基于CDIO理念的机械工程教育教学体系构建与实践

　　在制造业加速转变发展方式与经济转型的浪潮中，机械工程作为驱动产业高质量发展的关键力量，对专业人才的素质与能力有了更新、更高的要求。CDIO 理念另辟蹊径，围绕产品从构思、设计、实施到运行的完整生命周期，运用创新的项目化教学模式，对传统课程教学体系进行了重塑。期间，充分整合虚拟仿真技术、校企合作等丰富资源，构建起“知识+能力+素质” 的三维培养架构。这一极具开创性的教育变革，成功弥合了机械工程教育与产业现实需求间的鸿沟。通过系统的工程训练，学生不仅能牢固掌握机械设计与制造技术，还能逐渐形成解决复杂工程问题的系统性思维。如此，便可为机械工程行业持续输送兼具创造新兴事物的能力与实践素养的高素质应用型人才，有力推动行业在转变发展方式与经济转型之路上稳步迈进。

　　CDIO工程教育方法的理念聚焦于产品从构思、设计、实施到运行的全生命周期，借助项目化的教育学生的方式，对课程教学体系进行了重新塑造，目标是培养出既具备实践能力，又富有创新精神的复合型人才。这一理念包含着四个关键环节。在构思环节，从实际的需求出发，经过详细的市场调查与研究与深入的技术分析，进而提出创新的解决方案。设计环节，则着重于工程系统的设计工作，全面考虑技术上的可行性、经济上的合理性等诸多因素。比如在机械设计课程里，引入企业真实的案例，要求学生完成从图纸构思到实物产出的跨越。实施环节，强调将设计的具体方案切实转化为实际的产品或系统，极大地考验着学生的动手操作以及解决实际问题的能力。运行环节，涵盖了产品全生命周期的管理，让学生熟悉并掌握产品、过程或系统的运行规律。CDIO模式打破了传统学科间的壁垒，通过虚拟仿真、校企合作等途径整合资源，明显提升了学生知识运用和创造新兴事物的能力。多个方面数据显示，采用该模式的学生在毕业设计中新技术运用比例达75%，省级以上竞赛获奖率提升32%，团队协作能力也得到明显增强。

　　CDIO 理念在机械工程教育领域有着突出的应用价值。它以产品全生命周期（构思-设计-实施-运行）为主线，搭建起“知识+ 能力+素质”的三维培养体系，借由四个环节全方面提升学生能力。在工程思维培养上，山东理工大学的移动机器人项目就是很好的例子。学生们通过对典型机电产品的解剖以及机械结构设计等实践操作，得以从整体层面把握机械系统的运行规律，工程思维得到了极大锻炼。河北民族师范学院在机械设计课程中运用虚拟仿真技术，让学生安全地完成风电机组装配全过程，知识迁移能力提升了 40%。从对接行业需求来看，上海理工大学把《机械制造技术》细化为工艺分析、夹具设计等模块，学生们通过团队协作实现从图纸到实物的转化，新技术应用比例达到 75%。校企合作项目使学生接触到行业前沿技术，如长沙理工大学的风电机组装配实践，有效缩小了教育与产业需求的差距。教学模式革新方面，浙江工业大学基于协同理论（S-CDIO）进行改革，建立产学战略联盟，整合虚拟仿真和企业真实案例等资源，推动教学从 “理论讲授” 向 “项目驱动” 转变。CDIO 理念将工程教育重点从知识传授转向能力培养，为机械工程领域输送了大量兼具创新与实践能力的高素质人才。

　　确定培养目标。在机械工程专业的教育教学中，科学合理地确定培养目标意义重大。第一步，应全面剖析机械工程行业的发展走向与人才需求。当下科技迅猛发展，机械工程领域不断拓展，像人机一体化智能系统、新能源装备等新兴领域不断涌现。而且，行业对人才的要求愈发多元，既要有先进的技术知识，又得具备创新、协作等能力。第二步，应深层次地融合CDIO 理念，精确设定培养目标。在知识层面，学生需扎实掌握机械原理、设计、制造等专业相关知识；在能力层面，借助构思、设计、实施、运行等环节的训练，提升工程实践、问题解决与创新设计能力；在素质层面，着重培育职业道德、团队合作和沟通交流能力，助力学生成为契合行业需求的高素质综合型人才。

　　设计课程教学体系。在机械工程专业的教育改革进程中，一套科学完善的课程教学体系是培育高素质人才的关键。首先，应搭建基于CDIO理念的课程教学体系框架。该框架紧扣构思、设计、实施、运行四个核心环节，把工程教育全流程融入课程设计，保障体系的完整与系统。其次，审慎确定课程设置与教学内容。基础课程传授数学、物理等知识，筑牢理论根基；专业课程聚焦机械原理、设计等核心知识，深入讲解；实践课程通过实验、实习等，提升学生动手能力；综合课程融合多学科知识，培养综合应用能力。最后，着重关注课程间的衔接与整合。杜绝内容重复、脱节，推动知识有机融合，让学生能从整体上掌握机械工程知识体系，培养系统、综合思维，为今后的工程实践和创新发展筑牢根基。

