0 引言
加强机械类专业各个环节和各教学资源之间的交叉融合，探索实践能力和创新能力的培养模式，这对强化我校“机器人”特色机械类专业特色，针对行业对毕业生知识水平、能力水平和综合素质的现实需求，以及促进机械类新型工程教育人才培养模式构建和完善具有重要意义。机械类专业大学生是机械行业的后备力量，在“制造强国”迈向“智造强国”的进程中，整个社会都逐渐朝着自动化和智能化发展的背景下，机械类专业大学生肩负着前所未有的责任与使命。在科技强国的政策推动下，培养机械类专业大学生，要以培养专业兴趣、提高专业满意度为基础，因材施教，培养出一批有责任担当、有创新能力、有高尚道德、有远大理想的创新型新工科大学生。应当培养具备适应现代制造业发展的有关机械制造、试验检测、维护管理及科学研究等工作的基本能力学生，使学生的业务能力更实、应用能力更强、创新能力更高、适应能力更强。
CDIO教育模式目前国际上公认的新型工科教育改革理念，其为构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）这四个英文单词的首字母缩写组成。其系统性的针对大学生能力培养、教学全面实施和教育检验测评提出了12条具有高可操作性的标准，并提出了将工程基础知识、学生个人能力、团队合作能力以及CDIO整个过程能力融合的逐级表达方法，并形成了教学大纲。TOPCARES由Technical kNowledge and reasoning、Open minded and innovation、Personal and professional skills、Communication and teamwork、Attitude and manner、Responsibility、Ethical values、Social contribution by application practice这八个英文短语的首字母组成[1]，分别代表：技术知识与推理能力、开放式思维与创新、个人职业能力、沟通表达与团队合作、态度与习惯、责任感、价值观和社会贡献。由于TOPCARES大纲与CDIO大纲的目标和核心是一致的。所以也被称为TOPCARES-CDIO。TOPCARES-CDIO的教育核心是一体化，与传统教育理念和模式有较大区别，是一次重要的突破。传统教育模式一般是针对能力目标增设对应课程，但TOPCARES-CDIO所重视的一体化教育，目标是将大学人才培养与社会实践结合起来，并将市场对人才的多种能力和素质需求在大学四年的培养中贯穿设置，这样可以避免大学生毕业后仍与社会脱节，缺乏动手实践的能力，最终的目标是让学生在毕业时具备上述TOPCARES的八大能力[2]。
1 机械类专业人才培养模式的改革方法
人才培养方案是实施人才培养的根据，也是进行人才质量评估的依据，机械类专业大学生人才培养方案应当涵盖体现机械类专业教学标准要素和各种培养环节要求。同时，在当前机械行业智能化转型的大背景下，提升大学毕业生质量刻不容缓。十年树木百年树人，要达到培养高质量机械类专业人才，应当从机械类专业的培养方案制定上着手，从社会需求出发来确定办学思想，最终达到培养出适应于地方社会经济发展建设的机械类专业应用型人才。在培养过程中，应当尽可能的同时顾及学生个人未来的发展和对口就业的现实社会需求。将机械类专业的教学计划从三个方面展开，建立成包括专业教学、素质拓展和创新创业能力培养三类培养计划的综合性机械类专业人才培养方案使其全面实施。逐步优化人才的培育方式。
针对学校本身向地方高水平应用型大学迈进的发展转型需求，提出了针对机械类专业人才的“巩固专业基础水平、提升综合能力素质”的机械大类课程架构，系统性的整合了机械类工程专业的教学内容，为了对机械类应用型人才培养品质的产生较大的提升，对传统机械类专业的课程设置进行了大量改革。在课程设置中，不仅对专业基础技术课程设置进行了改革，同时把学校的办学定位、先进的教育理念、应用型人才培养目标融入到新的课程体系中。在理论课程教学环节，根据学科基础课、学科主干课、专业模块课、方向课、职前强化与实验实训课程构建专业课程体系。在课程教学环节中，通过创新改革，使整个人才培养模式得到优化升级，结合学校的优势与状况，从实践教学基地建设、实践教学方法、校企联合培养人才等具体的教学环节出发，不断完善机械类专业CDIO人才培养的课程体系。
建立在课程与现行课程的基础上，注重实践环节，注重课程内容的动态性。基于项目、工程问题、科学问题为先导，解决对应工程问题或科学问题为目标，以培养学生综合能力为前提、通过不断整合各类专业知识体系，使学生获得全方位的培养，最终培养出能够独立解决实际工程问题、具备独立自我学习未知信息和创造力强的机械类高级工程人才。
2 构建TOPCARES-CDIO的新型要求
为了培养具有综合性学习能力的高水平应用型人才，应当TOPCARES-CDIO思想为根本，通过践行“做中学”，通过工程项目的引入，将理论教学、实践教学、自我学习等理念有机融合，力争培养出不仅具备一定专业理论知识，同时还能够在专业知识、实践能力和综合素质多方面全面发展的高水平人才。
