項目引領工程實踐——兼論CDIO工程理念

鄭書華+彭文飛+崔海蓉

[摘 要]目前，在我國的中、高職院校的教學中應用項目教學法已漸普及，應用型本科院校盛行CDIO工程教育模式，在CDIO模式下，應用項目教學法的研究尚少，還處在一種探索階段。在國內應用型本科中，嘗試以CDIO為理念，“項目”引領工程實踐。借鑒德國“項目教學”的做法，以CDIO為工程教育理念，項目引領工程實踐，不僅提高了學生綜合素質、工程意識和創新能力，而且促進教師和學生互動實踐教學。

[關鍵詞] CDIO 項目教學法 工程實踐

[中圖分類號] G42 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0012-03

一、引言

2000 年10 月，CDIO 工程教育改革的項目由美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等工程院校共同發起，經過近十年的傳播，已經擴展到全世界。該改革的愿景是為學生提供一種強調工程基礎，基于真實產品的構思、設計、執行、運作過程的工程教育[1]。CDIO代表構思、設計、實現和運作，是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達。它以產品的從研發到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。

項目教學法起源于美國，盛行于德國，近年來流傳到我國。目前，在我國的中、高職院校的教學中應用項目教學法已漸普及，應用型本科院校盛行CDIO工程教育模式，在CDIO模式下，應用項目教學法的研究尚少，還處在一種探索階段。如何以CDIO 為教育理念，借鑒成熟國家的項目教學法做法，在應用型本科工程實踐中實施“項目教學”呢？不乏是一個新的課題。

二、國外項目教學法研究

它最初的含義是“知識可以在一定的條件下自主建構獲得， 學習是信息與知識、技能與行為、態度與價值觀等方面的長進，教育是滿足長進需要的有意識、有系統、有組織的持續交流活動”。[2]2003年7月德國聯邦政府教育部職教所制定了以行動為導向的項目教學法，不僅傳授給學生理論知識和操作技能，更重要的是培養他們的職業能力。

德國項目教學法為什么能夠盛行多年不衰呢？源于德國先進的職業技術教育體制，為發展我國的職教事業提供了可借鑒的經驗。[3]

德國項目教學法的實施過程包括布置項目、分析項目相關學科知識、材料購置及經濟核算、項目設計及制造分工、項目總成本核算等。下面以 “立式銑床” 模型為例，介紹德國原汁原味的項目教學法的實施過程。

1.布置項目。項目名稱——立式銑床模型的設計與制造。此環節首先由蓋爾森基辛（Gelsenkirchen）的職業技術學院的老師Rode先生周密地準備一套立式銑床模型，展現在同學們的面前，演示立式銑床模型的三個自由度的運動，提出項目任務，激發學生的興趣。

2.老師向學生分析跨專業學科相關知識

（1）CNC與經濟關系。例：從簡單的零件到復雜的裝配好的立式銑床模型，教師首先從材料角度分析，從而引出其價格不同，要求學生通過數學計算，計算出最低耗材成本。

（2）CNC與電子、控制學關系。老師演示了一個方向在伺服電機驅動下，通過絲杠副傳動機構的傳遞，完成一個自由度的運動功能。這涉及到了電子。類似關聯學科的相關知識仍存在，不再贅述。

（3）學生（可以是不同專業的學生）在老師的指導下集中采購材料，了解市場成品“象棋”的價錢，從而體驗市場經濟，珍惜材料，計算成本。

（4） 學生在教師指導下，分小組實施完成項目，不同小組之間協作完成不同項目內容：設計圖紙、編寫工藝、制造加工、檢測、裝配等。

（5）學生對項目總成本進行核算，為提高生產率找出最低成本。

（6）老師提到了如果把立式銑床模型實施三個方向數控化，如何實現？

在以上六個環節中，貫穿在這個項目中有很多跨學科的知識在其內。設計階段涉及到了機械設計的知識，加工前材料的采購階段涉及到物理學的知識，物資采購的能力以及經濟關系，制造裝配階段，需要查工具書、切削參數的選擇、工藝的確定、程序的編制，實際操作機床進行加工、監測以及最后的裝配，涉及到了學生制造能力的培養，成本核算階段涉及到了數學和金融的知識，采用數控化機床與傳統機床的設計制造進行比較，提出問題，讓學生考慮解決的方法，涉及到了電子、控制學等相關技術。

