北京石油化工学院 基于CDIO模式的机械类专业“卓越计划”研究与实践

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1 北京石油化工学院 基于CDIO模式的机械类专业“卓越计划”研究与实践
曹建树 2011年12月 崇尚实践 知行并重

2 汇报提纲 机械类专业“卓越计划”试点情况 机械工程学院“卓越计划”进展情况 1 2 3 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点
构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 3 构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展 机械工程学院“卓越计划”进展情况 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点

3 1.机械类专业“卓越计划”试点情况 趋势：人的全面发展，适应社会需求。 1.1 发展趋势
胡总书记：高等教育的根本任务是人才培养。要坚持把促进学生健康成长作为学校一切工作的出发点和落脚点，全面贯彻党的教育方针，坚持育人为本、德育为先、能力为重、全面发展，着力增强学生服务国家服务人民的社会责任感、勇于探索的创新精神、善于解决问题的实践能力，努力培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人 统一数据标准，统筹规划设计，系统松散耦合，规范管理流程，注重工作实效 趋势：人的全面发展，适应社会需求。 3

4 1.机械类专业“卓越计划”试点情况 1.2 使命与责任 学生：是具有强烈发展需求的鲜活的个体 教师应该发自内心的去做 教师：教书育人是天职
教学与科研：发现、解决科学、工程问题，传授知识、培养能力，追求学术声誉 育人：桃李满天下，学生5、10、20年还记得你； 在润物细无声、在细节、在充分的沟通和交流； 掌握核心技术的能力与素质，将来成为不可替代； 在系统工程指导下，调查分析 创新 改革 实践 研究 持续改进 反馈、评价

5 1.机械类专业“卓越计划”试点情况 1.3 工程教育的内涵认识 工程教育必须回归工程的本质要求中； 工程链：需要CDIO工程教育模式；
统一数据标准，统筹规划设计，系统松散耦合，规范管理流程，注重工作实效 工程教育必须回归工程的本质要求中； 工程链：需要CDIO工程教育模式； 5

6 1.机械类专业“卓越计划”试点情况 1.4 机械类专业的试点进程
2009年11月，机械电子工程专业入选教育部第五批 “CDIO”特色专业建设点； 2009年11月积极开展“卓越计划”的学习、研讨、试点方案的制定，形成了“教育部“卓越工程师培养计划”试点初步工作方案”； 2009年12月7日教育部组织第一次卓越工程师教育培养计划研讨、机械工程学会制定行业培养标准时，机械工程及自动化专业率先完成学校培养标准和培养方案的第一稿参与交流，得到与会专家的好评； 2010年3月正式将“机械工程及自动化”专业学校培养方案上报教育部。正式开始试点：制定政策、方案、宣讲、动员、选拨等； 2010年4月、12月分别在北京第一次、上海第二次CDIO会议上作交流发言。2011年5月北京CDIO区域性国际会议上作大会报告；

7 1.机械类专业“卓越计划”试点情况 第一批：机械工程及自动化：08级、09级、10级1个试点班，2011级（2个班）全部参加试点；
第二批：机械电子工程（2个班）； 试点班主要在机械设计制造及其自动化、机械电子工程、过程装备与控制工程三个机械类专业，适当扩展到热能与动力工程、测控技术与仪器和环境工程，采用学生自主报名、机械工程学院“卓越工程师培养计划”项目组负责选拔的方式，组成“机械工程及自动化专业”试点班，每年30-35人，以教学班组织教学，不新组建新的行政班。 统一数据标准，统筹规划设计，系统松散耦合，规范管理流程，注重工作实效 7

8 1.机械类专业“卓越计划”试点情况 序号 年级 人数 备注 1 2008级 27
试点班（机械电子工程7名、机械设计制造及其自动化9名、过程装备与控制工程5名、热能与动力工程6名） 2 2009级 30 试点班（机械电子工程6名、机械设计制造及其自动化13名、过程装备与控制工程3名、热能与动力工程3名、测控技术与仪器5名） 3 2010级 36 试点班（机械电子工程8名、机械设计制造及其自动化11名、过程装备与控制工程5名、热能与动力工程5名、测控技术与仪器5名、环境工程2名） 4 2011级 129 机械工程及自动化：66名 机械电子工程：63名

