开设机械设计制造及其自动化专业“CDIO试点班”

论

证

报

告

汽车与机械工程学院

2015年4月

为全面贯彻《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》和《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》等文件精神，进一步提高我校本科人才培养质量，建设特色鲜明的高水平教学研究型大学了，根据《中共长沙理工大学委员会关于全面深化改革的若干意见》，学校于二0一五年三月召开了本科教学工作会议，并制定了《长沙理工大学关于深化本科人才培养模式改革的实施意见》，主动适应经济社会发展对专业人才素质的新需要，以能力教育为核心开展人才培养模式改革。

汽车与机械工程学院机械设计制造及其自动化专业已于2013年通过了教育部工程教育专业认证，尽管已获得了卓越人才培养计划验收的必要条件，但仍未列入卓越人才培养计划。实际上，卓越人才计划自实施以来，普遍存在“顶层设计过于拨高，校企联合培养合作不畅，工程实践训练不足，创新培养机制欠缺”等共性问题，卓越班更多成为了考研班，失去了卓越工程师人才培养计划应有之意。本次提出建设的机制“CDIO试点班”力求借鉴国外“大工程”教育观和工程科技人才培养模式，吸收卓越人才培养中“导师制”等优点，依托学校工程训练中心平台创新工程训练教育与管理模式， 探索“两好”（思想品质好、专业知识好）与“两强”（实践能力强、创新能力强）人才培养新模式。

1实施背景及必要性分析

（1）提高机械类专业人才培养质量是“建设制造业强国”的需要。

机械工业是国民经济的支柱，机械工业水平的高低体现了一个国家的综合实力。虽然目前我国已经超越美国成为全球第一制造业大国，但是“大而不强”。我国2015年3月提出了“中国制造2025”的制造业十年战略规划，制定了制造强国建设三个十年“三步走”的战略，最终在建国一百周年的时候，实现建成制造强国的宏伟目标，迫切需要高校提供高质量的机械类专业人才作为支撑。

湖南处于“珠三角”与“长三角”的结合部，具有承东接西、南联北进的战略地位。2015年4月，《长江中游城市群发展规划》经国务院批复实施，该规划将湖南定位为中国经济发展新增长极、中西部新型城镇化先行区、内陆开放合作示范区和“两型”社会建设引领区，这为湖南的区域经济快速发展带来了新的机遇。装备制造业是湖南省的支柱产业，已经形成门类较齐全、规模较大、具有一定比较优势的产业体系，包括长沙工程机械、株洲轨道交通、衡阳输变电等产业集群等。然而，近年来，在湖南省装备制造业快速发展的同时，显现了一些突出问题，其中人才资源已经成为湖南省支柱产业发展制约瓶颈。

长沙理工大学机械设计制造及其自动化专业源于原湖南交通学校1956年创办的“船舶技术管理”专业和随后开设的“筑路工程机械”专业，已经形成了“立足交通和工程机械行业，传承‘铺路石’精神；夯实基础知识，突出机电一体化；强化工程实践与动手能力，培养面向基层的高级应用型人才”的专业特色，面对国家“创新型驱动”的新常态，机制专业有责任与有义务进一步创新人才培养模式，切实培养“工程实践能力强与创新能力强”的工程科技人才，服务地方经济和行业发展。

（2）落实“以学生为中心”的理念，实施“基于成果导向”的教育，是提高人才培养质量的有效途径。

新中国成立以后，特别是改革开放以来，我国工程教育取得了举世瞩目的成就，有力地支撑着我国工业体系的形成与发展。但从建设创新型国家的要求和现代工程观来审视，我国工程教育还存在很多问题，如工程实践能力不足、基础知识薄弱、工程创新能力缺乏、团队合作与沟通能力欠缺等。

“以学生为中心”的理念，就是着眼于学生的全面发展，学生的成人、成才，以学生的学习和发展为中心，尊重学生主体地位（价值），为学生的学习、交往、生活、发展等方面提供良好的平台，实现从以“教”为中心向以“学”为中心的转变，从“传授模式”向“学习模式”的转变，从而提高学生的学习质量。 “基于成果导向”的教育（Outcome-Based Education，简称OBE），理念上是“以学生为中心”的教育哲学，实践上是一种聚焦于学生受教育后获得什么能力和能够做什么的培养模式，一切的教育活动、教育过程和课程的设置都是围绕实现预期的学习结果。 OBE强调5个问题：一是希望学生取得的什么样的学习结果（知识、素质、能力）；二是为什么要学生学习这些内容；三是如何有效地知道学生取得了这些学习结果；四是如何帮助学生取得上述学习结果；五是如何保证学生能够取得这些学习结果。

