设备、三维实体造型等课程。要求学生在四年的大学学习过程中掌握扎实的专业基础理论，具备较强的实践创新能力，接受现代材料成型工程师的基本训练，了解学科前沿及发展趋势，能够掌握常用材料的加工工艺及模具设计制造技能，并能够组织生产管理，具有良好的职业操守和敬业精神、较强的自学能力和创新意识。
三、CDIO理论的实施与创新能力培养体系
学习是一种活动和构建过程，学习必须处于丰富的情境中。CDIO的理论模式将培养目标由低到高划分为三个层次，在加工实训及项目或课题层次中，让学生身临其境进行学习。
1.理论教学体系。第一阶段，按照CDIO大纲要求，以项目为引导建立个性化的知识体系。培养学生的工程师职业道德，基本理论知识，个人能力和职业技能，人际交流与合作能力，在企业和社会环境中构思、设计、执行和使用各种系统的能力。具体到课程结构上，包括数学和逻辑学的基础知识；自然科学与工程技术理论及其前沿知识；社会科学知识；专业理论及服务于本专业的其他常识。以工程项目为引导，设置不同形式的课程群，有针对性地从基础理论到机械制造，再到材料加工逐渐建立起完整的知识体系。根据课程性质选择项目设计或加工实训内容；学生通过整合所学理论来完成他们的项目。以专业主干课《材料成型原理》为例，全书主要内容涵盖金属液态成型、塑性成型及连接成型工艺理论。金属液态成型及连接成型部分主要从金属原子的微观角度进行推理、验证、分析，其中涉及到流体力学、物理化学、概率学等多学科的基础知识，金属塑性成型部分则更多地借助数学、弹塑性力学为分析计算工具，还有很多基础课程内容做为理解分析的依据。这样，就形成了针对材料成型专业的理论课程群，学生从大学初始阶段学起，在这样的课程群里逐渐形成自己的知识体系，为之后的项目学习阶段奠定了理论基础，同时还可根据项目的内容自行选择需要学习的课程。学生可以在已有的校内选课范围内选修适合自己的课程，也可以根据自己的项目针对性地自主选择学习内容。
2.项目为引导的实践体系。创新能力是认知主体发现、分析、解决问题的认识过程和能力，受到知识结构、创新意识等心理因素、社会因素的共同影响。在第三阶段CDIO理念的设计-实施过程中，通过引入两个层面的项目训练来启发学生的创新能力。首先是在课程学习阶段，以教学改革课程《塑料成型工艺与模具设计》为例，课程划分为高分子聚合物流变理论、塑料制件成型工艺、注射模具结构设计及常用塑料成型方法几个模块。在每个模块的学习结束后，可以按小组给学生分配项目任务，教师给出范围，但不指定内容，具体的构思、设计、实施过程，均由组内学生分工合作来完成。另一个层面，要等学生经过两到三年的专业理论学习和实践操作练习后，即进入真正的项目培养阶段。在此阶段，参考我校机械设计制造专业工程师教育实验班计划，学生可以根据自身特长和兴趣有针对性地选择导师，再由导师根据所带科研项目需要来制定学生的项目课程计划，学生需要完成指定课程并修满对应的学分。其间，学生带着任务去上课，凭借之前的理论和实践基础，参与到真正的构思-设计-实施-操作环节。这样就可以将大范围的培养计划发展为针对小部分甚至个体的培养方案。在现有的材料成型设备实验室、工程材料实验室、模具室、金相室、机房等相关实验室的分工合作下，依托机械加工实训中心，建立以实验室、加工中心为基地的CDIO工作空间，形成团队项目负责制的创新实践中心，来发展跨年级、跨专业、跨学校的综合培养项目。在各方的支持下，鼓励学生在现有项目的基础上，凭借参加各类创新、创业大赛的经验，不断地发掘新思路，并付诸实践。
四、结语
在CDIO工程教育模式引导下，结合我校现有材料成型与控制工程专业学生的培养计划，实施了人才培养模式的改革探索。通过“构思-设计-实施-运作”的过程培养学生“做中学”，提高了分析、解决问题和创新实践的能力。在改革初期，还要本着“洋为中用”的态度，在探索中不断总结完善，以获得更健全、更符合时代发展的材料成型专业人才培养模式。
基金项目：国家民委高等教育教学改革研究（15085）
作者简介：钱芳（1983.1-），女，硕士，讲师，内蒙古民族大学机械工程学院。
参考文献
[1]郭建,穆云超.材料成型及控制工程专业相关问题探讨与实践[J].铸造技术,2012,33(1):36-38.
[2]梁维中,马波,王振廷等.材料成型及控制工程应用型人才培养探索[J].铸造设备与工艺,2010(1):45-47.
[3]常云龙,袁晓光,李荣德等.材料成型及控制工程特色专业建设的研究与实践[J].高等教育研究.2009,26(1)4:75-78.
[4]陶勇芳,商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究.2006,11:81-83.
[5]康全礼,陆小华,熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报.2008(31)4:15-18.
[6]Edward F.Crawley.The CDIO Syllabus:A Statement of Goals for Undergraduate Engineering[EB/OL].http://cdio.org/cdio-syllabus-rept/index.html,2008-07-1.
[7]左远志,蒋润花,杨小平.以创新设计为导向的CDIO工程教育培养模式[J].东莞理工学院学报.2010(17)3:118-122.
[8]薛颖.民族地区教育技术学专业创新人才培养模式探析[J].民族高等教育研究.2013(1)5:36-37.
The training model based on the CDIO guidance for the students of material forming professional
Qian Fang,Wang Lihua
(Inner Mongolia University for the Nationalities College of Mechanical College,Tongliao,Inner Mongolia 028000)
Abstract:CDIO theory with the core of “Conceiving-Design-Implementation-Operation”in Engineering education,played an important role in training reformation of material forming profession.In the past,students had no ideas neither about their professional target,nor the method how to combine their courses to special projects.According to this condition,this paper put forward to a new model which is guided with material projects and practices.
Key words:CDIO;material forming;innovative training;practices