9 1.机械类专业“卓越计划”试点情况 1.5 机械类专业“卓越计划”的培养体系 卓越机械工程师 卓越机械工程师后备人才 本科：工学学士
硕士：全日制专业硕士 统一数据标准，统筹规划设计，系统松散耦合，规范管理流程，注重工作实效 9

10 汇报提纲 机械类专业“卓越计划”试点情况 机械工程学院“卓越计划”进展情况 1 2 3 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点
构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 3 构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展 机械工程学院“卓越计划”进展情况 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点

11 2.1 指导思想： “知识、能力、素质”协调发展： 知识：自然与人文、工程基础、工程技术
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 2.1 指导思想： “知识、能力、素质”协调发展： 知识：自然与人文、工程基础、工程技术 能力：重点是工程应用能力的培养，以及交流、表达、组织、管理、协调、沟通等能力。 素质：包括身心健康；道德修养（尊重生命、遵纪守法、诚实守信、爱心奉献等）；民族精神（传统文化、爱国主义、集体主义等）；理想信念（中国特色社会主义、科学发展观、和谐社会等）。

12 知识需要传授、能力需要训练、道德需要养成 知识：是素质形成和提高的基础,是能力和素质的载体；。
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 “知识、能力、素质”之间的关系： 应用知识才是能力（区别于知识就是力量） 知识需要传授、能力需要训练、道德需要养成 知识：是素质形成和提高的基础,是能力和素质的载体；。 能力：是素质的一种外显形式,素质诉诸于实践就表现为能力,同时掌握知识的速度与质量依赖于能力的发展； 素质：基本要素是知识和能力,核心是能力和价值观；

13 高素质具有可持续发展的卓越机械工程师后备人才
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 高素质具有可持续发展的卓越机械工程师后备人才 学校、行业、企业 提升理念 创新模式 更新体系 改革方式 统一数据标准，统筹规划设计，系统松散耦合，规范管理流程，注重工作实效 13

14 2.1 指导思想： 基于“工程形成”理念， 合理定位人才培养目标 一个理念： 两个着力点： 四个体系： 两个机制：
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 2.1 指导思想： 基于“工程形成”理念， 合理定位人才培养目标 一个理念： “知识、能力、素质”协调发展 “目标、过程、效果”一体化 两个着力点： 课程体系 校内外实践教学体系 自主研学与职业认证体系 教学质量保障体系 四个体系： 教师绩效激励机制 校企合作教育机制 两个机制：

15 2.2 总体思路： 2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 通用标准 行业标准 学校标准 能力矩阵：课程与培养目标
主动适应学生的发展需求 深入推进教学方法改革 校企合作培养 建立质量保障体系 管理评估反馈与持续改进。 师资队伍建设 实践平台建设 校外实践基地 教学实践与改革 通用标准 行业标准 学校标准 整合课程制定方案 能力矩阵：课程与培养目标 知识、能力、素质 课程群 制定专业培养标准 社会需求 学校定位 专业特色 校企合作 明确专业培养目标

16 2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案
2.2 总体思路：

17 2.3 机械类专业人才培养目标与能力要求： 2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案
本专业特色的核心知识点，特别是机械工程技术知识原理和技术推理, 包括：基础科学知识、核心工程基础知识、高级工程基础知识； 本专业所需要的个人职业能力和态度，包括：机械工程推理和解决问题的能力、实验和发现知识的能力、系统思维能力、个人能力和态度、职业技能和态度等； 本专业所需要的人际交往能力—团队工作和交流，包括：团队工作、交流、使用外语的交流等方面的能力； 本专业所需要的在企业和社会环境下工程综合能力，包括：外部和社会背景环境、企业与商业环境、系统的构思与工程化、设计、实施以及运行等；

