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系統生命周期工程教育的目的是培養具有熟練技術基礎和廣泛專業能力的學生，在過去幾十年里，大學之外的社會一直在要求工程教育者改進工作以更好地滿足以上目標。[1]但是20世紀中期以來，我國的工程教育日漸脫離和輕視工程實踐，工程教育的教師越來越多的由工程科學家擔任，他們其中多數人從來沒有做過工程師，他們思考、工作、教學都是在其所熟知的工程研究環境中。工程研究固然是一個很重要的領域，但問題是，它實際上逐漸取代工程實踐環境而變成了工程教育環境。這樣，我們就不知不覺地開始把我們的學生培養成為工程研究者，而不是工程師。據麥肯錫季刊的一項分析報告指出，在中國160萬名青年工程師中，只有16萬能勝任跨國公司的工作，能達到跨國公司用人標準的合格畢業生比例不到工科畢業生的10%，與印度的25%、馬來西亞的35%、波蘭的50%、比利時的80%以及其他發達國家差距甚大。據瑞士洛桑國際管理開發研究院（IMD）公布的國際競爭力排名可知，我國整體實力排名由2005年的第31位大幅上升到了2006年的第19位，但在同一排名榜上，我國培養的可獲得資格的工程師數量卻連年忝居末座。[2]因此，中國的工程教育迫切需要進行深層次改革，以適應全球經濟快速發展的需要。

一、國際工程教育大潮中的CDIO

全世界對工程教育的改革都很迫切，無論是發達國家還是發展中國家。在過去的10年里，美國的企業界人士開始致力于縮小當前工程教育中的理論和實際操作能力之間的差距，對工程教育提出了新的目標和要求。四所前沿的工程大學（美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、瑞典皇家技術學院）從2000年起組成跨國研究項目組合，經過4年探索，他們合作開發了一個新型的工程教育模型，稱為CDIO。其名字的靈感來源于產品/系統的生命周期過程。該生命周期可分為四個階段：構思、設計、實施、操作。它是“做中學”原則和“基于項目的教育和學習”的集中體現。它以工程項目（包括產品、生產流程和系統）從研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動實踐、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO的理念不僅繼承和發展了歐美20多年來的工程教育改革理念，更重要的是提出了系統的能力培養、全面的實施指導、完整的實施過程和嚴格的結果檢驗的12條標準，具有很強的可操作性。[3]CDIO標準是直接參照工業界的需求（如波音公司的素質要求和ABET的EC2000標準）制定的，因而能完全滿足產業對工程人才質量的要求。迄今已有幾十所著名大學加入CDIO國際組織，麻省理工學院已有兩屆CDIO學生在畢業后得到工業界的好評。一些公司甚至專門為CDIO畢業生制定了高于其他教育模式畢業生15%的工資標準。

二、機械創新設計大賽中的“做中學”模式

2006年初北京石油化工學院在組織第三屆首都高校機械創新設計大賽時，大多數師生根本沒有聽說過CDIO，因為要參賽而且想拿出成功的作品參賽，教師帶領學生“在做中摸索、在做中學習、在做中提高”。第三屆首都機械創新設計大賽的主題是“健康與愛心”，大賽要求從這一主題出發，由學生設計、制作、提交相關機械產品的樣機進行比賽。機械創新設計大賽的設計遠不只是圖紙上的設計，還包括從調研到構思、設計、制造、裝配、調試、使用，乃至改進設計這樣又一輪的實踐活動。這是一套完整的實踐活動，是一套出真知、出創新、出成果的實踐活動。[4]2006年是我們學生包括部分教師第一次親臨一種全新機械產品開發和制作全過程的體驗，開頭真是無從下手，產品都不知如何確定，更不用說設計與制作了。在教師的指導下，考慮到我國需助殘、康復、健身的人群現狀，學生們開展了廣泛的市場調研，深入到大興康復醫院、海淀康復機構等觀察采訪，結合不同的康復人群的需要，擬訂了“多功能電動輪椅”、“人性化擔架和康復助力拐”等產品的選題組成產品開發小組。開發小組的分組以學生自愿組合為基礎，并考慮了專業和男女同學的合理搭配，以便于最大限度發揮每個人的特長。過02級學生馬強、機電02級學生龔月圓和機電02級學生楊雄在進行“多功能電動輪椅”的功能設計構思時，為突出“多功能”的特點，對各種機構進行了深入的研究和學習，最后運用機構學原理設計了靠背、桌面和遮陽翻轉機構，設計思路新穎，結構精巧簡單，將簡單的靠背根據殘疾人需要，經機構變換可巧妙變化成書桌或遮陽機構（該成果已獲得實用新型專利授權）。楊雄同學在調試電動輪椅時，面對項目中驅動與控制問題，在請教自動化專業教師的基礎上，自學掌握了控制工程原理、制定了合理的啟動方案，并且利用網絡查詢小型步進電機及其驅動器的價格，為了節省開支，跑遍了大興的各機電產品市場（包括舊貨市場），不但購買到可用于該項目的小電機和驅動器，還學到了一些實用的技術、方法。在實際制作中，學生們虛心請教工程教育中心的師傅，改進原設計中的不足，自己動手加工零件，組裝出所設計的產品，圓滿完成設計制作任務。過03級學生姚明、鐘云青在設計制作“人性化擔架”作品時，出于最大限度保護傷殘病人的愿望，巧妙運用四桿機構原理設計了可自由開合式擔架，為準確規劃擔架的運動軌跡，并自學了WorkingModel機構設計分析軟件，從理論上保證了機構尺寸的精確性，為進一步的設計制作奠定了良好的基礎（該成果已獲得實用新型專利授權）。每一個作品的后期制作，都是考驗學生團隊能否團結協作、有無鍥而不舍精神的關口。內行都知道，設計工作量為一，那么制造工作量就為十，這表明，后天的制作量是十分大的。學生們頂著酷暑紛紛自己動手，有的到廢舊市場尋找原材料，有的到工廠進行加工、組裝、調試，反復修改，以求制造操作上易于實現。這真正體現了“做中學、學中做”相互結合、相得益彰。在以往單純理論教學中，學生只是知識的接受者，而不是知識的主動索取者，學習沒有明確目的，知識—教師—學生是一種直線單向式關系。而在機械創新設計大賽的實施過程中，圍繞課題的實踐，學生獲取知識的欲望被激發，學生能夠有目的地自學或在教師的指導下用知識解決實際問題，學生真正懂得了“學”與“用”的關系。同樣教師通過實際課題的錘煉增長了工程實踐能力，因此這是一種互動的三角雙向式關系。