一個看似相對簡單的立式銑床模型竟然包含了如此廣的知識面，德國教師在設計方面所下的功夫很大。項目“小組”的形式體現了學生團隊合作精神，共同或分工完成整個項目的設計和制作。參加項目教學工作小組的學生來自不同的專業和工種，甚至不同的專業領域，目的是訓練他們今后在實際工作中與不同專業、不同的部門同事的合作能力。

綜上分析，德國的項目教學法滋生在“雙元制”教育體制的土壤內，教師綜合素質很高，每個專業教師都具備很寬泛又很扎實的專業功底。我國的中、高職業教育與崇尚技藝的德國相比，無論在教育發展的成熟程度，還是在人們心理認同程度上都存在一定的差距。

三、在國內應用型本科中，嘗試以CDIO為理念，“項目”引領工程實踐

德國的學生在學習階段采用項目式教學方法，一切學習活動都是圍繞“項目”進行。工程實踐在本科院校是指實驗、課程設計、畢業設計、工程訓練、生產實習等環節。

1.開發項目

我們從德國開發項目的設計中得到的啟發是：在本科實踐環節中，抓住每一種工程實踐的特點，確定相關的項目。例如：開發各類小裝備、參加的各種級別的機械設計比賽、機電液課程設計項目等，都屬于收集典型項目的焦點。

2. 以CDIO為教育理念，實證應用型本科院校“項目”引領工程實踐

首先，確定方案，實現設計單一機構向綜合機構教學轉移，比較方案、驗證方案可行性并優化方案；其次，準確設計機構；最后，實施制造，實現理論向實踐轉移，“知”向“行”轉移；最后，知行合一。

（1）構思項目：（Conceive ）： 概念階段。針對工程實踐，讓學生掌握專業知識的基本原理，確定“項目”的未來發展方向。接到項目首先研究項目產品完成的任務，然后構思整個項目的架構和初步方案。讓學生構思出整個產品的幾個分機構的設計，結合以前所學，學生在指導老師的指導下，就會對該項目有一定的進一步認識和構思，從而對整個項目實現草案設計。

以2011年第八屆浙江省機械設計大賽為例，小車能順利穿越一區的狹窄隧道和二區并到達三區、四區完成救援任務，為實現短時間內救援機器人順利完成救援任務，其行走機構除具備良好的轉向性能及行駛穩定性之外，還必須具有較高的行駛效率。

項目要求得到的相應構思：主要分兩大類，構思一： “救援小車”的行走機構，滿足速度、滿足差速轉向、滿足通過隧道、滿足車體拓寬，構思二：“救援小車”的救援目標抓取機構，滿足限定范圍內的救援活動，構思機械手式抓取還是吸盤吸入式。

（2）設計項目（Design）：技術階段。以項目產品設計與規劃為核心，通過研發，擬解決某一具體的問題或某些問題。仍以“救援小車”為例：根據構思的初步草案，學生通過了解現有的產品設計思路，產品功能、應用領域，結合自己所學提出優化設計理念和產品設計改進建議，對于能力比較強的學生選為技術小組組長，帶領其他組員主要解決設計和創新過程中，發現的一些問題，提交指導教師或通過查閱資料解決。

仍以“救援小車”為例，構思一中，可分解出兩類機構的設計：變距裝置結構設計、差速轉向行走機構設計；構思二中，可分解出機械手式抓取機構設計、機械臂結構設計、掃鏟式救援裝置設計、吸盤式救援裝置設計等。分解出的機構中通過比較進行優化設計階段，確定最后方案。在每一個機構的設計中，都可以有不同種實現的途徑，這個時候一定要發揮學生之所能，讓學生進行發散思維，翻閱豐富的參考資料，設計各個不同的分機構，然后小組成員在老師的帶動下，優化取舍，確定最佳方案，這是個很艱苦的重要階段。圖1 、圖2為學生設計的“救援小車”的三維設計和二維設計。