“基于成果导向”作为一种先进的教育理念，在美国等一些国家已有了多年的理论与实践探索，至今已形成了一套比较完整的理论体系和实施模式，而且已证明是高等工程教育改革的正确方向，是提高人才培养质量的有效途径。

“以学生为中心”的教育，强调是面向全体学生而不是个别优秀学生。因此，机制专业CDIO试点班建设不是类似于卓越人才计划的“培优”，而是立足于“人才培养模式”的改革与探索，并力求能将此人才模式覆盖到全体学生。

（3）CDIO工程教育模式是“基于成果导向”教育理念的重要实施方式。

20世纪90年代以来探索出的CDIO工程教育模式被公认为较为成功的工程教育模式，是“基于成果导向”教育理念的重要实施方式。

CDIO是英文字母Conceive (构思)、Design (设计)、Implement (实施)、Operate (运行)的首字母，代表了产品、系统或过程的整个生命周期的所有环节，即构思—设计—实施—运行。这一理念的核心就是工程师的个人、人际交往和系统构建能力必须在真实的工程实践环境和解决工程问题的过程中取得。CDIO模式反映了工程的实践本质要求，体现了当代工程外延的扩大和工程活动的复杂性。2005年，汕头大学率先在中国进行CDIO改革。随后，这种工程人才培养模式在我国得到快速传播并在多所高校得到推广实施。CDIO工程教育模式不仅可以作为我国工程教育改革可以采用的一种手段，而且它对我国未来工程教育改革的整体思路产生了重要的影响，特别是对目前我国“卓越工程师培养计划”的设计和实施提供了重要的借鉴和参考。“卓越计划”强调高校与行业企业联合培养，扩大工程教育的对外开放，强化学生的工程能力和创新能力，这些观念和做法与CDIO教育模式的培养目标、理念和方法在内容和形式上具有高度的兼容性和相关性。

长沙理工大学机械工程训练分中心示范建设强调“工厂环境的构建”也将为CDIO试点班建设提供阵地。

（4）树立“基于成果导向”教育理念，开设“CDIO试点班”，是专业实现可持续发展的需要。

长沙理工大学“机械设计制造及其自动化”专业长期以来一直关注工程教育模式的改革和人才培养质量的提高。本专业于2013年顺利通过了工程教育专业认证，成为国内第二个通过机械类专业认证的地方院校。这标志着本专业的工程教育质量得到了国内的广泛认可，并和国际接轨。

但长期的跟踪调查和研究表明，本专业的人才培养质量与国家社会及教育发展需要、行业产业发展及职场需求、学校定位及发展目标、学生发展及家长校友期待等方面尚有较大差距，尚存在我国工程教育中普遍存在的工程实践不足、基础知识薄弱、工程创新能力缺乏、团队合作与沟通能力欠缺等问题。为此，我们组织全专业老师开展了深入讨论，厘清认识、转变观念，牢牢树立了“基于成果导向”的理念。但由于条件限制，实施CDIO模式的工程教育改革尚不能在全专业学生上进行，只能先找一个班试点，有好的效果后，再以点带面向全专业推广。这对于做好专业认证的整改工作，进一步提高办学水平和人才培养质量，实现可持续发展，具有重要意义。

2实施条件及可行性分析

(1)办学历史和学科支撑

长沙理工大学“机械设计制造及其自动化”专业源于原湖南交通学校1956年创办的“船舶技术管理”专业和随后开设的“筑路工程机械”专业。1978年经国务院批准，在湖南交通学校的基础上创办长沙交通学院，归口交通部直接管理。自1979年始，筑路工程机械专业面向全国招收四年制本科生。1987年长沙交通学院开设机械制造工艺与设备专业，当年开始面向全国招收三年制大专班。1996年经教育部批准，在原机械制造工艺与设备专科专业的基础上创办“机械电子工程”四年制本科专业，面向全国招生。1998年，“筑路工程机械”和“机械电子工程”两专业合并为“机械设计制造及其自动化”专业，设工程机械和机电一体化两个专业方向。在30多年的本科办学历程中，本专业依托行业优势，以创新实践能力培养为重点，不断优化专业结构，不断提高人才的培养质量，形成了“立足交通和工程机械行业，传承‘铺路石’精神；夯实基础知识，突出机电一体化；强化工程实践与动手能力，培养面向基层的高级应用型人才”的专业特色，培养了3000多名机械制造与应用领域的人才，毕业生的一次性就业率一直保持在95%以上。