三、CDIO理念的運用

2008年初我們在準備第四屆首都高校機械創新設計大賽時，已經在CDIO的實踐中嘗到了甜頭，已經真正能將CDIO應用于大賽的規劃和組織。在這一過程中我們更加強調產品生命周期開發和使用作為知識和能力培養的載體及環境，更加強調的是知識和能力之間的關聯，而不是具體內容。因此依據此次大賽的主題“綠色與環境”———“環境機械、環保機械和廚衛機械”，我們首先在校內成立大學生課外科技活動小組（URT小組），以項目的形式為組織、以多年級多學科共同合作為要求、以運用知識解決問題為目標來實施產品全生命周期的工程實踐，通過讓參與的學生明白他們在構建的并非其特定產品的設計模式，“構思-設計-實施-操作”這四個詞可表達更廣泛的工程師行為，不論是網絡工程師、機械工程師、建筑工程師或生產工程師，都要遵循。此次大賽的組織更加開放，多個URT小組都是學生自行管理和實施。組長安排討論構思、組長分配任務，對于不懂或需用到的知識，組長聽從教師的建議，分別安排同組學生選修相關課程或向教師請教。實際上，在有限的學制中，任何工程教育專業都不可能將今后工作中所需的知識完全教給學生，而只能按照項目訓練的方式組織知識，教給學生在“做中學”，在基于項目的反復學習訓練中，獲得能力，提高工程素質。學生在此實踐訓練過程中學到知識，但更重要的是獲得自學能力、解決問題能力和創新能力，進而提高其走入社會的自信心，這才是他們終身取之不盡用之不竭的寶貴財富。第四屆首都高校機械創新設計大賽學生設計開發制作完成了戶外折疊式玻璃清潔器、節能型高壓汽霧清潔車、超聲節水洗碗機和手動式戶外清潔車等六件作品，項目執行過程中各小組多名學生有計劃選修了機械創新設計、PRO/E三維設計、產品創意設計實踐等具有創新設計理念和介紹先進設計工具手段的課程。所有設計開發制作的產品更注重學科上的綜合性，學生的不少作品充分融合了機械、電子、光學、控制、材料等多學科知識。參加制作的學生來自不同的院系與專業，各人根據自己的專業與特長，分工合作，彼此協調，體現了良好的團隊精神。2010年、2012年、2014年我們又先后組織學生參加了第五屆、第六屆、第七屆首都高校機械創新設計大賽。假設前幾屆參加的學生只是學生群體當中學有余力、主動性強、成績優秀的佼佼者，從2010年起我們把參加大賽作為學生評定機械設計課程成績、機械課程設計課程成績的一項必要內容，學生的成績一部分參考學生在參加大賽中的表現，逐漸摒棄了那種一次期末考試成績確定學生課程結業成績的做法，而且獲得一等獎、二等獎的學生還可以申報創新學分。這一系列措施極大激發了學生參加大賽的積極性和主動性，尤其是那些平時愛玩、學習成績不理想、自信心不足的學生，他們覺得這種學習、動手、實踐不再枯燥，還可以依據自己興趣，在“玩中學、做中學”。2010-2014年參加大賽的學生逐年增加，在校內形成了品牌、形成了傳統，學生們都知道，一、二年級都要到學姐、學哥的大賽項目小組“打打醬油”、學習學習，三、四年級就要成為主力隊員，用產品說話了。通過機械創新設計大賽的組織和實施，不但培養鍛煉了一批具有自學與組織能力、勇于實踐善于創新、樂于動手與協作的工程技術人才，而且加強了教師的CDIO技能，使學生在真正學到鍛煉工程技能的同時，教師在此過程中也彌補了工程經驗不足的缺憾，為將來的實踐教學打下了基礎。正如總理曾經講過“做中學才是真正的學，做中教才是真正的教”。“問渠哪得清如許？為有源頭活水來。”創新之水來自實踐之源。作為新時期的教育工作者，我們只有不斷為學生提供實踐之源，我們的學生才能成為社會需要之材，才能成為國家興旺之材。

作者:蔡曉君 劉湘晨 竇艷濤 單位:北京石油化工學院機械工程學院

［參考文獻］

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［3］EdwardF.Crawley，查建中，JohanMalmqvist，DorisR.Br-odeur.工程教育的環境［J］.高等工程教育研究，2008（4）：13-16.

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［9］蔡曉君、劉湘晨.基于產品實現全過程機械設計能力培養［J］.實驗室研究與探索，2013（7）：182-184.

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