（3）執行項目（Implement）：制造階段。以制造、建造為核心，組織一體化的項目制造。結合“產、學、研”互動的特色，將設計產品引入到工程訓練中心來，學生自己動手完成零件的加工和裝配，以設計圖紙為藍本，完全按照工件圖紙要求進行，把所有零件加工后，組裝成裝配產品。在制造過程中直接加工零件和裝配零件，可以增強學生的生產勞動觀念、產品質量觀念和經濟價值觀念，零件加工和裝配的訓練過程為培養學生的工程實踐素質、理論聯系實際和嚴肅認真的工作作風打下了堅實的基礎，過程中產生的問題可以磨練學生的工程意志和提升學生的工程素質。圖3、圖4分別為學生設計的“救援小車”的行走機構圖，和“救援小車”的抓取結構。

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圖3 “救援小車”的行走機構

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圖4 “救援小車”的抓取結構

（4）運作項目（Operate）：服務階段。各個機構設計完整后，確定最終方案，制造組裝出來完整的產品。可以對項目進行運作，完成任務。圖5和圖6為學生設計的“救援小車”的最后兩種不同方案的“救援小車”。

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圖5 “救援小車”方案一圖 圖6 “救援小車”方案二

四、CDIO與項目引領工程實踐的相輔相成的關系

CDIO工程教育雖然包含培養學生實踐能力的教學項目，但不同于項目教學。在應用型本科的工程實踐中，兩者是相輔相成的。CDIO工程教育在一體化的課程體系中不僅包括實踐教學項目，也包括專業技術的系統知識教育，具有長期性與學制化的特點；而項目教學是針對某一具體項目開展的教學活動，具有短期性與臨時性的特點 [4，5]；從表面上看，兩者有些相似，項目教學包括立項、計劃、實施、展示和結項等各個階段，學生需要在教師的幫助下對各個階段中可能產生的問題找出相應的解決方法。但是兩者的實質性不同在于，CDIO工程教育旨在提供一種學生獲取知識與經驗的背景環境，它是制度化的、循環性的，而不是即時性的，并不隨著實踐教學項目的完成而終結。而項目引領工程實踐是實實在在的項目在貫穿整個工程實踐的訓練。

五、總結

借鑒德國“項目教學”的做法，以CDIO為工程教育理念，項目引領工程實踐，不僅提高了學生綜合素質、工程意識和創新能力，而且促進教師和學生互動實踐教學。對比德國項目教學法，也看到了我國項目引領工程實踐實施的軟硬環境均存在不足之處，德國項目教學注重項目成本的核算、指導教師的綜合素質較高、項目完成后的功能拓展、制造項目的工業化程度等等，而應用性本科的工程實踐，若要借鑒德國項目教學法，與師資力量、實踐教學體制、軟硬件都存在直接關聯。因此，在科學的方法論指導下與嚴謹的行動框架內推進應用型本科的項目引領工程實踐不妨是一個很有效的嘗試和發展趨勢。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 顧佩華，陸小華.CDIO工作坊手冊[M].汕頭：汕頭大學出版社，2008.

[2] 李坤.趙陽.寧靜等.德國職教項目教學法的理論研究與實踐及推行策略[J].吉林工程技術師范學院學報，2009（3）：25-27.

[3] 趙志群.職業教育與培訓學習新概念[M].北京：科學出版社，2003.

[4] 基于CDIO教育理念的工程學科教育改革與實踐[J].教育與現代化，2010（1）：30-33，71.

[5] 熊和平，岳愛臣.CDIO工程教育模式：誤解的澄明與風險的規避[J].高等工程教育研究，2009（5）：48-51.