通过对学校的调研、分析、诊断、综合研究，将学校专业特点和社会及机械产业的需求结合起来，对当下使用多年的机械类专业培养方案进行全方位的系统分析，结合学校现有的各类相关平台和资源、师资力量配置、教学仪器与实验设备和在研相关科研项目的实际情况。结合TOPCARES-CDIO工程人才培养理念，对现有的通识教育环节进行反复优化，设计专业理论课程，实践实习课程、实践创新课程等，把机械类专业学生的培养目标制定为“专业理论认知、团队沟通交流、自我学习能力、专业能力培养”四个方面，对各个环节下的理论教学和实践教学内容与培养目标以及能力需求进行了深入分析。着重探讨各环节之间的互补与衔接，逐渐凝聚起详细的人才培养目标。
以本科阶段为基础的工程人才培养系统，以实践、重视过程、强调能力训练、培养综合素质、解决实脉问、超标能力的工程人才。培养学生，要以产业实际，以面向社会需求为导向。
按照以上的特点，对培养系统的目标和需求进行了细化。知识依靠传授，能力依靠训练，道德依靠养成。通过对学生的培养，可以将以上三个维度进行全面的设置。传统的工程教育已经涵盖了专门的知识传递和动手操作能力，而以TOPCARES-CDIO为基础的教育，应从创新知识、综合能为和职业道德三个方面入手。知识层面，以TOPCARES-CDIO为基础的教育要明确定位，做到与专业知识互补，支持学生使用专业知识。基本知识除了自然科学与工程学的角度之外，还包括社会科学与人文方面的知识，其中涉及广泛、知识学习强度大、知识运用灵活性高，这种方式可以不通过课堂教学和卷面考试来完成。以TOPCARES-CDIO思想教育为基础，应对学生的知识结构进行优化，强调多学科的知识交叉，而且不能增加学生的课业负担。过多的课堂教学和卷面考试通常容易造成学生学习疲倦，对学习内容产生不了兴趣，容易造成应付式学习，甚至导致卷面考试蒙混过关现象，且这种形式往往忽视培养学生跨学科的知识融通能力。以TOPCARES-CDIO为基础的教育平台的构建并不是另立门户，而是对学生专业基础和高级知识技能的补充，并需要明确与专业课程教育的相互关系和其在学生教育中所处的地位。同时，在课程教学中从全国范围内引进跨学科教授、业内专家、企业高管协助开展教育工程能力教学，并在应对具体的工程问题时，结合创新工程教育所涉及的相关知识，激发学生提出更为完善的解决方案。
在能力训练中，以TOPCARES-CDIO为基础的教育工作重点在于如何拓宽学生的视野，并结合学生自己的专业知识，灵活地整合和运用多种学科知识，进行工程产品的创新设计，从而解决实际工程问题。将TOPCARES-CDIO思想教育理念与学校现有的本科教育相结合，必须把握两个方面内容：一是实践要结合实际，应当把现有工程问题中的问题发现和提出解决方案的过程转化为对学生的能力培养过程，反复进行以往固定的实验其实际意义可能并不大，难以确保能力训练的教学质量；另一方面，不能脱离实际工程项目盲目创新，也不能简单的地把以前的创新案例简单的传授给学生，这样也是不能保证教育品质的。从实际的工程产品开发入手，就是要让学生学会一系列的工程知识，这必定是一种合理的创新教育方式。在建立中长期培养方案的基础上，把理论知识学习的经验化，通过工程实践来完成理论和实践的自然对接。
良好道德（包括社会和职业道德）的养成，也是TOPCARES-CDIO理念教育工作的目标。道德标准代表了工程师的个人行为，也是反映工程师专业水平的重要指标。同时，授课、能为训练和道德培养三个细分目标应该结合整体的目标和教育教学思路。有利于再次形成专门的培养路线。总体而言，三个方面都应该有一个全面的设计，因为工程师的培育过程包含了自然科学、技术、科学的全面综合，而教育者更应当具有上述综合背景以及更广阔的视野和更为深远的情怀。
3 建立TOPCARES-CDIO理念下的专业课程系统
传统的课程系统是以科学知识自身的内涵和学习掌握知识的先后逻辑关系为基础，其重点在于其完整性和系统性，并未引起学习者的兴趣差异，极少关注学习者的接受知识能力差异，也忽视了社会实践和工程实际需求的结合。以TOPCARES-CDIO理念为基础的课程系统，将培养学生具有一种综合素质，既能使学生能够相互交叉的专业科学知识，又可以让学生能够在学习的同时培养正确的学习动机，树立稳定的学习态度，养成良好的学习习惯，锻炼丰富的工程应用能力等。
在实施TOPCARES-CDIO理念下的教育教学时，应当对机械类专业的培养目标和培养基础进行深入研究，首先要对机械类专业培养目标进行精细化处理，对专业培养目标进行细分，建立出细分目标、课程体系设置、教学需求的映射矩阵，围绕“专业理论认知、团队沟通交流、自我学习能力、专业能力培养”四个方面的高水平人才培养目标，细分出12个课程系统教学指标
