对于机械工程基于CDIO方式一体化机械工程实验室系统构建

论文导读：型、综合型、创新型六个层次的实验室，如图1所示。其中认知型实验室主要提供对机械行业知识、基础理论知识的感性认识，加深学生对机械行业和理论知识的理解。应用型实验室强调应用理论知识的能力，要求学生能够分析、解决简单的比较接近工程实践的问题。操作型注重培养学生的动手能力；设计型和综合型实验室强调知识应用能力、理
摘要：基于CDIO教育理念中的“一体化”思想和CDIO标准，提出了CDIO模式下的工程实验室体系模型，分析了该体系的三个“一体化特征”。以盐城工学院机械工程实验室建设为例，阐明了该体系的整体结构和具体内涵。提出并分析了构建实验室体系的三个关键环节，即实验师资队伍建设、实验管理体制创新和实验室建设途径。
关键词：实验室体系；一体化；CDIO；机械工程
作者简介：葛友华（1956-），男，江苏盐城人，盐城工学院机械工程学院，教授；陈西府（1979-），男，山东临沂人，盐城工学院机械工程学院，副教授。（江苏 盐城 224051）
1007-0079（2013）32-0168-02
周济院士在第二次全国普通高等学校本科教学工作会议上指出：“我国本科教学质量在世界上是先进的，但也有严重不足，最为突出的就是实践能力较差。”实验教学是工程教育中的重要环节，加强实验室建设对增强学生的实践能力具有重要意义。当前摘自：本科毕业论文答辩www.7ctime.com
，我国大多数高校的实验室建设存在三点严重缺失：一是资金投入不足；二是资源利用率低，绝大多数专业实验室的使用率都在30%以下；三是实验类型单调。这些不足导致实验设备陈旧、利用率低，实验项目设置落后，实验教学效果差。
基于以上原因，诞生于20世纪90年代的以能深化学习技术基础和实际能力的二元学习经验为特色的CDIO教学模式在国内外工程教育界受到广泛关注，[3]并在我国多所高等院校得到应用、创新。[4]CDIO工程教育模式由构思、设计、实施、运行四个环节构成，CDIO教育理念主张学生以自主的、实践的、课程之间具有有机联系的方式学习和获取工程能力。[5]CDIO共有12项标准，其中标准3“一体化的课程计划”、标准7“一体化学习经验”要求CDIO模式下的实验室体系应具有“一体化”特征。

