開設機械設計制造及其自動化專業“CDIO試點班”
論
證
報
告
汽車與機械工程學院
2015年4月
為全面貫徹《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》和《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》等文件精神，進一步提高我校本科人才培養質量，建設特色鮮明的高水平教學研究型大學了，根據《中共長沙理工大學委員會關于全面深化改革的若干意見》，學校于二0一五年三月召開了本科教學工作會議，并制定了《長沙理工大學關于深化本科人才培養模式改革的實施意見》，主動適應經濟社會發展對專業人才素質的新需要，以能力教育為核心開展人才培養模式改革。
汽車與機械工程學院機械設計制造及其自動化專業已于2013年通過了教育部工程教育專業認證，盡管已獲得了卓越人才培養計劃驗收的必要條件，但仍未列入卓越人才培養計劃。實際上，卓越人才計劃自實施以來，普遍存在“頂層設計過于撥高，校企聯合培養合作不暢，工程實踐訓練不足，創新培養機制欠缺”等共性問題，卓越班更多成為了考研班，失去了卓越工程師人才培養計劃應有之意。本次提出建設的機制“CDIO試點班”力求借鑒國外“大工程”教育觀和工程科技人才培養模式，吸收卓越人才培養中“導師制”等優點，依托學校工程訓練中心平臺創新工程訓練教育與管理模式， 探索“兩好”（思想品質好、專業知識好）與“兩強”（實踐能力強、創新能力強）人才培養新模式。
1實施背景及必要性分析
（1）提高機械類專業人才培養質量是“建設制造業強國”的需要。
機械工業是國民經濟的支柱，機械工業水平的高低體現了一個國家的綜合實力。雖然目前我國已經超越美國成為全球第一制造業大國，但是“大而不強”。我國2015年3月提出了“中國制造2025”的制造業十年戰略規劃，制定了制造強國建設三個十年“三步走”的戰略，最終在建國一百周年的時候，實現建成制造強國的宏偉目標，迫切需要高校提供高質量的機械類專業人才作為支撐。
湖南處于“珠三角”與“長三角”的結合部，具有承東接西、南聯北進的戰略地位。2015年4月，《長江中游城市群發展規劃》經國務院批復實施，該規劃將湖南定位為中國經濟發展新增長極、中西部新型城鎮化先行區、內陸開放合作示范區和“兩型”社會建設引領區，這為湖南的區域經濟快速發展帶來了新的機遇。裝備制造業是湖南省的支柱產業，已經形成門類較齊全、規模較大、具有一定比較優勢的產業體系，包括長沙工程機械、株洲軌道交通、衡陽輸變電等產業集群等。然而，近年來，在湖南省裝備制造業快速發展的同時，顯現了一些突出問題，其中人才資源已經成為湖南省支柱產業發展制約瓶頸。
長沙理工大學機械設計制造及其自動化專業源于原湖南交通學校1956年創辦的“船舶技術管理”專業和隨后開設的“筑路工程機械”專業，已經形成了“立足交通和工程機械行業，傳承‘鋪路石’精神；夯實基礎知識，突出機電一體化；強化工程實踐與動手能力，培養面向基層的高級應用型人才”的專業特色，面對國家“創新型驅動”的新常態，機制專業有責任與有義務進一步創新人才培養模式，切實培養“工程實踐能力強與創新能力強”的工程科技人才，服務地方經濟和行業發展。
（2）落實“以學生為中心”的理念，實施“基于成果導向”的教育，是提高人才培養質量的有效途徑。
新中國成立以后，特別是改革開放以來，我國工程教育取得了舉世矚目的成就，有力地支撐著我國工業體系的形成與發展。但從建設創新型國家的要求和現代工程觀來審視，我國工程教育還存在很多問題，如工程實踐能力不足、基礎知識薄弱、工程創新能力缺乏、團隊合作與溝通能力欠缺等。