18 2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案
应用知识，能力训练

19 将《机器测绘》、《计算机绘图》等课程整合程3周的《机械测绘与工程图学训练》
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 课程模块 课程名称 学分 学时 讲课 实验 上机 工程图学 机械制图(一) 3 48 40 8　 机械制图(二) 机械测绘与工程图学训练 3周 课程要求与目标： 将《机器测绘》、《计算机绘图》等课程整合程3周的《机械测绘与工程图学训练》 掌握工程制图标准和各种机械工程图样表示方法，熟悉机械工程相关标准。

20 掌握工程制图标准和各种机械工程图样表示方法，熟悉机械工程相关标准。
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 课程模块 课程名称 学分 学时 讲课 实验 上机 工程图学 机械制图(一) 3 48 40 8　 机械制图(二) 机械测绘与工程图学训练 3周 课程要求与目标： 掌握工程制图标准和各种机械工程图样表示方法，熟悉机械工程相关标准。

21 将力学与材料课程进行整合，强调工程中的宏微观构件、宏微观系统、材料与结构制造(制备)及加工和使用过程中有关的力学问题和材料问题。
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 课程模块 课程名称 学分 学时 讲课 实验 上机 力学与材料 工程力学(一) 4 64 56 8 工程力学(二) 工程材料与成型技术基础 3 48 工程流体力学 40 热工基础 课程要求与目标： 将力学与材料课程进行整合，强调工程中的宏微观构件、宏微观系统、材料与结构制造(制备)及加工和使用过程中有关的力学问题和材料问题。

22 将公差与技术测量融入相关课程，注重公差的应用
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 课程模块 课程名称 学分 学时 讲课 实验 上机 机械设计与制造 机械设计与制造(一) 4 56 机械设计与制造(二) 72 机械设计与制造(三) 3 机械设计与制造主题实践(一) 2 2周 机械设计与制造主题实践(二) 3周 机械设计与制造主题实践(三) 计算机辅助设计与制造 48 24 将公差与技术测量融入相关课程，注重公差的应用

23 2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案
课程要求与目标： 将设计与制造类的课程整合，同时开设实践课——机械设计与制造主题实践I、II、III：学生以团队形式通过构思、设计、实现、运作，将客户需求以工程学基本原理来表述，掌握机械系统设计与制造过程的基本理论和基本知识，完成机械系统和模块的构思、设计、制造和测试。学生综合运用所学知识和能力构建设计方案，建立设计模型和制造模型，制定详细的加工方案，加工装配一个机械系统并进行性能测试。

24 “培养学生综合工程素质和工程实践能力” ，训练过程与工程过程有机结合，逐步形成 “工程化”综合工程训练模式。
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 课程模块 课程名称 学分 学时 讲课 实验 工程训练 工程训练(一) 3 3周 工程训练(二) 2 2周 课程要求与目标： “培养学生综合工程素质和工程实践能力” ，训练过程与工程过程有机结合，逐步形成 “工程化”综合工程训练模式。

25 以工程应用实例为主线，展开教学活动；熟练应用常用电路设计仿真工具、印刷电路板设计制作，实现一个典型产品的设计、调试开发。
2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 课程模块 课程名称 学分 学时 讲课 实验 电工电子类 电工电子技术(一) 2 40 32 8 电工电子技术(二) 4 64 52 12 电工电子实习 2周 课程要求与目标： 以工程应用实例为主线，展开教学活动；熟练应用常用电路设计仿真工具、印刷电路板设计制作，实现一个典型产品的设计、调试开发。

