基于CDIO的機械專業課程體系的設計與實施

尹曉偉等

摘要：針對應用型本科院校培養應用型工程人才的特點，引入CDIO工程教育理念，重構了機械設計制造及其自動化專業的課程體系，強調學生知識、能力和素質的全面提高，在實施過程中應用項目教學法，將離散的知識點進行有目的的銜接與訓練，變成學生易接受和掌握的知識群，效果顯著。

關鍵詞：工程教育；課程體系；項目教學法

作者簡介：尹曉偉（1976-），女，吉林公主嶺人，沈陽工程學院機械學院，副教授；張陳（1963-），男，遼寧沈陽人，沈陽工程學院機械學院院長，教授。（遼寧 沈陽 110136）

基金項目：本文系2012年度遼寧省普通高等教育本科教學改革研究項目“基于CDIO理念的機械類卓越工程師人才培養模式改革與創新研究”（項目編號：2012-151）的研究成果。

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0134-03

應用型本科院校是實施應用型本科教育，培養應用型本科人才的高等學校，它是在經濟社會發展和高等教育大眾化的必然產物，它不同于研究性大學、職業技師院校的大學類型，肩負著推進中國高等教育大眾化，培養“數以千計的高級專門人才”的歷史重任。應用型本科院校面向現場、面向實際、重在培養具有高深知識、實踐能力和職業道德的應用型人才，他們將從事科技含量高、綜合性強的技術工作和經營管理工作，解決工程或生產中的實際問題，并逐漸成長為工業工程現場或企業一線的骨干力量。[1]

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）

和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立以CDIO命名的國際合作組織。[2，3]2006年初，汕頭大學工學院成為中國第一個CDIO國際合作組織成員。2008年12月以來，在教育部高教司理工處倡議和課題組的框架下組成了由39所院校參加的CDIO工程教育試點工作組，分機械、土木、電氣和化工四大類試點實施CDIO工程教育模式。幾年來，第一批、第二批試點高校在推進CDIO工程教育改革方面取得了良好的進展和成效。

我國許多高校吸收歐美先進的CDIO工程教育理念，結合一般工科院校應用型本科人才培養的特點，開展以“CDIO為特色”的工程教育模式的研究與實踐，實現實用型人才培養的整體目標。國內外的經驗都表明CDIO的理念和方法是先進可行的，適合工科教育教學過程各個環節的改革。CDIO工程教育模式的研究與實踐在我國才剛剛起步，還有許多問題需要解決。因此，開展基于CDIO的工程教育人才培養模式改革，并結合學校、專業的實際情況進行創新，不但有利于豐富CDIO的理論研究，更有利于提高工程教育人才培養質量，滿足經濟發展對工程人才的需求。同時，對其他工科院校的工程教育改革也具有非常重要的借鑒與推廣意義。

沈陽工程學院（以下簡稱“我院”）作為一所新建應用型本科院校，一直在培養應用型高級人才的道路上不斷學習和探索，試圖找出一條適合我院發展的道路。幾年來，筆者不斷地學習，不斷地總結和改進，取得了一定的成績，但是落后的教學模式和課程體系從根本上制約了我院教育改革的深入。2011年機械系成立“CDIO”研究室，正式將CDIO工程教育模式引入我院，通過學習研討，重新思考了工程教育改革的模式與路徑，參照汕頭大學和一些試點高校的改革方案，對我院機械專業人才培養的課程體系做了改革和實踐，取得了可喜的成果。[4]

一、創建以項目為依托的課程體系

按照CDIO的培養模式，機械設計制造及其自動化專業結合自身專業特色，提出了以一級、二級、三級設計項目為依托的課程體系。通過以項目為紐帶的設計，將學生的理論知識學習和實踐能力訓練系統融合，將扎實的專業知識學習和工程實踐能力培養系統結合起來，將知識學習和實踐能力培養、團隊合作精神等有機地結合起來。圖1是基于CDIO模式的機械設計制造及自動化專業課程計劃魚骨圖。[5]

整個培養方案和課程體系，圍繞機械產品設計與制造展開，組織學生參與數個特定機械設計與制造項目課程安排，如減速箱測繪、縫紉機拆裝、機械裝備設計、齒輪制造、產品創新設計、模具設計與制造和機械產品設計與制造綜合項目等。將CDIO項目按規模和范圍劃分為三個層次：一級項目為包含機械專業主干課程和能力要求的項目，通過幾門主干課程的系統融合，是學生掌握專業知識的總體思路，加強學生對專業主旨的把握；二級為包含一組相關課程（課程群）、能力要求的項目，課程門數不限，關鍵是通過課程群使學生對某一專門知識有充分的理解和掌握，包括理論上的理解和實際的操作；三級為單門課程內為增強學生對某門課程的理解和能力的掌握而設的項目，在課程教學環節中增加項目設計，使學生對該門課程達到真正掌握并能夠將知識應用與實踐。