“以學生為中心”的理念，就是著眼于學生的全面發展，學生的成人、成才，以學生的學習和發展為中心，尊重學生主體地位（價值），為學生的學習、交往、生活、發展等方面提供良好的平臺，實現從以“教”為中心向以“學”為中心的轉變，從“傳授模式”向“學習模式”的轉變，從而提高學生的學習質量。 “基于成果導向”的教育（Outcome-Based Education，簡稱OBE），理念上是“以學生為中心”的教育哲學，實踐上是一種聚焦于學生受教育后獲得什么能力和能夠做什么的培養模式，一切的教育活動、教育過程和課程的設置都是圍繞實現預期的學習結果。 OBE強調5個問題：一是希望學生取得的什么樣的學習結果（知識、素質、能力）；二是為什么要學生學習這些內容；三是如何有效地知道學生取得了這些學習結果；四是如何幫助學生取得上述學習結果；五是如何保證學生能夠取得這些學習結果。
“基于成果導向”作為一種先進的教育理念，在美國等一些國家已有了多年的理論與實踐探索，至今已形成了一套比較完整的理論體系和實施模式，而且已證明是高等工程教育改革的正確方向，是提高人才培養質量的有效途徑。
“以學生為中心”的教育，強調是面向全體學生而不是個別優秀學生。因此，機制專業CDIO試點班建設不是類似于卓越人才計劃的“培優”，而是立足于“人才培養模式”的改革與探索，并力求能將此人才模式覆蓋到全體學生。
（3）CDIO工程教育模式是“基于成果導向”教育理念的重要實施方式。
20世紀90年代以來探索出的CDIO工程教育模式被公認為較為成功的工程教育模式，是“基于成果導向”教育理念的重要實施方式。
CDIO是英文字母Conceive (構思)、Design (設計)、Implement (實施)、Operate (運行)的首字母，代表了產品、系統或過程的整個生命周期的所有環節，即構思—設計—實施—運行。這一理念的核心就是工程師的個人、人際交往和系統構建能力必須在真實的工程實踐環境和解決工程問題的過程中取得。CDIO模式反映了工程的實踐本質要求，體現了當代工程外延的擴大和工程活動的復雜性。2005年，汕頭大學率先在中國進行CDIO改革。隨后，這種工程人才培養模式在我國得到快速傳播并在多所高校得到推廣實施。CDIO工程教育模式不僅可以作為我國工程教育改革可以采用的一種手段，而且它對我國未來工程教育改革的整體思路產生了重要的影響，特別是對目前我國“卓越工程師培養計劃”的設計和實施提供了重要的借鑒和參考。“卓越計劃”強調高校與行業企業聯合培養，擴大工程教育的對外開放，強化學生的工程能力和創新能力，這些觀念和做法與CDIO教育模式的培養目標、理念和方法在內容和形式上具有高度的兼容性和相關性。
長沙理工大學機械工程訓練分中心示范建設強調“工廠環境的構建”也將為CDIO試點班建設提供陣地。
（4）樹立“基于成果導向”教育理念，開設“CDIO試點班”，是專業實現可持續發展的需要。
長沙理工大學“機械設計制造及其自動化”專業長期以來一直關注工程教育模式的改革和人才培養質量的提高。本專業于2013年順利通過了工程教育專業認證，成為國內第二個通過機械類專業認證的地方院校。這標志著本專業的工程教育質量得到了國內的廣泛認可，并和國際接軌。
但長期的跟蹤調查和研究表明，本專業的人才培養質量與國家社會及教育發展需要、行業產業發展及職場需求、學校定位及發展目標、學生發展及家長校友期待等方面尚有較大差距，尚存在我國工程教育中普遍存在的工程實踐不足、基礎知識薄弱、工程創新能力缺乏、團隊合作與溝通能力欠缺等問題。為此，我們組織全專業老師開展了深入討論，厘清認識、轉變觀念，牢牢樹立了“基于成果導向”的理念。但由于條件限制，實施CDIO模式的工程教育改革尚不能在全專業學生上進行，只能先找一個班試點，有好的效果后，再以點帶面向全專業推廣。這對于做好專業認證的整改工作，進一步提高辦學水平和人才培養質量，實現可持續發展，具有重要意義。