[責任編輯：張 雷]

（1）構思項目：（Conceive ）： 概念階段。針對工程實踐，讓學生掌握專業知識的基本原理，確定“項目”的未來發展方向。接到項目首先研究項目產品完成的任務，然后構思整個項目的架構和初步方案。讓學生構思出整個產品的幾個分機構的設計，結合以前所學，學生在指導老師的指導下，就會對該項目有一定的進一步認識和構思，從而對整個項目實現草案設計。

以2011年第八屆浙江省機械設計大賽為例，小車能順利穿越一區的狹窄隧道和二區并到達三區、四區完成救援任務，為實現短時間內救援機器人順利完成救援任務，其行走機構除具備良好的轉向性能及行駛穩定性之外，還必須具有較高的行駛效率。

項目要求得到的相應構思：主要分兩大類，構思一： “救援小車”的行走機構，滿足速度、滿足差速轉向、滿足通過隧道、滿足車體拓寬，構思二：“救援小車”的救援目標抓取機構，滿足限定范圍內的救援活動，構思機械手式抓取還是吸盤吸入式。

（2）設計項目（Design）：技術階段。以項目產品設計與規劃為核心，通過研發，擬解決某一具體的問題或某些問題。仍以“救援小車”為例：根據構思的初步草案，學生通過了解現有的產品設計思路，產品功能、應用領域，結合自己所學提出優化設計理念和產品設計改進建議，對于能力比較強的學生選為技術小組組長，帶領其他組員主要解決設計和創新過程中，發現的一些問題，提交指導教師或通過查閱資料解決。

仍以“救援小車”為例，構思一中，可分解出兩類機構的設計：變距裝置結構設計、差速轉向行走機構設計；構思二中，可分解出機械手式抓取機構設計、機械臂結構設計、掃鏟式救援裝置設計、吸盤式救援裝置設計等。分解出的機構中通過比較進行優化設計階段，確定最后方案。在每一個機構的設計中，都可以有不同種實現的途徑，這個時候一定要發揮學生之所能，讓學生進行發散思維，翻閱豐富的參考資料，設計各個不同的分機構，然后小組成員在老師的帶動下，優化取舍，確定最佳方案，這是個很艱苦的重要階段。圖1 、圖2為學生設計的“救援小車”的三維設計和二維設計。

（3）執行項目（Implement）：制造階段。以制造、建造為核心，組織一體化的項目制造。結合“產、學、研”互動的特色，將設計產品引入到工程訓練中心來，學生自己動手完成零件的加工和裝配，以設計圖紙為藍本，完全按照工件圖紙要求進行，把所有零件加工后，組裝成裝配產品。在制造過程中直接加工零件和裝配零件，可以增強學生的生產勞動觀念、產品質量觀念和經濟價值觀念，零件加工和裝配的訓練過程為培養學生的工程實踐素質、理論聯系實際和嚴肅認真的工作作風打下了堅實的基礎，過程中產生的問題可以磨練學生的工程意志和提升學生的工程素質。圖3、圖4分別為學生設計的“救援小車”的行走機構圖，和“救援小車”的抓取結構。

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圖3 “救援小車”的行走機構

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圖4 “救援小車”的抓取結構

（4）運作項目（Operate）：服務階段。各個機構設計完整后，確定最終方案，制造組裝出來完整的產品。可以對項目進行運作，完成任務。圖5和圖6為學生設計的“救援小車”的最后兩種不同方案的“救援小車”。