一、实验室体系模型

第一，按照一体化的实验课程体系进行实验室系列建设，以项目实验室为点、单元实验室为线、实验室系列为面、实验室体系为体，构建了点、线、面、体的实验室整体框架，凸显实验室结构、层次的结构一体化。
构建一体化的机械工程实验室体系要结合学科特色和专业特色。各实验室系列具有各自的专业性和学科性，彼此之间的联系体现机械各专业之间的关联。项目实验室是实验室体系中最基本的要素，各项目实验室之间具有层次性和相关性，有特定的实验内容和明确的培养目标，这些内容和目标具有明确的、关联的互补性分工，共同形成了单元实验室。同样，各单元实验室根据理论课程或理论课程群组建，能够体现某一课程体系的实质要求，因而单元实验室共同形成了一个有机的实验室系列，这样的实验室系列体现了各专业内涵。需要说明的是机械各专业之间的课程交叉决定了各实验室系列的交叉融合，这些交叉的实验室系列构成了机械实验室的有机整体。这一整体构架结合了盐城工学院的机械专业特色和江苏省重点实验室建设。
按照机械类专业的培养目标和CDIO大纲的要求，结合国内外同类高校的培养方案、调研国内机械行业的需求和发展，建立和完善一体化的理论课程体系。以一体化的理论课程体系作为基础参考，形成了机械基础实验室系列、机械制造实验室系列、过程装备与控制实验室系列、机械电子实验室系列、工业工程实验室系列和综合创新实验室系列。每一实验室系列由若干紧密相关的单元实验室组成，依托于相应的理论课程群和实验课程群。各实验室系列之间有很强的交叉相关性，比如几个单元实验室能够组成一个功能丰富的创新实验室，从而进一步整合、优化实验资源，可大大提高实验资源的利用效率。
第二，紧紧围绕一体化的实验课程体系，强化学生的现代型机械工程师实践能力、知识应用能力、创新能力、团队协作能力和一定的社会能力，搭建具有能力梯度的实验室立体平台，推进知识和能力一体化。
从实验室层次上形成了认知型、应用型、操作型、设计型、综合型、创新型六个层次的实验室，如图1所示。其中认知型实验室主要提供对机械行业知识、基础理论知识的感性认识，加深学生对机械行业和理论知识的理解。应用型实验室强调应用理论知识的能力，要求学生能够分析、解决简单的比较接近工程实践的问题。操作型注重培养学生的动手能力；设计型和综合型实验室强调知识应用能力、理论结合实践能力和团队协作能力，突出体现论文导读：则，真正执行CDIO的实验教学标准。其二，为确保CDIO理念的实施及效果，必须创新实践教学管理模式。实验室管理体制改革是实验室建设的关键环节。我们大力发展开放实验室、创新实验室和自主实验室来拓展实验教学模式，提高实验资源利用率，增加学生的主动学习经验。开放实验室能够解决实验室人多、量大、资源利用率不高等问
知识能力一体化、理论实践一体化；创新型实验室力图培养学生的综合能力，重点体现学生的主体地位，比如机械创新设计实验室、机械设计制造专业综合实验室等。
CDIO倡导一体化的课程计划，培养目标定位为知识和能力的一体化。因此实验室建设基于一体化的实验课程体系，通过对实验项目和实验室的一体化建设实现知识和能力的一体化。项目实验室的设置是按照实验课程的培养目标对现有的实验室进行改进、完善和更新，每个项目实验室有明确的能力培养目标和实现方法。对实验室的每个确定项目明确其知识培养目标和能力培养目标，目标的设定要能够完整地体现CDIO的思想。最终各项目实验室的目标总和能够达到单元实验室的总体目标，单元实验室的培养目标总和达到实验室系列的总体目标。
第三，按照CDIO对知识培养和能力培养的总体要求，对每一实验项目进行详细设计，从培养目标、培养方法、实验内容、能力培养措施、考核方法等几个方面优化实验项目的内容，促进学生“做”与“学”一体化。
为实现实验教学的“做”与“学”一体化，对实验项目的内容进行了以下设计：实验项目来源尽量结合实验室实际、生产实践应用。实验内容总体上包括三个方面，即实验准备、案例介绍、实验指导。实验准备主要提供实验的知识应用背景、拓宽学生知识视野、增长实践知识等。这一部分可包括适当的实习、考察、车间录像以增强学生实践知识；介绍与实验项目相关书籍资料、生产背景等。案例介绍为学生独立实验提供参照和帮助，能把复杂的原理、背景、操作等具体化和简化，以利于学生很快进入角色。实验指导能从方案选题、方案设计等方面引导学生主动学习并构思实验的对象。详细设计后的实验项目具有实验内容具体、指导性强的特点，保证学生有能力实现由“被动灌输”向“自主实践”的转变，从而促进了“做”与“学”的有效结合。