2實施條件及可行性分析
(1)辦學歷史和學科支撐
長沙理工大學“機械設計制造及其自動化”專業源于原湖南交通學校1956年創辦的“船舶技術管理”專業和隨后開設的“筑路工程機械”專業。1978年經國務院批準，在湖南交通學校的基礎上創辦長沙交通學院，歸口交通部直接管理。自1979年始，筑路工程機械專業面向全國招收四年制本科生。1987年長沙交通學院開設機械制造工藝與設備專業，當年開始面向全國招收三年制大專班。1996年經教育部批準，在原機械制造工藝與設備專科專業的基礎上創辦“機械電子工程”四年制本科專業，面向全國招生。1998年，“筑路工程機械”和“機械電子工程”兩專業合并為“機械設計制造及其自動化”專業，設工程機械和機電一體化兩個專業方向。在30多年的本科辦學歷程中，本專業依托行業優勢，以創新實踐能力培養為重點，不斷優化專業結構，不斷提高人才的培養質量，形成了“立足交通和工程機械行業，傳承‘鋪路石’精神；夯實基礎知識，突出機電一體化；強化工程實踐與動手能力，培養面向基層的高級應用型人才”的專業特色，培養了3000多名機械制造與應用領域的人才，畢業生的一次性就業率一直保持在95%以上。
本專業1999年獲“機械設計及理論”碩士學位授予權，2005年獲“機械電子工程” 碩士學位授予權，2010年獲“機械工程”一級學科碩士學位授予權，2008年被評為湖南省特色專業，2011年“機械工程”學科正式批準為湖南省“十二五”重點建設學科，2013年本專業順利通過了工程教育專業認證。
(2)師資隊伍
本專業在近60年的辦學過程中，廣大師生員工傾注了極大的精力和心血，以積極的態度投身到專業建設和人才培養中，教學與研究水平不斷提高，辦學經驗不斷積累和豐富，目前已經形成一支學術水平高、教學科研能力強、知識與年齡結構合理、教學科研經驗豐富的師資隊伍。現有專任教師30人，其中教授6人，副教授11人，有博士學位的教師17人， 師資隊伍如表1所示。
表1 師資隊伍
序號 |
姓名 |
學歷 |
職稱 |
畢業專業 |
1 |
李自光 |
碩士 |
教授 |
機械工程 |
2 |
賀尚紅 |
博士 |
教授 |
機械工程 |
3 |
杜榮華 |
博士 |
教授 |
機械工程 |
4 |
吳康雄 |
碩士 |
教授 |
機械工程 |
5 |
游小平 |
學士 |
研究員 |
機械工程 |
6 |
劉桂英 |
學士 |
教授 |
機械工程 |
7 |
方曉麗 |
碩士 |
副教授 |
機械工程 |
8 |
黃東勝 |
碩士 |
副教授 |
機械工程 |
9 |
李碧瓊 |
博士 |
副教授 |
機械工程 |
10 |
李河清 |
碩士 |
副教授 |
機械工程 |
11 |
李旭宇 |
博士 |
副教授 |
機械工程 |
12 |
李亞非 |
碩士 |
副教授 |
機械工程 |
13 |
盧和銘 |
學士 |
副教授 |
機械工程 |
14 |
毛聰 |
博士 |
副教授 |
機械工程 |
15 |
王志安 |
學士 |
副教授 |
機械工程 |
16 |
吳茵 |
碩士 |
副教授 |
機械工程 |
17 |
楊浪萍 |
學士 |
副教授 |
機械工程 |
18 |
陳書涵 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
19 |
何建軍 |
博士 |
講師 |
力學 |
20 |
何志勇 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
21 |
賀湘宇 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