　　改革教育学生的方式。在机械工程教育中，改革教育学生的方式是提升教学质量、培育优秀人才的必然要求。首先，推行多样化教学法，像项目式、案例式与探究式教学等。项目式教学让学生投身实际项目，于问题解决中主动求知；案例教学通过一系列分析实例，加深对理论的理解；探究式教学激发好奇心，驱动自主探索，充分调动学生的兴趣与主动性。其次，强化实践教学环节。加大实验、实习、课程设计等实践课程占比，让学生在真实工程场景中锻炼操作技能，在实践中发现并处理问题，提升实践与创造新兴事物的能力。最后，善用现代教育技术。运用虚拟仿真实验，让学生在虚拟环境完成复杂操作，降低实验成本与风险；开发在线课程，突破时空限制，丰富教学手段与资源。为学生打造便捷、高效的学习模式，从多方面提升教学成效，助力学生更好地掌握机械工程知识与技能。

　　建立教学评价体系。在机械工程教育领域，建立一套科学且完善的教学评价体系，是确保教学质量、助力学生全面成长的关键。首先，摒弃以往单一的评价模式，搭建多元化的教学评价体系势在必行。将过程性评价与终结性评价有机融合，前者聚焦于学生在课堂参与、作业完成、项目进展等学习过程中的具体表现，及时洞察并反馈学生的学习状态；后者则侧重于对期末考试成绩、课程设计成果等学习成果的考核。其次，对于学生的工程实践能力、创造新兴事物的能力以及综合素养的评价要格外重视。机械工程专业注重实践应用，通过对学生实际操作能力、项目创新成果等方面的评估，判断其是否契合行业需求，与此同时，也不可以忽视对学生团队协作、沟通交流等综合素养的考量。最后，依据评价所得到的结果，灵活且迅速地调整教学策略与方法。针对学生们都会存在的问题，有的放矢地优化教学内容与方式，持续改进教学过程。切实提升教学质量，让教学更贴合学生的学习需求和专业发展的新趋势，从而为机械工程领域培养并输送更多优秀的高素质专业人才。

　　实践对象与过程。本次实践用尽心思挑选了西南石油大学机电工程学院的学生参与，把实践周期合理定为一学年，目标清晰，就是要全面且深入地提升学生的综合素养。在实践开展过程中，主要采取了三项针对性强的关键措施。第一，严格依照基于CDIO 理念的教育教学体系来授课。这个体系特别注重构思、设计、实现与运作的有机结合，让学生在循序渐进、系统全面的学习中，搭建起扎实、完备的知识框架，为日后进行实践操作和创新活动筑牢根基。第二，积极搭建各种平台，鼓励学生积极踊跃地参与各类工程实践项目和丰富多彩的学科竞赛。依靠真实且充满挑战的项目真实的操作，以及紧张激烈的竞赛环境，全方位地锻炼学生的动手能力，深度激发他们的创新思维，实实在在地提高学生的实践和创造新兴事物的能力。第三，十分重视教师队伍的建设，大力开展教师培训工作。通过系统且专业的培训，一方面努力提升教师的教学水平，让教师可以应用更科学、更高效的教育学生的方式；另一方面着重增强教师的工程实践能力，这样就能为学生提供更优质、更贴近实际的教学指导，分享更多样、更丰富的实践经验，助力学生更好地成长成才。

　　实践效果评估。为充分且深入了解此次实践的成果，我们从多维度实施科学评估。首先，全面考察学生各方面表现。不仅以学习成绩评判学生对知识的掌握情况，更着重评估其能否将理论知识灵活运用到实际操作中。同时，学生的创新能力与综合素养也不容忽视，比如在处理问题时所展现的创新思维，以及在团队协作、沟通交流等方面的素养。其次，广泛征集学生和教师的反馈。学生作为教学活动的亲身参与者，对教学体系的感受最为真切；教师作为教学的主导者，清楚其中的优势与不足。他们的反馈能让我们精准掌握教学体系的实施成效。最后，认真对比基于 CDIO 理念的教学体系和传统教学体系，挖掘前者在培育学生能力、提高教学质量方面的独特优势，为教学的改进提供有力依据，助力教学持续进步。

　　在机械工程教育领域，基于 CDIO 理念构建并践行教学体系，是紧跟时代步伐、贴合行业发展需求的关键一步。该体系清晰地确定培养目标，合理规划课程内容，大胆革新教育学生的方式，建立起完善的评价机制，卓有成效地提升了学生的工程实践能力、创新思维以及综合素养。它突破了传统教育的固有局限，以构思、设计、实施、运行作为核心环节，将理论知识与实践操作深层次地融合，强化了知识的系统性。在实践过程中，学生不仅扎实地掌握了专业相关知识，还具备了适应社会持续健康发展以及行业变化的能力。我们要持之以恒地推进教育改革，逐渐完备教学体系，优化教学过程，为机械工程行业源源不断地输送更多高素质的专业人才，从而有力推动我们国家机械工程领域朝着稳健、高效的方向持续发展。

　　（作者：陈振，西南石油大学机电工程学院副教授；敬爽，西南石油大学机电工程学院实验师。本文系教育部产学合作协同育人项目“融入产学研OBE教育方法的理念的油气装备领域专业课程教育学生的方式和考核评价模式研究与应用”（编号：）研究成果。）