二、一体化实验室体系建设的关键环节

其一，师资队伍建设是CDIO模式下实验室软件建设的最重要方面。从教师培养、青年教师实习、学校企业合作等方面强化双师型实验师资队伍的建设，同时推动教师自觉地进行CDIO教学方法的改革和探索。
CDIO标准9和标准10要求提高教师的工程实践能力和CDIO教学能力，双师型教师培养是实践CDIO教学模式的重要基础。首先，通过鼓励教师创办企业、支持横向科研、强化服务企业意识等举措推进教师实践能力的提高。其次，强化青年教师企业锻炼。与周边地区企业合作建立了十几家优秀的实习基地，为80%的青年教师提供至少一年的企业锻炼机会。最后，加强和企业合作。一方面直接引进企业高级工程师兼任实验教师，另一方面是请有丰富经验的企业人员参与实验项目的设计。总之，实验师资队伍建设是实验室建设规划、设计、执行的主体，应使实验教师深入了解、学习CDIO的基本思想。促使教师在实验室建设中自觉地贯彻以学生为主体、教师为引导、知识与能力并重的实践教学原则，真正执行CDIO的实验教学标准。
其二，为确保CDIO理念的实施及效果，必须创新实践教学管理模式。实验室管理体制改革是实验室建设的关键环节。我们大力发展开放实验室、创新实验室和自主实验室来拓展实验教学模式，提高实验资源利用率，增加学生的主动学习经验。
开放实验室能够解决实验室人多、量大、资源利用率不高等问题，进一步满足综合性、设计性实验等对实验资源的高要求。创新实验室是以学生为主体、教师为辅导的形式进行机械创新设计、创新项目研究的高度自主实验室。通过创新实验室的建设，盐城工学院机械工程学院学生近年来在全国机械创新设计大赛、江苏省创新设计大赛等比赛中获得国家级一等奖一项、江苏省一等奖、江苏省二等奖多项。自主实验室是学生自主组织、自发进行的兴趣小组实验教学。学院为学生提供场地、历届学生的设计产品、实验项目成果等，学生们根据自己的想法进行自主实验、设计和研究。在自主实验室初期，需要配备指导老师并组织兴趣小组，在学院内部展示、交论文导读：近几年的实验室建设，盐城工学院的机械实验室中心具备了基本能够满足CDIO教学模式的硬件设施和软件条件。从近几年的毕业生就业反馈信息和在校生实践创新竞赛结果来看，实验教学效果和综合教学效果有很大提高。参考文献：周济.中国机械工程教育现状和未来发展方略.高等工程教育研究，2006，（3）：1-

3.黄耀丽，尹传高，雷厉

流、竞赛、评比等，影响和带动更多的学生自主参与。
其三，CDIO模式下实验室的硬件建设需要考虑资金投入、资源整合、教学需要等因素，我们结合自身实际提出双平台、多途径、优化整合的建设思路。
鼓励教研项目、科研项目、学生创新项目、自主实践项目与实验室相结合，丰富实验室建设的途径。从政策上大力鼓励教师在教学的同时从事教研和科研工作，为其提供专门的办公室和实验场所。发展校企合作，实现企业学校共建实验室。对于新建的应用型本科，应该结合自身的专业特色和学科优势，结合地方经济的发展，找到与地方企业结合的切入点，实现校企合作，共赢互惠。另外在现有实验室资源基础上进行更新、变革和重组，是满足CDIO模式下实验教学的重要途径。
三、结论
构建CDIO模式的一体化机械工程实验室体系是盐城工学院实验室建设和实验教学改革方面贯彻“教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知”中先进理念的集中体现，是该校机械设计及其自动化国家级特色专业建设的重要组成部分。经过近几年的实验室建设，盐城工学院的机械实验室中心具备了基本能够满足CDIO教学模式的硬件设施和软件条件。从近几年的毕业生就业反馈信息和在校生实践创新竞赛结果来看，实验教学效果和综合教学效果有很大提高。
参考文献：
周济.中国机械工程教育现状和未来发展方略[J].高等工程教育研究，2006，（3）：1-3.
黄耀丽，尹传高，雷厉.地方高校实验室体制及专业实验室建设的探讨[J].实验室研究与探索，2005，24（10）：113-115.
[3]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-3.
[4]顾佩华，沈民奋，李升平，等.从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索摘自：本科论文www.7ctime.com
[J].高等工程教育研究，2008，（1）：12-19.
[5]顾佩华，沈民奋，陆小华，译.重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M].北京：高等教育出版社，2009.