22 |
雷兆虹 |
碩士 |
講師 |
機械工程 |
23 |
李戰慧 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
24 |
唐宏賓 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
25 |
陳耿彪 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
26 |
易繼軍 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
27 |
周振華 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
28 |
尹來榮 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
29 |
唐昆 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
30 |
張明軍 |
博士 |
講師 |
機械工程 |
本專業教師以飽滿的熱情積極參與教學改革和學生的指導工作。近年來，本專業教師承擔省級教改項目2項，校級教改項目9項，大學生指導項目10余項。結合教學研究與改革，本專業教師發表了20多篇教學研究論文。
本專業教師還積極承擔科研工作，提高自身的科研能力和工程實踐能力。近年來，本專業教師共承擔各類科研項目50余項，其中主持國家級項目10項，省部級項目20余項，在國內外核心刊物上共發表論文100余篇。專任教師中絕大多數具有企業工作背景或工程項目研究經驗，這些較強的科研和工程實踐背景，保證了本專業的教師具備了機械工程綜合能力來更好地培養學生。
(3)硬件條件
本專業校內有機械基礎實驗室、機械拆裝實驗室、精密測量及測試技術實驗室、機電液控制技術實驗室，現代制造技術實驗室、CAD中心、現代工程機械實驗室、機械工程訓練中心等實驗室（中心）。實驗室面積達11667平方米，擁有設備1500余臺套，設備總投資為2100萬元。實驗室狀況見表2所示。
表2 實驗室
實驗室名稱 |
面積（m2） |
設備種類與數量 |
工程機械-柴油機拆裝實驗室 |
200 |
發動機12臺 |
工程機械-底盤構造實驗室 |
300 |
工程機械底盤 |
工程機械-水切割實驗室 |
200 |
高壓水切割實驗機 |
工程機械-故障診斷實驗室 |
150 |
故障診斷儀2臺 |
工程機械電液控制拆裝實驗室 |
76 |
電液控制閥6個 截止溢流閥2個 換向閥3個 |
熱處理實驗室 |
50.8 |
高溫熱處理爐2臺 低溫熱出路2臺 布氏硬度計1臺 洛氏硬度計2臺 維氏硬度計2臺 |
現代制造技術實驗室 |
100.5 |
加工中心1臺 數控車床2臺 刨床1臺 銑床1臺 鉆床1臺 空壓機1臺 |
數控技術實驗室 |
50.8 |
數控雕刻機1臺 數控銑教學演示機2臺 數控車教學演示機2臺 電火花線切割機1臺 |
金相實驗室 |
33.1 |
金相顯微鏡7臺 金相試件100件 金相掛圖20幅 金相鑲嵌機1臺 金相拋光機3臺 預磨機1臺 |
CAD/CAM實驗室 |
109.3 |
計算機11臺 |
精密測量實驗室（一、二、三、四） |
476 |
三坐標測量儀1臺 立式光學計5臺 萬能測長儀3臺 光切法顯微鏡4臺 干涉顯微鏡4臺 數顯游標卡尺1把 數顯公法線千分尺1把 合象水平儀10臺 數顯百分表6個 數顯千分表6個 |
先進制造技術實驗室 |
110 |
柔性制造系統1套 |
液壓與液力傳動實驗室 |
186 |
