重構CDIO特色的工程圖學課程體系

郭長虹，趙炳利，郭 銳，王 巍

（燕山大學機械工程學院，河北 秦皇島 066004）

1 CDIO教育模式的引入與特色

積極推進工程教育改革，探索創新人才培養模式，已成為全球工程教育的發展趨勢。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的卓著成果。2000年，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學，經過4年探索研究，提出CDIO工程教育模式，并成立CDIO國際合作組織。CDIO中，C（Conceive）代表構思，針對工程實踐，讓學生掌握專業知識的基本原理，確定未來發展方向；D（Design）代表設計，以產品設計與規劃為核心，擬解決某一具體問題；I（Implement）代表執行，以制造為核心，組織一體化的課程實踐，其中包括學生必須掌握的理論知識與實踐能力；O（Operate）代表運作，即產品應用的各個環節。它以產品的研發到運行的生命周期為載體，通過系統的產品設計讓學生以主動的、實踐的、課程間有機聯系的方式學習[1]。CDIO教育模式以產業需求為導向，教學內容與產業發展同步，理論實踐相結合，以培養適應產業發展的合格工程人才為目標。CDIO標準直接參照工業界需求，要求教師具有較好的工程實踐能力，并不斷更新工程知識，不斷聽取產業界反饋信息，不斷完善教育教學。CDIO模式是融于產業發展并與之同步的工程教育模式。目前一些公司專門為CDIO畢業生制定了高于其他畢業生15%的工資標準，表明產業界對CDIO教育模式的肯定[3]。

2008年5月在汕頭大學召開了“中國CDIO工程教育模式研討會”，出席研討會的代表一致認為：中國的工程教育，需要學習國際先進經驗，加大改革力度，以適應創新型國家建設的需要[2]。由此，我國工程教育改革應用CDIO模式掀起新高潮。目前，國內已有57 所高校在機械類、電氣類等專業開展了CDIO改革試點實踐[3]。燕山大學機械學院于2009年開始了CDIO工程教育模式的改革，并已取得較好成效。2011 年北京召開了CDIO區域性國際會議，成立了“中國CDIO 工程教育模式研究與實踐”課題組，負責組織開展CDIO工程教育模式試點工作。

2 國內圖學教學現狀與企業期待的工程圖學教育的巨大落差

工程圖學服務于建筑業、制造業等，必須隨著時代的進步不斷更新，把新技術引入課程，使課程蓬勃發展。目前工程圖學的教學中存在3個主要問題：

1）該課程的實訓嚴重不足；

2）學生們缺少工程實踐經驗；

3）很少關注時代的發展和進步，教學內容陳舊，與工程實踐的結合差；教學資源、實驗室建設也相對滯后[4]。據麥肯錫咨詢公司的一份研究報告統計，中國工科畢業生只有不到10%的人適應跨國公司工作。國內不少企業也責怪這些“畢業生花拳繡腿，設計的東西不切實際，處理問題理想化，如表達不完善、結構不合理、裝拆不方便等”。造成這些弊端的原因是當前的工程教育培養目標與企業要求不吻合。而CDIO的工程教育模式符合當前工程業需求。為此，燕山大學機械工程學院參照外資企業和國家大中型企業對人才的界定，借鑒國內外先進教育理念，不斷實踐，最終形成了具有CDIO特色的工程圖學課程體系。

本文介紹如何重構CDIO特色工程圖學教學體系，體現課程的工程性和實踐性[5]，為當今工程圖學的教學改革、師資水平的提高、創新人才的培養等提供參考。

3 重構CDIO特色的工程圖學課程體系，反應企業需求和現代科技進步

3.1 重構基于CDIO的課程體系，結合企業需求制定教學培養目標

工程圖學須隨著時代進步不斷推陳出新，把新技術引入課程，使課程蓬勃發展。制圖課程教授的核心“工程圖紙”蘊涵著所有關于產品加工需要的信息，培養讀圖、繪圖（包括計算機繪圖）和設計構型能力。目前，機械行業要求學生具有較強的工程制圖能力、圖形表達能力和計算機繪圖和設計能力。美國、日本等發達國家，圖學課程的培養目標完全參照企業需求來制定，因此，我們也應積極借鑒發達國家的成功案例，優化和整合教學內容，重構與企業需求一致的基于CDIO理念和工程實際的課程體系和培養目標。

