本站原创摘 要 ：以CDIO工程教育理念为指导,根据工业工程专业课程应用性、实践性强的特点,提出了教学改革方案.以专业基础课为基础项目,以专业技术课为拓展项目,以课程设计、专业实习、毕业设计为增强项目,三类课程项目分层推进、前后关联.探讨了理论、实验和实践等多层次、一体化学科建设的项目驱动式教学方法.为学生对基础知识的理解、专业知识的掌握,以及工程实践能力、创新能力、团队协作能力的培养,探索一条实用、可持续改进的教学改革途径.
关 键 词 ：CDIO；项目驱动式教学；工业工程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）42-0032-03
一、引言
1.工业工程专业特点.工业工程专业旨在培养既掌握扎实的工程技术又精通现代管理科学与系统科学的理论和方法,能熟练应用工业工程技术对企业的生产系统进行规划、设计、评价和创新,既懂工程技术又擅长科学管理的高级专门人才.专业知识面涵盖工程、管理和社会科学,要求培养学生创新意识,既懂工程设计更擅长科学管理[1].学生应具备应用工业工程理论与方法分析和解决实际问题方面的初步能力.可见应用性与实践性是工业工程专业教学必须突出的特点.但是在实际教学过程中发现,传统的以教师为主导的单向教育模式,由于重理论灌输轻实践操作,单纯靠专业知识积累培养学生,首先造成学生实践与创新能力弱,表现为被动掌握理论知识,在面对实际问题时缺乏思路、找不到解决问题的多角度思维方式,也就难以迅速将所学知识转化为有效应用；其次造成学生团队协作意识差,表现为合作处理问题时缺乏系统视角,方案设计、进度处理协调性差,达不到知识运用的团队优势互补,很难实现1+1>2.
基于工业工程专业的特点和传统教学模式的不足,我们借鉴CDIO理念,以新的工程教育思想为指导,对工业工程专业的项目驱动式教学进行研究与探索.
2.CDIO理念与工程教学.CDIO工程教育理念来源于美国著名教育学家杜威（John Dewey）的“做中学”（Learning by doing）思想[2],CDIO工程教育理念以做中学为指导,以启发于产品生命周期模型的构思（Conceive）—设计（Design）—实施（Implement）—运行（Operate）为载体,让学生以项目参与为驱动,主动自主学习.其核心是强调以学生为中心,培养学生主动学习、动手实践、分析问题和团队协作解决问题的能力[3].作为设置在机械工程学院的工程类专业,工业工程的专业构成包括以基础工业工程、机械制造工程、设施规划与物流、人机工程学、应用经济学、质量管理与可靠性等为构成要素的基础知识单元,以精益生产、管理信息系统、企业资源计划等为构成要素的专业技术单元和以课程设计、生产实习和毕业设计等为构成要素的实践单元.各单元构成要素之间紧密关联,各知识单元之间互为支撑.学生工程能力与创新能力的培养既离不开基础知识单元的扎实掌握,又离不开专业技术单元的专业领域拓展,而实践单元是学生工程与创新能力形成的强化环节和初步检验环节.
CDIO教学大纲涵盖了现代工程师应具有的科学与技术知识、能力和素质培养的各个方面,实现了理论与实践、课内与课外、专业学习与素质教育、学习能力与创新思维培养的有机结合,能够建立清晰、完整、系统和详细的工程教育目标[4].
二、CDIO理念下工业工程专业项目驱动式教学体系构建
1.项目驱动式教学体系设计.在项目驱动式教学体系的构建过程中,首先强调理论与实践的有机融合,其次强调学生创新能力与团队协作能力的培养.以项目设计与实施为主线,对原有的课程设置、教学模式、教学方法和考核方法进行一体化设计.根据工业工程专业培养目标建立完整的课程项目体系,课程项目体系由基础项目、拓展项目和增强项目三个互相关联的项目集合组成.基础项目由基础工业工程、运筹学、生产计划与控制和设施规划与物流分析等这类专业基础平台课程构成,这类课程的特点是专业性和理论性较强,在整个课程项目体系中起到知识积累与专业意识形成的作用.课程对应项目的构建关键是课前预习提纲的提炼、课中学生团队学习模式的形成、课后实验与实践环节的设计以及课程考核方法与标准的改革.
具体做法是学生按成绩优劣五到六人分组,教师提前对拟讲授章节的特点、主要知识点及关联知识、拓展知识等进行预习提纲提炼.学生根据预习提纲以小组为单位进行预习,对于预习过程中总结的知识点和发现的问题,小组内部讨论并共同完成预习报告,教师结合学生提出问题进行课堂讲授.需要对知识点进行实验或实践验证的章节,学生和教师共同设计实验,课程的考核方式由传统的试卷考试为主转变为日常预习、问题提炼、实验与实践设计等考核相结合,从而实现教师指导下的学生自主学习模式.该模式的推行对教师和学生都提出了很高的要求,经过磨合、改进、循环,对教与学质量的提高会起到循序渐进的效果.
