基于Capstone—CDIO的机电一体化课程体系实践与评价

摘 要面向机械电子工程人才培养要求,基于Capstone-CDIO教学理念,从知识项目化、学科交叉化、项目平台化三方面进行课程体系实践优化,通过调研技能、知识构建、问题解决、团队技能四方面进行评价研究,为应用型、创新型机电一体化人才培养打下良好基础.

关 键 词Capstone-CDIO；机电一体化；课程体系；实践；评价

中图分类号：G642.4文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）30-0076-02

机电一体化专业学生主要从事机电一体化设备的维护、管理、生产及调试工作.在这些岗位上,他们所用的知识不是单一的机械或电子方面的,而是集机械、电子、计算机为一体的综合知识[1].机械电子学科是基于机械、电子、计算机技术发展起来的新学科[1],同时也是具备宽度、深度、跨度三维并行的机电一体化课程体系特点的综合学科[2].

目前机电一体化专业的课程设置还偏于传统,教学效果不太理想,主要体现在：

1）重理论轻实践；

2）理论教学与实践教学脱节；

3）专业特色不明显[3].

为此,进行面向应用型、创新型人才培养的三维并行机电一体化课程体系构建与实践研究,具有重要的理论指导和实践意义.

1概念解读

1.1课程体系

所谓课程体系,是指高等学校为了实现专业培养目标而设计的学习内容和活动及其实施的总和.它包括课程在内并以培养方案所设内容为主体部分的学校教育教学系统[4].

1.2CDIO

CDIO理念代表构思、设计、实现和运作,它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动、实践、课程之间有机联系的方式学习工程.CDIO培养要求工程毕业生能在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面达到预定目标[5].

1.3Capstone

现在美国绝大多数工程学院都开设顶点设计课程（Cap-stone）[6-7].罗伯特·杜雷尔将顶点设计课程[8]定义为：“本科阶段最后开设的课程,具有顶点性或体验性特点,目标是把大学阶段学到的零碎的知识整合为统一的整体.作为学业结束前的最后课程,目的是为学生提供成功的体验和值得憧憬的未来.”

顶点设计课程的特点之一是整合性[9],即能将过去所学的相对零碎的专业知识整合成统一的整体；特点之二是开放性,将知识点有机地串联起来,帮助学生以综合视野整体构建知识,形成跨学科的观点；特点之三是超越性,面向实践,将“如何做”改进为“如何做得更好”[10].因此,Capstone的模式更有利于卓越工程师的培养.

2基于Capstone-CDIO的三维并行机电一体化课程体系实践

2.1课程知识项目化

基于Capstone-CDIO的理念,在课程体系的基础上开发构建机电工程的项目,以工程师职业训练为导向,将“基本单元、功能模块、应用系统”贯穿于课程体系的结构和内容的优化设计中.在项目化过程中,根据工程难度可将项目层次化,即一个大的工程项目可由N个小项目组成,几个小项目构成单元项目,由单元项目再组成系统项目[3].每一单元系统可单独成为一个实训项目,规定任务完成的时间,一方面需确保单元系统基本要求,另一方面需要一个与专业结合的综合性的一级项目.一级项目需要的子系统可分解作为二级项目预先实现[11].学生制定项目任务书,明确项目技术要求,这样学生在完成工程项目过程中实现对机电知识的理解和掌握.

2.2学科交叉化

随着科学的发展,仅凭某一学科领域的研究已很难解决复杂的现实问题.“学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的前沿,最有可能产生重大突破.”[12]机电一体化项目设计表现为机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与检测技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统总体技术等多学科交叉与多系统集成等特点.

2.3项目平台化

交叉学科重要,但做起来很难.这个难题的方法是项目平台化.文献[12]指出：“要适应学科交叉融合趋势,完善科技创新活动组织模式,形成有利于跨学科研究的体制机制.”只有将项目归类于各种平台（如机电一体化设计平台、机电一体化制造平台、机电一体化控制平台）,才可以使得学生不再费力于一些基础平台的搭建,而可以致力于平台基础上的创新实践.

3基于Capstone-CDIO的三维并行机电一体化课程体系实践评价

按照Capstone的模式设计平台项目,每个项目由6～8人组成,让专业能力强的学生担任组长,每组的项目由具有项目知识经验的教师进行指导.在进行实践教学时,可以按照调研技能、知识构建、问题解决、团队技能这四个方面制定学生评价规则,如表1所示.

由此可见,顶点课程评价的主体是多元且动态的[9],通过调研技能、知识构建、问题解决、团队技能等多方面来评价学生,打破了以往通过考试评价学生的一元模式,从而保证了评价活动的客观性.

4结束语

将Capstone-CDIO工程教育模式引入机电一体化课程实践,使学生在工程项目中的实施过程中不断探求专业知识,为学生提供综合、拓展、批判和应用所学的专业知识和技能的机会.在接近工程环境的项目平台上,对机电一体化设备进行构思、设计、实现以及运行调试,从而增强了学生对专业知识的理解,提高了学生实际操作的能力,使得学生在工程基础知识、个人能力、人际团队能力四个层面得到锻炼,为学生可持续的职业发展奠定良好的基础.

[10]梁晶.美国大学工程教育顶点课程的特色与启示[J].西北成人教育学报,2012（4）：33-36.

[11]王天宝,程卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践[J].高等工程教育研究,2010（1）：25-31.

[12]钟科平.重视新兴的交叉领域：四论学习在中科院考察时重要讲话精神[N].中国科学报,2013-07-30（1）.