3.2 優化與整合教學環境和資源，全面搭建CDIO特色的立體動態教學平臺

學生現用教材是2011年編寫的，補充了CDIO特色的工程知識；與該教材配套的多媒體CAI課件，補充和更新了模擬動畫和計算機繪圖、機械加工、金工實習、金屬冷、熱成型、焊接等錄像資料。工程圖學網絡在線系統增加了名師講課視頻、計算機繪圖培訓教程等視頻資源和計算機輔助答疑系統。計算機輔助答疑系統包括各種題型分析、解題指導、例題、動畫和參考答案、習題解答等，并配備三維立體模型。我們建設的虛擬實驗室，包含畫法幾何及機械制圖多媒體課件庫、多媒體動畫庫、畫法幾何及機械制圖重點難點視頻教學庫、機械加工知識講解以及真實生產加工錄像庫、計算機繪圖教程庫、基于真實場景零件測繪講解及操作視頻庫、焊接知識講解視頻庫、裝配仿真視頻庫、典型零部件加工視頻庫、機械加工工藝工程講解視頻庫、國外高科技生產加工視頻庫等等，學校網上全天開放，擺脫了傳統實驗室時間和空間等的限制。同時，學校有2個實物模型室，定期補充典型組合體、零部件和各種裝配體模型等，供學生測繪、表達等使用，且保證了制圖三級項目的順利實施。以上教學資源的不斷更新建設，最終形成多層次、立體化、網絡化教學平臺，構建了優質的數字化教學資源，改變了圖學教學環境，有助于創新能力和工程能力的培養，進一步提高了教學效果，并使學生和老師始終保持“不斷線”的學習狀態，有助于學生課堂之外的解答疑惑，是對課堂教學極有力的補充，激發了學生學習興趣，培養夯實了學生工程實踐能力。

3.3 結合企業培養需求，設計課外作業和實訓，引導學生積極思考，培養學習興趣、探索精神和創新意識

工程圖學應培養學生工程意識、工程知識和工程能力，結合工程實例，利用一定數量的精心挑選的課外作業和實訓，對學生進行綜合訓練具有重要意義，是體現“做中學”的重要方面。在課外作業中強調國家標準的嚴格貫徹，培養學生嚴謹、細致、踏實的工作作風。安排大一學生課后多次到實習工廠參觀學習；增加學生課后測繪和圖樣最佳表達方案、測繪零件和裝配體等環節。最后，每人上交一份組合體綜合表達圖樣、徒手繪制的零件圖、計算機繪制的裝配圖和裝配圖拆圖圖樣，一共4張圖樣作為課外作業，并記載成績，占考核成績的10%。這些課外作業和實訓有力地保證了學生的表達能力、構型能力和測繪能力、計算機繪圖能力以及測繪能力等企業必需工程能力的塑造和強化。

3.4 結合典型企業項目，引入三級項目，保證項目制教學的運行，體現CDIO特色

在裝配圖的教學環節中，進行篩選歸類、解剖和綜合分析及合理簡化，分解出有個性的又簡單易懂的裝置，制作出示意模型，作為三級項目，利用2周測繪周時間，學生們分組測繪、分析和研討裝配體的表達方法，總結成果并繪制裝配圖，書寫條理清晰的方案分析等設計說明文檔，使學生達到理解、消化、吸收的目的，理解研發過程，從而使學生對工程圖學課程的重要性和工程意識有了全新的認識，該三級項目計為1學分，將圖學課程與企業項目和后續專業課程體系得以有機結合。

3.5 創建工程圖學實訊基地，營造真實的教學情境

大學一年級新生沒有什么生產知識，CDIO圖學課程體系旨在培養工程素質，應將項目的全過程置于真實的生產環境中。為此，我院注重教學工廠型實習基地的建設，依托真實的生產環境實現教學與實習、理論與實踐的有機結合。校園內建有實習工廠、引進符合專業發展方向的企業、各種國家重點實驗室，校外有燕大科技園和一些高科技企業，讓學生在真實的生產環境下“真槍真刀”地學習和實訓。這些教學工廠既是實驗室又是生產車間，真正做到“車間和實驗室合一”。CDIO教育體系旨在培養工程素質，應將項目的全過程置于真實的生產環境中。

3.6 加強教學團隊建設，實施交叉授課，全面提升圖學教師的綜合素質

CDIO模式的實施要求圖學教師具備豐富的工程實踐經驗，能長期地與企業開展合作。因此，我院做出相關培育師資力量的規定，比如，讓青年教師到企業掛職鍛煉，并與職稱評定、考核晉升等管理制度掛鉤，為教師提供很好的發展機遇和機制。例如，派教師到企業實踐，參加圖學教育、機械類教育會議等多渠道來提高自身的教學能力、工程實踐能力等綜合能力，進一步促進CDIO模式的有效實施。組建復合型制圖教學團隊，吸收專業基礎課、專業教師加入，是制圖更貼近專業發展。同時，制圖教師也擔當相關的課程設計、機械創新大賽、專業實習和畢業設計指導等實踐教學工作，使圖學課程的教學空間得到拓展和延伸，形成了臺階式的教學模式。建立復合型制圖教學團隊，以制圖類課程為主線，搭建了基礎課與專業課之間的橋梁，實現了制圖課程和專業課程的縱向貫通，促進學科基礎知識與專業知識的互相滲透和有機結合，有利于合理使用教師資源。