本专业1999年获“机械设计及理论”硕士学位授予权，2005年获“机械电子工程” 硕士学位授予权，2010年获“机械工程”一级学科硕士学位授予权，2008年被评为湖南省特色专业，2011年“机械工程”学科正式批准为湖南省“十二五”重点建设学科，2013年本专业顺利通过了工程教育专业认证。

(2)师资队伍

本专业在近60年的办学过程中，广大师生员工倾注了极大的精力和心血，以积极的态度投身到专业建设和人才培养中，教学与研究水平不断提高，办学经验不断积累和丰富，目前已经形成一支学术水平高、教学科研能力强、知识与年龄结构合理、教学科研经验丰富的师资队伍。现有专任教师30人，其中教授6人，副教授11人，有博士学位的教师17人， 师资队伍如表1所示。

表1 师资队伍

序号	姓名	学历	职称	毕业专业
1	李自光	硕士	教授	机械工程
2	贺尚红	博士	教授	机械工程
3	杜荣华	博士	教授	机械工程
4	吴康雄	硕士	教授	机械工程
5	游小平	学士	研究员	机械工程
6	刘桂英	学士	教授	机械工程
7	方晓丽	硕士	副教授	机械工程
8	黄东胜	硕士	副教授	机械工程
9	李碧琼	博士	副教授	机械工程
10	李河清	硕士	副教授	机械工程
11	李旭宇	博士	副教授	机械工程
12	李亚非	硕士	副教授	机械工程
13	卢和铭	学士	副教授	机械工程
14	毛聪	博士	副教授	机械工程
15	王志安	学士	副教授	机械工程
16	吴茵	硕士	副教授	机械工程
17	杨浪萍	学士	副教授	机械工程
18	陈书涵	博士	讲师	机械工程
19	何建军	博士	讲师	力学
20	何志勇	博士	讲师	机械工程
21	贺湘宇	博士	讲师	机械工程
22	雷兆虹	硕士	讲师	机械工程
23	李战慧	博士	讲师	机械工程
24	唐宏宾	博士	讲师	机械工程
25	陈耿彪	博士	讲师	机械工程
26	易继军	博士	讲师	机械工程
27	周振华	博士	讲师	机械工程
28	尹来荣	博士	讲师	机械工程
29	唐昆	博士	讲师	机械工程
30	张明军	博士	讲师	机械工程

本专业教师以饱满的热情积极参与教学改革和学生的指导工作。近年来，本专业教师承担省级教改项目2项，校级教改项目9项，大学生指导项目10余项。结合教学研究与改革，本专业教师发表了20多篇教学研究论文。

本专业教师还积极承担科研工作，提高自身的科研能力和工程实践能力。近年来，本专业教师共承担各类科研项目50余项，其中主持国家级项目10项，省部级项目20余项，在国内外核心刊物上共发表论文100余篇。专任教师中绝大多数具有企业工作背景或工程项目研究经验，这些较强的科研和工程实践背景，保证了本专业的教师具备了机械工程综合能力来更好地培养学生。

(3)硬件条件

本专业校内有机械基础实验室、机械拆装实验室、精密测量及测试技术实验室、机电液控制技术实验室，现代制造技术实验室、CAD中心、现代工程机械实验室、机械工程训练中心等实验室（中心）。实验室面积达11667平方米，拥有设备1500余台套，设备总投资为2100万元。实验室状况见表2所示。