26 课程要求与目标： 2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案
课程模块 课程名称 学分 学时 讲课 实验 上机 计算机仿真与工程分析 计算机仿真与工程分析—固体力学与有限元法 4 64 40 24 计算机仿真与工程分析—流体力学 2 20 现代机械设计方法 28 12 计算机仿真与工程分析实践 2周 课程要求与目标： 具备正确建立机、电、液系统的数学模型，掌握ADAMS、Ansys、Fluent等大型工程，具备使用这些软件进行仿真计算、输出仿真结果、并对仿真结果进行分析的能力；掌握有限元法的基本思想、位移函数的构造方法、单元刚度计算和单元荷载计算、整体刚度和整体荷载的集成，具备结合CAE仿真进行算例检验的能力。

27 2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案

28 课程要求与目标： 2.构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 测控技术类
课程模块 课程名称 学分 学时 讲课 实验 测控技术类 控制工程基础 2 40 34 6 机械工程测试技术 32 8 单片机原理与接口技术 3 56 36 16 PLC控制系统 嵌入式系统设计 虚拟仪器技术 机电系统仿真 22 18 课程要求与目标： 以工程应用实例为主线，加强实践教学，实现一个典型系统的设计、调试，

29 汇报提纲 机械类专业“卓越计划”试点情况 机械工程学院“卓越计划进展情况 1 2 3 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点
构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 3 构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展 机械工程学院“卓越计划进展情况 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点

30 共同制定应用型工程人才培养目标 共同构建应用型工程人才培养方案 联合打造多元化应用型工程人才培养模式 建设校外人才培养基地
3.构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展 共同制定应用型工程人才培养目标 共同构建应用型工程人才培养方案 联合打造多元化应用型工程人才培养模式 建设校外人才培养基地 创立校内高水平学生实践平台

31 构建校外人才培养基地 为企业全方位培养工程人才 单纯输送学生到企业实习 3.构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展
在企业建立稳定的学生企业学习基地 依托重大项目，产学研合作，做学融合 轮岗实习、顶岗实习、项目学习 合作育人、合作办学、合作就业、合作发展

32 3.构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展
2011年机械工程学院产学研合作教育研讨会 高书记、郭院长颁发兼职教授和人才培养企业导师证书

33 以进驻实验大楼为契机，整体设计、结构调整和布局优化 校企共建实验室，使企业先进技术设备对接实践教学
3.构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展 创立校内高水平学生实践平台 以进驻实验大楼为契机，整体设计、结构调整和布局优化 校企共建实验室，使企业先进技术设备对接实践教学 全面推进校内高水平科研平台向本科生开放 进一步大学生研究训练，建设学生科研训练实践平台

34 汇报提纲 机械类专业“卓越计划”试点情况 机械工程学院“卓越计划”进展情况 1 2 3 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点
构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 3 构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展 机械工程学院“卓越计划”进展情况 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点

35 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 4.1加强领导，精心组织
成立机械工程学院“卓越工程师教育培养计划”项目组，负责卓越工程师教育培养方案的规划制定、组织落实和监督检查，确保试点工作目标的全面实现。

36 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 4.2加强教学改革与研究，推动试点工作深入进行
将教学方案直接写入教学大纲，核心课程全部按照“任务驱动——教、学、做一体化”教学模式设计教学方案； 重构课程体系，重点建设打造十门课程（群）， 课程模块 课程名称 负责人 工程图学 机械制图(一) 赵增慧 机械制图(二) 机器测绘与工程图学训练 课程模块 课程名称 负责人 机械设计与制造 机械设计与制造(一) 负责人：曹建树 蔡晓君 重要成员： 徐林林 刘湘晨 姬宜朋 机械设计与制造(二) 机械设计与制造(三) 机械设计与制造主题实践(一) 机械设计与制造主题实践(二) 机械设计与制造主题实践(三) 工程材料与成型技术基础 计算机辅助设计与制造

37 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 4.3 实施与成效

38 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况

39 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况

40 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况

41 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况

42 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 探究式主动学习
在工程力学、机械制图、单片机原理与接口技术等课程中树立“以学生为中心，教师为主导”的新观念，引导学生 “主动学习”； 在教学过程中教师提出问题引导学生思考和研讨，加强主动学习和动手实践，强调分析问题和解决问题的能力；