拓展项目由精益生产、企业资源计划等这类专业技术课程构成,这类课程的特点是实践性强,知识点与现实应用紧密相关,这类课程除应用前述授课方式外要解决实践性项目的设计.拓展项目关键是实践性项目设计.以精益生产为例,要与基础工业工程、运筹学、生产计划与控制和设施规划与物流分析、系统仿真技术等前修课程形成课程组,以基础项目为依据设计拓展项目,由于企业现场验证机会受限,要利用好仿真软件等工具,对于课程中的知识点,由教师指导学生团队进行仿真题目设计与分析,结合企业实例,验证所学知识,形成主动学习和掌握.增强项目由课程设计、生产实习和毕业设计等构成.增强项目构建关键是现实应用模拟和团队协作能力的强化培养.项目构建要结合基础项目和拓展项目,形成前后连贯性,并且突出项目设计针对企业实际应用.
2.项目式驱动教学体系实例.各项目之间的关系如图1所示.能力培养阶段,课程、项目、团队、教师与学生各个元素的协调为学生工程能力与创新能力的培养打下基础；能力形成阶段,通过拓展项目组课程的进一步锻炼,学生的工程能力、创新能力与团队协作能力初步形成；能力强化阶段,通过实践性、应用性很强的项目设计和学生主动参与及团队式项目设计,使学生形成基础知识扎实、工程与创新能力优异、具备良好团队协作能力的基本素质,培养学生走上工作岗位必备的良好适应性和竞争能力. 3.教学检验体系设计.项目驱动式教学体系设计的另一个重要方面是教学检验体系的设计.传统的教学模式以学生的分数为教学效果的唯一检验标准,造成学生高分低能,教师教学方法多年一贯、缺乏活力,很难与社会需求接轨.依据CDIO提出的实施检验的12条标准[5],对培养计划、课程结构、教学方法、教学评估和学生考核等各方面综合设计检验标准,形成教学效果检验体系.首先是对课程实践性教学内容的检验,要求基础项目组课程实践性教学环节至少占每门课程学时数的1/4,拓展项目组课程实践教学环节至少占学时数的1/3,实践性教学环节包括计算机仿真、动手实验和项目竞赛等.其次,对项目实行全过程管理,体现为课前预习提纲设计、知识点提炼,课中团队学习效果评价,课后启发式作业布置、启发式项目指标细化等,做到每个项目都有独立的研究设计内容、考核节点、考核评分标准.第三,对增强项目尤其是毕业设计实行节点考核、演示汇报答辩和提交书面报告制度等,确保学生按照项目计划按时完成基本的项目内容,并能科学合理和完整地培养和考核学生的能力和素质.
项目成绩评定采用学生自评、教师点评、企业工程技术专业人员点评相结合的方式,并结合文章、专利和竞赛成果等全方位评价,真正做到教学思路明确、教学效果显著.
三、教学改革实例
精益生产课程是工业工程专业技术课,具有较强的理论性,是先修课程如基础工业工程、设施规划与物流分析等的深化,又具有较强的实践性,课程内容针对单件小批加工制造企业改进与优化实际问题.依据CDIO模式下项目驱动式教学体系设置,进行精益生产课程教学改革探索.强调学生以课程为主线以项目为依据,在实践教学环节中,设计基于团队的课程项目,为学生提供平等的、主动参与教学的机会.与《基础工业工程》、《设施规划与物流分析》和《仿真技术》三门课程共同设立课程拓展研究项目：学生以团队的方式自主完成自动焊接设备生产车间的构思、设计、仿真运行.包括系统布置方案的设计、生产工艺与物流平衡的设计及设计结果的仿真分析优化.该拓展项目以三门基础课程的基础研究项目为依据,在三门基础课授课之前就拟定了项目计划与目标,基础课程的授课有意识的以拓展项目解决为线索进行知识点讲授,此外,拓展项目又为后续增强项目如毕业设计进行项目预备和团队演练.具体设计如图2所示：
四、结语
在CDIO工程教育理念下,工业工程专业实施项目驱动式教学,学生的学习积极性、主动性大大提高,并在知识结构的掌握、知识点的理解、视野的拓展、能力的培养等方面都收到良好效果.
1.培养学生的综合能力.三个层次的课程项目既有独立的研究内容和实施方案,又相互衔接,具有良好的拓展性.突出实践性的、基于团队的课程项目,为学生提供了平等的、主动参与教学的机会,可以培养学生的主动思考能力、工程实践能力、创新思维与能力、团队合作精神等,实现了对学生综合能力和素质的培养.
2.提高教师教学能力.教师通过教学环节、实践项目环节和考核方式环节的精心设计过程,在给予学生主动参与课程教学的机会的同时,通过预习提纲提炼、知识点讲解、项目设计与检验等,对自身专业素养、知识结构与视野、教学热情与责任心提出了更高的要求,能够使得教师真正回归教学、切实提高教师教学能力.
3.实现专业课程体系优化.多门课程共同实施分阶段的、开放性与实践性并重的课程项目,首先要求课程体系的理顺、课程内容的衔接与递进,其次在专业固有核心知识框架基础上,适应社会需求变化,及时更新课程体系.从而实现理论教学、动手实验、项目实施、计算机仿真的有机融合和一体化,形成灵活多变的实用性强且可持续改进的工程教育模式.