表2 实验室

实验室名称	面积（m2）	设备种类与数量
工程机械-柴油机拆装实验室	200	发动机12台
工程机械-底盘构造实验室	300	工程机械底盘
工程机械-水切割实验室	200	高压水切割实验机
工程机械-故障诊断实验室	150	故障诊断仪2台
工程机械电液控制拆装实验室	76	电液控制阀6个 截止溢流阀2个 换向阀3个
热处理实验室	50.8	高温热处理炉2台 低温热出路2台 布氏硬度计1台 洛氏硬度计2台 维氏硬度计2台
现代制造技术实验室	100.5	加工中心1台 数控车床2台 刨床1台 铣床1台 钻床1台 空压机1台
数控技术实验室	50.8	数控雕刻机1台 数控铣教学演示机2台 数控车教学演示机2台 电火花线切割机1台
金相实验室	33.1	金相显微镜7台 金相试件100件 金相挂图20幅 金相镶嵌机1台 金相抛光机3台 预磨机1台
CAD/CAM实验室	109.3	计算机11台
精密测量实验室（一、二、三、四）	476	三坐标测量仪1台 立式光学计5台 万能测长仪3台 光切法显微镜4台 干涉显微镜4台 数显游标卡尺1把 数显公法线千分尺1把 合象水平仪10台 数显百分表6个 数显千分表6个
先进制造技术实验室	110	柔性制造系统1套
液压与液力传动实验室	186	电液比例综合实验台2台 精密位移测试装置1台 液力变矩器性能测试1台 截止溢流阀2个 液压基本回路装置1套 新型液压阀工作台1台 智能型液压综合实验台1台 全液压转向器2个 转向泵2个 轴向柱塞泵2个 高压泵站1个 液压缸3个 液压传动教模1套 挂图1套
工程机械车库	1291	挖机，多功能作业车，装载机，电动震动夯，小型震动压路机 油泵调试实验台
CAD/CAM实验室	146.8	计算机70台 多媒体演示1套
传感器实验室	145	传感器实验台20台 计算机20台 示波器10台
喷管试验室	26	喷管实验台
内燃机实验室	80	电涡流测功机测控系统1套 柴油机测控系统1套 电涡流测功器2个 汽油机1台，柴油机1台
智能仪器仪表实验室	150	单片机综合实验装置20套 计算机20台 示波器15个
机电控制实验室	110	PLC实验台6台 电力电子与电机控制实验台6台 六足爬行教学机器人1个 三坐标测量仪2台
机械基础 实验室Ⅰ	140	平面创新创意实验台16台
机械基础 实验室Ⅱ	167	齿轮范成仪60个 测绘模型60个
机械基础 实验室Ⅲ	126	运动参数测试台16台
机械基础 实验室Ⅳ	145	减速器32台
机械基础 实验室Ⅴ	182	轴系箱16台
机械基础 实验室Ⅵ	160	带传动12台
机械基础 实验室Ⅶ	125	原理与设计各2组
机械基础 实验室Ⅷ	160	机械传动测试台6台 机械基础综合分析及创新实践平台2台 机械系统性能研究及可视化分析实践平台2台
机械基础 实验室Ⅸ	104	液体动压轴承测试实验台12台

在校内实验平台的基础上，本专业还有稳定的校外实习和实训基地。先后建设了“中联重科-长沙理工大学湖南省优秀实习基地”（2008）、“机械工程湖南省大学生创新训练中心”（2013）等实践创新平台和实习基地，并与三一重工、山河智能、湖南路桥、湘路科技等多家单位合作建设了实习基地，这些实习基地为本专业学生提供了良好的实习培训工作，对学生认识、熟悉生产和研究工作提供了保障。这些实习基地如表3所示。

表3 与本专业有固定合作的学生实习基地

单位名称	单位性质	单位规模
中联重科实习基地	股份制	大型企业
三一重工实习基地	股份制	大型企业
山河智能实习基地	股份制	大型企业
湖南路桥实习基地	国有	大型企业
洛阳一拖实习基地	国有	大型企业
洛阳轴承厂实习基地	国有	大型企业
中交天和实习基地	国有	中型企业
长沙市政工程公司实习基地	国有	中型企业
湘路机械	股份制	中型企业
高翔重工	股份制	中型企业
金岭机床	国有	中型企业
金码高科	股份制	中型企业
湘计自控	国有	中型企业

学校图书馆关于本专业的数字资源丰富，购置了中国期刊全文数据库、维普中文期刊数据库、万方学位论文数据库、ScienceDirect全文数据库、ASME(美国机械工程师学会)全文数据库、EI（美国工程索引）、IEEE等50多个中外文数据库，自建了长沙理工大学博士、硕士学位论文库和优秀毕业设计（论文）库。此外，学院也针对性的购置了部分专业相关资料，设立了院系藏书库。上述条件能够满足本专业教师的日常教学、科研和学生的学习所需。