3.7 增加討論課，注重增強學生合作意識、團隊精神以及分析和解決問題等現代職業素質

為了提高學生學習興趣，培養學生的獨立思考能力和創新能力，提高學生對圖學的理解，我們還在課程體系中，增加了課堂討論，學生們分組合作，每組選代表PPT演示講解，提高了學生的學習積極性，也訓練了學生的表達和創新能力。完善教學實踐環節，將創新意識切實引入教學各個環節之中。在組合體、零件測繪等環節中引入創新設計和討論，安排學生以小組為單位，由4~6個學生組成，共同完成不同規格、類型的減零件或裝配體進行測繪，最終繪制裝配圖。最后每人提交一份設計說明和測繪圖樣，進行項目總結交流，實現經驗分享，并拓展學生的知識，培養了學生的語言表達等溝通協調能力，從而讓學生學會分工、計劃、協調、溝通，提高學生的組織能力、團隊合作，最終的成績是以小組的設計作品為評分依據，同組組員得分相同。通過類似這些活動，調動學生的主觀能動性，并增強了合作意識，培養了團隊精神。

3.8 CDIO特色的考核方法改革，充分體現企業需求的職業技能和學以致用

CDIO工程教育模式全面描述了現代工程師所需的知識、能力及態度等完整內容，提倡學生以主動的、切合實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程課程；注重培養學生系統工程技術能力，強調學生的工程實踐能力。因此，我們進行的考核方法改革中加強了對知識應用能力和工程實踐能力的考核。課程考核分為兩部分內容：一是注重能力測試的平時成績，圍繞本課程的4個主要知識環節（組合體、表達方法、零件圖、裝配圖）等，設置了課堂討論、零件測繪、圖樣最佳表達方案、計算機繪圖和裝配體表達等測試內容，占總成績的40%；二是注重知識測試的卷面考核，占總成績的60%。

為保證CDIO課程體系的運行，我院各專業每年3~4月召開企業專家研討會，傾聽企業專家對專業課程體系建設的意見，梳理教學工作任務；5月舉辦專業教學計劃修訂研討會；6月舉辦由企業與學院共同參與的教學方案審定會議，進而形成項目制的教學方案，推進了CDIO工程教育模式在我院的施行，切實加強學生的綜合職業能力培養。總之，基于CDIO工程圖學教學改革，強化了學生綜合素質的培養，尤其是在現代企業所需的工程技能的培養方面起到了很大的作用，有利于培養高素質、具有可持續發展潛力的創新人才。

4 CDIO圖學教學改革效果

基于CDIO的工程圖學教學改革，強化了學生綜合素質的培養，尤其是對現代企業所需工程技能的培養方面起到很好的作用。對于培養高素質、具有可持續發展潛力的創新人才切實可行。我們經過不斷的教學改革和實踐，完成了3項基于CDIO的工程圖學教學改革項目，并獲得省級優秀教學成果獎。指導的學生在機械創新設計大賽和全國大學生先進制圖技術與技能大賽等比賽中多次獲獎。工程圖學課程也被評為河北省精品課程。我院機械相關專業畢業生也受到企業的歡迎，每年都有企業提前1年甚至2年到我們學校預定畢業生，有力證明了我院基于CDIO的教學改革是成功和卓有成效的。

目前我國正在組織實施“卓越工程師教育培養計劃”，大學教育將更加重視與行業企業的合作，更加重視學生社會責任感、綜合素質和工程實踐能力的培養。因此，在當代大學教育中應該更多地借鑒CDIO的教育理念，將教育的目標定位在高質量人才的培養上。

[1]顧佩華, 沈民奮, 陸小華譯.重新認識工程教育—國際CDIO培養模式與方法[M].北京: 高等教育出版社, 2009.

[2]焦永和, 張 彤.我國高校圖學教育的現狀與發展[J].工程圖學學報, 2004, 25(4): 126-130.

[3]章毓文.工程教育要與國際接軌[C]//機械類課程報告論壇交流文集.武漢: 華中科技大學出版社,2006: 56-57.

[4]譚建榮.論工程圖學在建設創新型國家中的作用[C]//機械類課程報告論壇交流文集.武漢: 華中科技大學出版社, 2006: 4.

[5]童秉樞.十年來工程圖學教育界的若干思考與探索[C]//機械類課程報告論壇交流文集.武漢: 華中科技大學出版社, 2006: 11.

[6]左遠志, 蔣潤花, 楊小平.以創新設計為導向的CDIO工程教育培養模式[J].東莞理工學院學報,2010(3): 118-122.

[7]王偉冰, 張東梅, 李玉菊.基于CDIO 理念的新機械制圖教學模式研究[J].長春理工大學學報(社會科學版), 2010, 23(1): 171- 172.