在機械設計制造及其自動化專業設計了四個一級設計項目，六個二級設計項目，每門課程一個或幾個三級設計項目為導向的一體化課程體系。

二、項目的構思和設計

1.一級項目的構思和設計

一級項目是專業知識的匯總，貫穿專業主干課程全部知識，從產品構思、設計、制造到使用、維修、保養、報廢的系統知識，使學生有機會把所有知識有機地聯系起來，讓學生在獲取知識的同時，更要掌握知識的運用。“專業導論”課程作為大學課程中的第一個一級項目，以減速器為例介紹機械產品全生命周期，從產品的市場調查、需求分析、方案設計、機構設計，到產品試制和測試、調試等。以減速器為例，分析產品在全生命周期過程中設計到的相關知識，進而向學生介紹為使學生獲得這些知識而開設的相關課程，及專業課程體系的設置，并進一步向學生介紹專業培養目標、培養要求以及專業的招生、就業和師資隊伍建設。具體內容見圖2所示。通過專業導論課程，是學生在進行本科課程學習之前，就能夠對本專業的知識獲取與課程設置緊密聯系起來，使學生對大學四年的學習有個整體的規劃和認識，為學生設計一個學習愿景，提高學生的學習興趣。

一級項目“機械產品設計與制造綜合項目”采用循序漸進、層層深入的方式，從一級減速器設計、二級減速器設計、工程承力結構設計、鉆床設計、C6140車床機械、電氣的設計、總裝、調試和故障診斷、模具設計與制造、設計和數控機床改造、數控機床設計等，從簡入繁，將所學的專業知識逐漸應用到更復雜的一級項目設計中，從而將大學四年所學的知識做了最有效的連接，實現了從基于知識的教學向基于項目的教學轉變。

2.二級項目的構思和設計

二級項目是基于課程群的綜合性設計項目，它把原來零散的知識點有機地結合起來，使學生認識到有機的、關聯的知識群而不是孤立的知識點，加深學生的學習興趣，加深學生對知識的理解和運用。比如，材料力學課程，四大變形的講解原來只限于理論講解和解題思路，沒有與實際相關的實例和范例，導致學生在學完力學課程后不知道如何使用力學知識。進行二級項目設計后，筆者將力學課程與后續的機械原理、機械設計專業基礎課程聯系起來，用后續課程中的應用范例，如減速器系統中的高速軸的變形分析來講解力學中的彎曲變形，做到理論知識和實際應用結合。如圖3、4、5所示分別為產品創新設計課程群、模具設計制造課程群、減速器設計課程群。其中產品創新設計課程群將大學生創新大賽產品設計與3D工程制圖、力學、機械原理和機械設計等課程聯系起來，建立理論聯系實踐和具有創新特色的課程群改革方案。

3.項目驅動法應用于三級項目

“項目驅動法”是通過實施一個完整的項目而進行的教學活動，包括知識講授、實踐教學、演示、評價等完整的過程，其目的是在課堂教學中把講授理論知識與實踐教學有機地結合起來，實現知識、技能之間的聯結，發展完整的職業能力。[6]

三級項目以單門課程為基礎，如專業必修課“模具設計與制造”在教學過程中采用項目驅動法，在為學生提供模具基礎知識基礎上，根據該門課程教學需要設立了一門貫穿課程的實踐項目，項目設計內容豐富、完整、全面，從設計、工藝到制造，給同學提供了充分的實踐鍛煉的平臺，要求學生在課程教學過程中，完成一副典型零件沖壓模具的設計，難度適度，旨在加深和強化學生對課程內容的理解，掌握模具基本設計方法，改變過去單純的理論課程講授，學生缺少動手環節，知識掌握不夠系統和靈活的現象。

又如“機械制造裝備設計”課程也采用了項目驅動法，用主軸箱設計項目來驅動教學過程，使學生在知識和能力上都有了提高，教學效果顯著。

三、結論

應用型本科院校重在培養知識面較寬、基礎較扎實、應用能力強、綜合素質好的高級技術人才，這樣才能在高教生態中找到發展空間。結合應用型本科院校的辦學特點和我院“工程教育，職業取向”的教學理念，充分發揮CDIO工程教育的優勢，認真研究具有特色的CDIO教學方法和人才培養標準，能夠盡快提高我院學生的整體水平和工程應用能力。改革課程體系，強調理論知識和實踐結合，提高學生的知識、能力和素質，對培養工程教育人才具有重要的意義。

參考文獻：

[1]楊興林.應用型人才及其培養模式的研究[J].黑龍江高教研究，

2007，（6）：50-51.

[2]陳冬松，孫陽春.CDIO工程教育模式下的工科院校人才培養途徑[J].現代教育管理，2011，11（12）.

[3]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[4]尹曉偉.謝剛.張陳.基于模具課程的項目教學法的研究與應用[J].沈陽工程學院學報，2012，8（1）：100-102.

[5]吳鳴，熊光晶.以工程能力培養為導向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010，29（3）：54-59.

[6]張紅兵.基于工程項目的教學方法研究與應用[J].蘇州市職業大學學報，2008，19（2）：112-114.

（責任編輯：王意琴）