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圖5 “救援小車”方案一圖 圖6 “救援小車”方案二

四、CDIO與項目引領工程實踐的相輔相成的關系

CDIO工程教育雖然包含培養學生實踐能力的教學項目，但不同于項目教學。在應用型本科的工程實踐中，兩者是相輔相成的。CDIO工程教育在一體化的課程體系中不僅包括實踐教學項目，也包括專業技術的系統知識教育，具有長期性與學制化的特點；而項目教學是針對某一具體項目開展的教學活動，具有短期性與臨時性的特點 [4，5]；從表面上看，兩者有些相似，項目教學包括立項、計劃、實施、展示和結項等各個階段，學生需要在教師的幫助下對各個階段中可能產生的問題找出相應的解決方法。但是兩者的實質性不同在于，CDIO工程教育旨在提供一種學生獲取知識與經驗的背景環境，它是制度化的、循環性的，而不是即時性的，并不隨著實踐教學項目的完成而終結。而項目引領工程實踐是實實在在的項目在貫穿整個工程實踐的訓練。

五、總結

借鑒德國“項目教學”的做法，以CDIO為工程教育理念，項目引領工程實踐，不僅提高了學生綜合素質、工程意識和創新能力，而且促進教師和學生互動實踐教學。對比德國項目教學法，也看到了我國項目引領工程實踐實施的軟硬環境均存在不足之處，德國項目教學注重項目成本的核算、指導教師的綜合素質較高、項目完成后的功能拓展、制造項目的工業化程度等等，而應用性本科的工程實踐，若要借鑒德國項目教學法，與師資力量、實踐教學體制、軟硬件都存在直接關聯。因此，在科學的方法論指導下與嚴謹的行動框架內推進應用型本科的項目引領工程實踐不妨是一個很有效的嘗試和發展趨勢。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 顧佩華，陸小華.CDIO工作坊手冊[M].汕頭：汕頭大學出版社，2008.

[2] 李坤.趙陽.寧靜等.德國職教項目教學法的理論研究與實踐及推行策略[J].吉林工程技術師范學院學報，2009（3）：25-27.

[3] 趙志群.職業教育與培訓學習新概念[M].北京：科學出版社，2003.

[4] 基于CDIO教育理念的工程學科教育改革與實踐[J].教育與現代化，2010（1）：30-33，71.

[5] 熊和平，岳愛臣.CDIO工程教育模式：誤解的澄明與風險的規避[J].高等工程教育研究，2009（5）：48-51.

[責任編輯：張 雷]

（1）構思項目：（Conceive ）： 概念階段。針對工程實踐，讓學生掌握專業知識的基本原理，確定“項目”的未來發展方向。接到項目首先研究項目產品完成的任務，然后構思整個項目的架構和初步方案。讓學生構思出整個產品的幾個分機構的設計，結合以前所學，學生在指導老師的指導下，就會對該項目有一定的進一步認識和構思，從而對整個項目實現草案設計。

以2011年第八屆浙江省機械設計大賽為例，小車能順利穿越一區的狹窄隧道和二區并到達三區、四區完成救援任務，為實現短時間內救援機器人順利完成救援任務，其行走機構除具備良好的轉向性能及行駛穩定性之外，還必須具有較高的行駛效率。

項目要求得到的相應構思：主要分兩大類，構思一： “救援小車”的行走機構，滿足速度、滿足差速轉向、滿足通過隧道、滿足車體拓寬，構思二：“救援小車”的救援目標抓取機構，滿足限定范圍內的救援活動，構思機械手式抓取還是吸盤吸入式。

（2）設計項目（Design）：技術階段。以項目產品設計與規劃為核心，通過研發，擬解決某一具體的問題或某些問題。仍以“救援小車”為例：根據構思的初步草案，學生通過了解現有的產品設計思路，產品功能、應用領域，結合自己所學提出優化設計理念和產品設計改進建議，對于能力比較強的學生選為技術小組組長，帶領其他組員主要解決設計和創新過程中，發現的一些問題，提交指導教師或通過查閱資料解決。

仍以“救援小車”為例，構思一中，可分解出兩類機構的設計：變距裝置結構設計、差速轉向行走機構設計；構思二中，可分解出機械手式抓取機構設計、機械臂結構設計、掃鏟式救援裝置設計、吸盤式救援裝置設計等。分解出的機構中通過比較進行優化設計階段，確定最后方案。在每一個機構的設計中，都可以有不同種實現的途徑，這個時候一定要發揮學生之所能，讓學生進行發散思維，翻閱豐富的參考資料，設計各個不同的分機構，然后小組成員在老師的帶動下，優化取舍，確定最佳方案，這是個很艱苦的重要階段。圖1 、圖2為學生設計的“救援小車”的三維設計和二維設計。