電液比例綜合實驗臺2臺 精密位移測試裝置1臺 液力變矩器性能測試1臺 截止溢流閥2個 液壓基本回路裝置1套 新型液壓閥工作臺1臺 智能型液壓綜合實驗臺1臺 全液壓轉向器2個 轉向泵2個 軸向柱塞泵2個 高壓泵站1個 液壓缸3個 液壓傳動教模1套 掛圖1套 |
工程機械車庫 |
1291 |
挖機，多功能作業車，裝載機，電動震動夯，小型震動壓路機 油泵調試實驗臺 |
CAD/CAM實驗室 |
146.8 |
計算機70臺 多媒體演示1套 |
傳感器實驗室 |
145 |
傳感器實驗臺20臺 計算機20臺 示波器10臺 |
噴管試驗室 |
26 |
噴管實驗臺 |
內燃機實驗室 |
80 |
電渦流測功機測控系統1套 柴油機測控系統1套 電渦流測功器2個 汽油機1臺，柴油機1臺 |
智能儀器儀表實驗室 |
150 |
單片機綜合實驗裝置20套 計算機20臺 示波器15個 |
機電控制實驗室 |
110 |
PLC實驗臺6臺 電力電子與電機控制實驗臺6臺 六足爬行教學機器人1個 三坐標測量儀2臺 |
機械基礎 實驗室Ⅰ |
140 |
平面創新創意實驗臺16臺 |
機械基礎 實驗室Ⅱ |
167 |
齒輪范成儀60個 測繪模型60個 |
機械基礎 實驗室Ⅲ |
126 |
運動參數測試臺16臺 |
機械基礎 實驗室Ⅳ |
145 |
減速器32臺 |
機械基礎 實驗室Ⅴ |
182 |
軸系箱16臺 |
機械基礎 實驗室Ⅵ |
160 |
帶傳動12臺 |
機械基礎 實驗室Ⅶ |
125 |
原理與設計各2組 |
機械基礎 實驗室Ⅷ |
160 |
機械傳動測試臺6臺 機械基礎綜合分析及創新實踐平臺2臺 機械系統性能研究及可視化分析實踐平臺2臺 |
機械基礎 實驗室Ⅸ |
104 |
液體動壓軸承測試實驗臺12臺 |
在校內實驗平臺的基礎上，本專業還有穩定的校外實習和實訓基地。先后建設了“中聯重科-長沙理工大學湖南省優秀實習基地”（2008）、“機械工程湖南省大學生創新訓練中心”（2013）等實踐創新平臺和實習基地，并與三一重工、山河智能、湖南路橋、湘路科技等多家單位合作建設了實習基地，這些實習基地為本專業學生提供了良好的實習培訓工作，對學生認識、熟悉生產和研究工作提供了保障。這些實習基地如表3所示。
表3 與本專業有固定合作的學生實習基地
單位名稱 |
單位性質 |
單位規模 |
中聯重科實習基地 |
股份制 |
大型企業 |
三一重工實習基地 |
股份制 |
大型企業 |
山河智能實習基地 |
股份制 |
大型企業 |
湖南路橋實習基地 |
國有 |
大型企業 |
洛陽一拖實習基地 |
國有 |
大型企業 |
洛陽軸承廠實習基地 |
國有 |
大型企業 |
中交天和實習基地 |
國有 |
中型企業 |
長沙市政工程公司實習基地 |
國有 |
中型企業 |
湘路機械 |
股份制 |
中型企業 |
高翔重工 |
股份制 |
中型企業 |
金嶺機床 |
國有 |
中型企業 |
金碼高科 |
股份制 |
中型企業 |
湘計自控 |
國有 |
中型企業 |
學校圖書館關于本專業的數字資源豐富，購置了中國期刊全文數據庫、維普中文期刊數據庫、萬方學位論文數據庫、ScienceDirect全文數據庫、ASME(美國機械工程師學會)全文數據庫、EI（美國工程索引）、IEEE等50多個中外文數據庫，自建了長沙理工大學博士、碩士學位論文庫和優秀畢業設計（論文）庫。此外，學院也針對性的購置了部分專業相關資料，設立了院系藏書庫。上述條件能夠滿足本專業教師的日常教學、科研和學生的學習所需。
(4)前期工作基礎