(4)前期工作基础

①开展“以学生为中心”的教育思想大讨论，转变思想观念。实现“以学生为中心”，是一种教育范式革命。以“教”为中心的观念在很多老师心目中根深蒂固。因此，我们将全体教职工都发动起来，开展了“以学生为中心”的教育思想大讨论，通过讨论厘清认识、转变观念、达成共识、增添动力。“以学生为中心”的教育思想和“基于成果导向”的教育理念已经深入人心，得到了广大教职工的真心支持和拥护。

②“基于成果导向”理念重构试点班人才培养方案。传统培养方案设计是一种正向设计思路：从课程体系开始，由课程体系决定毕业要求，再由毕业要求决定培养目标，最后才考虑需求。因此，传统教育对外部需求只能“适应”，而很难做到“满足”。而我们基于OBE理念，对培养方案进行了逆向设计：即根据国家社会及教育发展需要、行业产业发展及职场需求、学校定位及发展目标、学生发展及家长校友期待等四方面确定培养目标，再由培养目标设计毕业要求和“知识-能力-素质”体系，然后由这些指标点确定课程体系，再由课程体系决定每门课程、每个环节的教学要求和教学内容，最后通过校内和校外两个循环完成教学评价。在培养计划中，设置四个机械工程的Project，使学生从大二开始，利用四个学期完成一个基于CDIO的产品构思、设计、实施环节的工程实践过程。Project的完成采取导师负责制。在每学期开始由导师结合自己的科研或者结合“机械创新设计大赛”给定题目，或由学生自己选择题目；3-5名学生为一组，分工协作，在整个学期共同完成任务；导师指导学生修读相关课程，并定期和学生进行交流；该学期结束前最后集中完成项目验收和公开答辩。通过工程项目的团队设计，突出提升工程设计能力和协同工作能力培养，并实现工程科学知识大拓宽。以实际工程项目的具体实施为主线贯穿专业课教学过程，旨在培养学生的创新意识和能力、团结协作精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的培养和训练，提高学生进行项目设计的能力。

③构建“以学生为中心”的教学模式。传统以“教”为中心的教学模式有５个局限：教学局限于教书，教书局限于课程，课程局限于课堂，课堂局限于讲授，讲授局限于教材，从而形成“课堂、教师、教材”三中心。以学生为中心的教学模式，必须突出学生在教学中的主体地位，转变教师与学生的传统角色，教师由知识的拥有者、传授者和控制者转变为教学过程的参与者、引导者和推动者，学生由被动接受者转变为主动学习者、积极探索者和勇于创新者；以学生为中心的教学模式鼓励教学方式、方法、手段的创新，强调“教学有法，教无定法”；以学生为中心的教学模式强调知识、能力、素质三维度的培养目标和“全面发展”的教育理念，重视学生高阶能力（如综合分析问题、解决问题的能力）的培养；以学生为中心的教学模式是开放式的教学模式，强调教书育人的密切结合和课内课外的紧密衔接

④学院建立了可持续改进的质量保证体系。该质量保证体系简要概述为“1个目标、2条主线和3个改进”：1个目标是保障质量，2条主线包括培养目标的符合度与达成度和毕业要求的符合度与达成度，3个改进为培养目标的持续改进、毕业要求的持续改进和教学活动的持续改进。这3个改进，通过3个循环来实现，即：通过外循环持续改进培养目标、通过内循环持续改进毕业要求、通过成果循环持续改进教学活动。培养目标和毕业要求的符合度与达成度这两条主线，是对其符合度和达成度的评价与改进过程。首先，评价毕业要求（培养目标）是否与培养目标（内外需要）相符合，如果不符合，就要改进毕业要求（培养目标）；然后，评价毕业要求（培养目标）是否达成，如果没有达成，就要改进教学活动（毕业要求）。教学活动的改进包括课程体系、师资队伍、支持条件、学生的学习机会、教学过程和教学评价等。

综上所述，本专业具有悠久的办学历史和坚实的学科支撑、强大的师资队伍、雄厚的硬件条件，前期进行了扎实的工作基础，这些为“CDIO试点班”的实施提供了充分条件。

3 培养计划

见附件“长沙理工大学机械设计制造及其自动化专业CDIO试点班培养计划”。