（3）執行項目（Implement）：制造階段。以制造、建造為核心，組織一體化的項目制造。結合“產、學、研”互動的特色，將設計產品引入到工程訓練中心來，學生自己動手完成零件的加工和裝配，以設計圖紙為藍本，完全按照工件圖紙要求進行，把所有零件加工后，組裝成裝配產品。在制造過程中直接加工零件和裝配零件，可以增強學生的生產勞動觀念、產品質量觀念和經濟價值觀念，零件加工和裝配的訓練過程為培養學生的工程實踐素質、理論聯系實際和嚴肅認真的工作作風打下了堅實的基礎，過程中產生的問題可以磨練學生的工程意志和提升學生的工程素質。圖3、圖4分別為學生設計的“救援小車”的行走機構圖，和“救援小車”的抓取結構。

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圖3 “救援小車”的行走機構

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圖4 “救援小車”的抓取結構

（4）運作項目（Operate）：服務階段。各個機構設計完整后，確定最終方案，制造組裝出來完整的產品。可以對項目進行運作，完成任務。圖5和圖6為學生設計的“救援小車”的最后兩種不同方案的“救援小車”。

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圖5 “救援小車”方案一圖 圖6 “救援小車”方案二

四、CDIO與項目引領工程實踐的相輔相成的關系

CDIO工程教育雖然包含培養學生實踐能力的教學項目，但不同于項目教學。在應用型本科的工程實踐中，兩者是相輔相成的。CDIO工程教育在一體化的課程體系中不僅包括實踐教學項目，也包括專業技術的系統知識教育，具有長期性與學制化的特點；而項目教學是針對某一具體項目開展的教學活動，具有短期性與臨時性的特點 [4，5]；從表面上看，兩者有些相似，項目教學包括立項、計劃、實施、展示和結項等各個階段，學生需要在教師的幫助下對各個階段中可能產生的問題找出相應的解決方法。但是兩者的實質性不同在于，CDIO工程教育旨在提供一種學生獲取知識與經驗的背景環境，它是制度化的、循環性的，而不是即時性的，并不隨著實踐教學項目的完成而終結。而項目引領工程實踐是實實在在的項目在貫穿整個工程實踐的訓練。

五、總結

借鑒德國“項目教學”的做法，以CDIO為工程教育理念，項目引領工程實踐，不僅提高了學生綜合素質、工程意識和創新能力，而且促進教師和學生互動實踐教學。對比德國項目教學法，也看到了我國項目引領工程實踐實施的軟硬環境均存在不足之處，德國項目教學注重項目成本的核算、指導教師的綜合素質較高、項目完成后的功能拓展、制造項目的工業化程度等等，而應用性本科的工程實踐，若要借鑒德國項目教學法，與師資力量、實踐教學體制、軟硬件都存在直接關聯。因此，在科學的方法論指導下與嚴謹的行動框架內推進應用型本科的項目引領工程實踐不妨是一個很有效的嘗試和發展趨勢。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 顧佩華，陸小華.CDIO工作坊手冊[M].汕頭：汕頭大學出版社，2008.

[2] 李坤.趙陽.寧靜等.德國職教項目教學法的理論研究與實踐及推行策略[J].吉林工程技術師范學院學報，2009（3）：25-27.

[3] 趙志群.職業教育與培訓學習新概念[M].北京：科學出版社，2003.

[4] 基于CDIO教育理念的工程學科教育改革與實踐[J].教育與現代化，2010（1）：30-33，71.

[5] 熊和平，岳愛臣.CDIO工程教育模式：誤解的澄明與風險的規避[J].高等工程教育研究，2009（5）：48-51.

[責任編輯：張 雷]