①開展“以學生為中心”的教育思想大討論，轉變思想觀念。實現“以學生為中心”，是一種教育范式革命。以“教”為中心的觀念在很多老師心目中根深蒂固。因此，我們將全體教職工都發動起來，開展了“以學生為中心”的教育思想大討論，通過討論厘清認識、轉變觀念、達成共識、增添動力。“以學生為中心”的教育思想和“基于成果導向”的教育理念已經深入人心，得到了廣大教職工的真心支持和擁護。
②“基于成果導向”理念重構試點班人才培養方案。傳統培養方案設計是一種正向設計思路：從課程體系開始，由課程體系決定畢業要求，再由畢業要求決定培養目標，最后才考慮需求。因此，傳統教育對外部需求只能“適應”，而很難做到“滿足”。而我們基于OBE理念，對培養方案進行了逆向設計：即根據國家社會及教育發展需要、行業產業發展及職場需求、學校定位及發展目標、學生發展及家長校友期待等四方面確定培養目標，再由培養目標設計畢業要求和“知識-能力-素質”體系，然后由這些指標點確定課程體系，再由課程體系決定每門課程、每個環節的教學要求和教學內容，最后通過校內和校外兩個循環完成教學評價。在培養計劃中，設置四個機械工程的Project，使學生從大二開始，利用四個學期完成一個基于CDIO的產品構思、設計、實施環節的工程實踐過程。Project的完成采取導師負責制。在每學期開始由導師結合自己的科研或者結合“機械創新設計大賽”給定題目，或由學生自己選擇題目；3-5名學生為一組，分工協作，在整個學期共同完成任務；導師指導學生修讀相關課程，并定期和學生進行交流；該學期結束前最后集中完成項目驗收和公開答辯。通過工程項目的團隊設計，突出提升工程設計能力和協同工作能力培養，并實現工程科學知識大拓寬。以實際工程項目的具體實施為主線貫穿專業課教學過程，旨在培養學生的創新意識和能力、團結協作精神和理論聯系實際的學風，加強學生工程實踐能力的培養和訓練，提高學生進行項目設計的能力。
③構建“以學生為中心”的教學模式。傳統以“教”為中心的教學模式有５個局限：教學局限于教書，教書局限于課程，課程局限于課堂，課堂局限于講授，講授局限于教材，從而形成“課堂、教師、教材”三中心。以學生為中心的教學模式，必須突出學生在教學中的主體地位，轉變教師與學生的傳統角色，教師由知識的擁有者、傳授者和控制者轉變為教學過程的參與者、引導者和推動者，學生由被動接受者轉變為主動學習者、積極探索者和勇于創新者；以學生為中心的教學模式鼓勵教學方式、方法、手段的創新，強調“教學有法，教無定法”；以學生為中心的教學模式強調知識、能力、素質三維度的培養目標和“全面發展”的教育理念，重視學生高階能力（如綜合分析問題、解決問題的能力）的培養；以學生為中心的教學模式是開放式的教學模式，強調教書育人的密切結合和課內課外的緊密銜接
④學院建立了可持續改進的質量保證體系。該質量保證體系簡要概述為“1個目標、2條主線和3個改進”：1個目標是保障質量，2條主線包括培養目標的符合度與達成度和畢業要求的符合度與達成度，3個改進為培養目標的持續改進、畢業要求的持續改進和教學活動的持續改進。這3個改進，通過3個循環來實現，即：通過外循環持續改進培養目標、通過內循環持續改進畢業要求、通過成果循環持續改進教學活動。培養目標和畢業要求的符合度與達成度這兩條主線，是對其符合度和達成度的評價與改進過程。首先，評價畢業要求（培養目標）是否與培養目標（內外需要）相符合，如果不符合，就要改進畢業要求（培養目標）；然后，評價畢業要求（培養目標）是否達成，如果沒有達成，就要改進教學活動（畢業要求）。教學活動的改進包括課程體系、師資隊伍、支持條件、學生的學習機會、教學過程和教學評價等。
綜上所述，本專業具有悠久的辦學歷史和堅實的學科支撐、強大的師資隊伍、雄厚的硬件條件，前期進行了扎實的工作基礎，這些為“CDIO試點班”的實施提供了充分條件。
3 培養計劃
見附件“長沙理工大學機械設計制造及其自動化專業CDIO試點班培養計劃”。