应着重研究专业培养目标和培养基础，首先要精细专业培养目标，建立专业培养目标成分，建立培养目标成分和课程体系教学需求的映射矩阵，围绕“专业素养、交流沟通、学习发展和专业能力”四个层面的专业培养目标，将课程系统的教学要求分为：工程能力、问题分解、设计/开发方案、研究、工具使用、工程与社会、环境与绿色发展、职业规范、团队建设、沟通能力、项目管理和终身学习等12个指标[3]。
随后建立每门课程对课程系统的教学需求的支持图谱，对各专业课程的教学大纲进行细致的规划，在此过程中要体现理论知识和教学要求间的差异，以构建系统完整的课程体系。使得每一门课程甚至每单元知识都具有清晰的教学培养目标，同时分析各门课对各自对应的专业培养目标的贡献度，从而对教学进度的结构和次序进行重新设计。
在系统性设计TOPCARES-CDIO课程体系时，应对构思、设计、实施、运行(CDIO)项目进行精心的规划，从而传授和培养学生在产品设计、研发、制造、维护和运行管理等方面的知识和能力，并使学生具备不断学习、终身学习、动态学习的态度和意识。
在加强创新实践能力的基础上，与专业理论课程形成互补，重视实践课程环节，强调课程内容的动态更新。同时以解决实际工程项目问题为目标，提升学生理论学习能力和动手能力为前提，整合机械类专业理论知识，为学生构建一个系统性的工程实践经历，在师生的共同努力下，培养能够解决机械行业实际工程问题的、自学习能力强的、具备一定创新能力的工程技术人才。把项目实施作为整个教育主线的贯穿过程。在规划和整合各种工程项目的基础上，建立一个以创新思想和项目实施为基础的新的课程架构。培养学生善于思考、设计和实操的能力。
根据不同年级学生设置不同类型的工程设计实践。低级学生主要以设计型项目为主，形式多为课堂讲授和多种形式的讲座，而高年级学生则以研究型项目为主，其上课形式多为学术探讨。实验项目要根据思想，来源于教师主持的工程项目，所有建立数据库，通过计算机程序管理，使学生在现代化实验室中学习，培养学生的工程创新精神和实践动手能力。根据项目的学习，将课程实验、实践环节与课堂理论教学得到更好地融合，并通过团队合作形式针对工程项目技术攻关来培养学生在机械方面的工程设计能力和团队协作能力。
精简课堂教学的学时。保证学生的自主学习时间，让学生有时间参与各类创新创业训练计划、科技竞赛活动、创业实践活动，重点培养他们的创新意识和工程项目设计与解决实际工程问题的能力，团结协作能力，理实一体化的能力，同时有意识的让学生养成自我规划和自我约束的能力。通过对课程实践的学习和实操，可以使学生在对应专业方向的理论知识和技能得到加强，从而培养出具有强大的工程实践动手能力、具备创新创业意识，受到广大社会欢迎的创新型、应用型人才。
4 TOPCARES-CDIO理念下的教学质量评价
通过各个课程的教学环节来完成课程系统的教学要求指标建立。根据相应的教学要求和教学指标开展对应的课程建设，依据机械类专业的培养目标和对应的特征确定对应课程的权重。通过分析学习结果的评估数据，深入分析课程教学要求中考试、测验、作业、实验(实习、设计)报告、读书报告、论文、学生表现评价数据等指标。
对于一些技术性强的指标点，例如机械工程知识，工程问题解决等，可以依据课程考核业绩进行分析，对毕业要求指标点的达成度进行定量分析。对于沟通、职业规范、个人和团队等非技术指标点，在课程测试中难以获得全面反映，因此对于这类非技术指标，可以运用定性分析的方法，对数据进行采集额分析，按照样本大小，采用全覆盖或随机抽样等数据分析方法进行分析，已获得合理的分析结果。
5 结语
本文探讨了一种以TOPCARES-CDIO理念指导的机械类专业的应用型人才培养课程培养系统与评价系统，为机械类专业，尤其是机器人工程专业的教学运行方式提供了可操作的实践方案。让教学工作体现先进性、创新性和实用性，以期明显提高毕业生综合素质和社会适应能力；培养学生具有适应现代企业发展的机器人设计制造、试验检测、调试维护及管理、科学研究等基本能力，使得学生具有务实性、应用性、创新性、适应性。同时，本研究还从理论上吸取了高校其他专业人才培养系统的研究，为提升高校人才培养质量提供了有益的实践经验。
参考文献
[1]顾佩华、沈民奋、陆小华译.Edward F.Crawley，Johan Malmqvist，Soren Ostlund，et al.重新认识工程教育:国际CDIO培养模式与方法[M].北京:高等教育出版社，2009
[2]Bier，Cornesky.Using QFD to Construct a Higher Education Curriculum[J].Quality Progress，2010(4)
[3]钱辉、徐萍平.基于Design Thinking 与CDIO 对比的管理教育改革探析[J].中国高教研究，2012(10)
基金项目：重庆文理学院教学改革研究项目，项目编号：22030；重庆市自然基金面上项目，项目编号：cstc2021jcyj-msxmX0708；重庆城市职业学院科研项目，项目编号：XJXK202001007。
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