43 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 基于项目的学习 一级项目（project） 二级项目（课程群项目） 三级项目（课程项目）
URT项目（大学生研究训练项目） 学科竞赛项目：全国大学生足球机器人大赛、电子设计大赛、机械创新设计大赛等。 以国家重大科研工程项目为依托，设计大学生研究训练题目。近5年承担国家863项目、国家自然基金项目、企业重大项目等16项，为大学生工程研究训练和学科竞赛训练提供了真实的工程实践项目。

44 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 1）一级项目（project）实践
管道焊接机器人、双机器人协调作业系统、能力风暴机器人、创意之星机器人、管道机器人、机器狗、钉子包装机、码垛机器人、数控激光雕刻机、多轴联动数控铣床、可重构6自由度并联机床等项目作为1级项目。

45 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 2）二级项目（project）实践 如：数字设计与制造类课程群

46 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 2）二级项目（project）实践 如：数字设计与制造类课程群

47 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 2）二级项目（project）实践 如：数字设计与制造类课程群

48 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 3）三级项目（project）实践 北京市级精品课程：单片机原理与接口技术 48 48 / 44

49 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 互相学习、分享技术 3）三级项目（project）实践 工作进展将及时得到反馈 教师可即时提供指导鼓励
进度报告 工作进展将及时得到反馈 教师可即时提供指导鼓励 互相学习、分享技术

50 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 北京市级机械创新设计大赛 3）三级项目（project）实践 具有自主知识产权的开发式单片机实验系统
50 50 / 36

51 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 4）URT项目实践： 创新训练 51 51 / 36

52 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 创新训练 4）URT项目实践：两组学生参加第二届IMS国际研讨会并做专题演讲及成果展示 52 / 36

53 图23 机械工程学院师生参加北京CDIO区域性国际会议
4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 5）学科竞赛项目实践 图23 机械工程学院师生参加北京CDIO区域性国际会议 53 53 / 36

54 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 5）学科竞赛项目实践 构思、计算 草图 加工、组装 三模拟

55 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 课外拓展训练 体验式学习圈 The Experiential Learning Cycle 体 验
Experiencing 体 验 (The training activities) 培训活动 Publishing 发 表 (Sharing reactions and observations) 分享当时的观察与反应 Applying 应 用 (Planning for the practice) 实际中应用的考虑 体验式学习圈 The Experiential Learning Cycle Processing 反 思 (Reflections related to the training objectives) 与培训目标相应 的反思 Generalizing 理 论 (Broader implications) 更深层次的思考 课外拓展训练

56 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 课外拓展训练：全方位培养学生

57 4.机械工程学院“卓越计划”进展情况 课外拓展训练：全方位培养学生

58 汇报提纲 机械类专业“卓越计划”试点情况 机械工程学院“卓越计划”进展情况 1 2 3 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点
构建知识能力素质协调发展的机械类专业人才培养方案 3 构筑校企合作平台，保障机械类工程人才培养长效发展 机械工程学院“卓越计划”进展情况 4 5 试点过程中遇到的问题及下一步工作重点

59 5.试点过程中遇到的问题及下一步工作重点 1）教育观念与教学方法需要进一步更新：主动适应能力弱； 2）师资队伍建设急需加强：工程背景欠缺；
3）教学方式、方法远不能满足当前学生的发展需要； 4）各方面的支持保障措施缺位； 5）如何将教学质量引入评价体系？

60 5.试点过程中遇到的问题及下一步工作重点 1）转变观念，主动适应学生的发展需求； 2）教师培训：鼓励教师参加工程实践、参与重大科研课题；
3）教学方式、方法要下大力气进行改革与实践； 4）进一步加强与企业的合作，建设稳定高效的产学研合作体系； 5）探索将教学质量引入评价体系，教学工作量计算办法改革；

61 敬请各位交流指正