基于 CDIO+ISO 模式“概念車制作”課程教學體系建設(shè)

姚喜貴 杜 君 尚偉燕

（寧波工程學院 浙江 寧波 31500）

一、引言

與歐洲等國家工程類大學畢業(yè)生相比，中國高等教育在培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才方面存在三大弊端：一是教育重理論、輕實踐，工程教育的師資隊伍普遍缺乏行業(yè)背景，二是課程設(shè)置僵硬，缺乏知識的融合與交叉，創(chuàng)新教育不足；三是缺乏對工程科技與創(chuàng)新的興趣培養(yǎng)，缺少職業(yè)能力及職業(yè)道德教育。這樣的狀況導(dǎo)致培養(yǎng)的工程技術(shù)人才創(chuàng)新能力不足，缺乏動手和解決問題的能力，團隊合作意識和人際溝通能力不強。中國提出在2020年前完成建立創(chuàng)新型國家的目標，這就需要培養(yǎng)出基于工程實踐的新型工程技術(shù)人才，因此，更新教育觀念、實施工程教育改革成為第一要務(wù)[1]。實現(xiàn)第一要務(wù)要從最基本的課程教學改革和創(chuàng)新開始，課程創(chuàng)新是教育改革的關(guān)鍵，沒有課程教學創(chuàng)新，教育改革就是空中樓閣。

2000年，美國愛德華·克勞利教授研究組開始對工程教育改革進行研究。經(jīng)過四年探索和實踐，他們合作開發(fā)出了的一個新型的工程教育模式——CDIO[2]。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實施（Implement)、運行(Operate)，以CDIO教學大綱和標準為基礎(chǔ)，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習和獲取工程能力。CDIO模式為國際工程教育提供了一個新的思路和研究方向，也為我國的工程教育改革提供一些有益的借鑒[3]。

將CDIO模式應(yīng)用到課程教學上進行改革和創(chuàng)新，是課程改革和創(chuàng)新的新嘗試。“概念車制作”是新開設(shè)校級綜合性專業(yè)校選課程，所涉及的內(nèi)容是概念車制作的整個過程，教學方法采用學生主動研究和學習，教師指導(dǎo)方式。將CDIO模式應(yīng)用到該課程中，以學生團隊在工作室（課堂）針對概念車為情境的理論學習、分析、思考為重點，構(gòu)建一個“構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行”的重理論又重實踐的工程教育環(huán)境。

二、課程教學目的

設(shè)置“概念車制作”課程，旨在培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識的能力；培養(yǎng)學生思考問題的邏輯性、靈活性與廣泛性，培養(yǎng)和提高學生的科研素質(zhì)、工程意識和創(chuàng)新精神。該課程要求學生樹立工程的概念，同時了解在完成工程的過程中，所涉及到的相關(guān)內(nèi)容，使學生了解作為一名工程技術(shù)人員，不僅需要具有相關(guān)的技術(shù)技能，同時更重要的是具有良好的職業(yè)道德、團隊合作能力、書面及口頭交流能力、資料的使用及查閱能力等，還有自我學習和管理等相關(guān)能力。使學生在系統(tǒng)分析與設(shè)計、制作、調(diào)試、信息處理、文檔寫作和團隊合作等方面的能力都有一個質(zhì)的飛躍，為從事技術(shù)和管理工作積累實踐經(jīng)驗，為造就出高素質(zhì)工程技術(shù)人才打下良好的基礎(chǔ)。

三、課程建設(shè)指導(dǎo)思想

1.課程的構(gòu)思（C）

概念車就是最先進、前衛(wèi)、環(huán)保、最能代表造車工藝的技術(shù)與科技發(fā)展設(shè)計的未來汽車。教學內(nèi)容的構(gòu)思是以概念車制作為平臺，課程教學內(nèi)容包括技術(shù)和管理兩個方面。

該課程技術(shù)內(nèi)容構(gòu)思是概念車的制作項目，制作概念車要求每循環(huán)教學都有創(chuàng)新，在汽車節(jié)能、環(huán)保，輕量化等方面進行改進和創(chuàng)新。概念車主要包括發(fā)動機、底盤、電器和車身四大部分，每循環(huán)教學創(chuàng)新都要從這四個方面考慮。基于比賽和教學規(guī)律的考慮，每循環(huán)教學項目都在變化，構(gòu)思概念車的系統(tǒng)創(chuàng)新是關(guān)鍵，這就是項目任務(wù)書。

該課題管理內(nèi)容構(gòu)思以質(zhì)量管理體系ISO9001進行管理，使學生團隊受現(xiàn)代企業(yè)管理方式的熏陶。

2.課程的設(shè)計（D）

根據(jù)構(gòu)思的項目任務(wù)書，對構(gòu)思課程教學進行設(shè)計。

（1）教學過程的設(shè)計

“概念車制作”教學過程的設(shè)計與傳統(tǒng)的課程教學過程有很大差別，時間不固定，按照項目計劃時間運行。主講教師不站在講臺上將知識或技術(shù)灌輸給學生，深入到學生團隊中去，引導(dǎo)學生去思考和解決問題。學生團隊按照項目計劃書去學習和研究，推動項目逐步接近技術(shù)指標。

（2）教學方法的設(shè)計

“概念車制作”授課在 CDIO 模式框架內(nèi)進行，需將 CDIO精神靈活地貫穿于教學活動中，突出以學生為中心的觀念。采用以學生動手和自行思考為主，教師指導(dǎo)為輔的教學方式。在整個教學過程中學生學習、研究和思考自行完成，遇到問題，教師引導(dǎo)學生思考研討，和學生一起尋找解決問題的方法和手段，最后解決問題。在教學過程中教師不僅要引入工程的概念，而且還要按照ISO9001質(zhì)量管理體系嚴格要求學生。

表4所示為4個模擬工況下的數(shù)值計算結(jié)果, 在不改變其他條件的情況下, 討論通入氣體溫度的變化對發(fā)動機性能的影響. 需要說明的是, 為了簡化計算, 本文采用等熵壓縮后等壓加熱的方式, 所以將常溫、 常壓的氣體增溫、 加壓所需要的能量為:

（3）教學內(nèi)容的設(shè)計

教學內(nèi)容包括技術(shù)方面和管理方面的教學內(nèi)容。技術(shù)方面包括，調(diào)研、構(gòu)思、設(shè)計、制作、調(diào)試和比賽（若有比賽）或總結(jié)等內(nèi)容；管理方面包括大學生管理、物品管理以及實訓(xùn)基地管理等。

3.課程的實施（I）

（1）技術(shù)方面的實施

實施過程按照項目計劃時間進行。制作過程主要在實訓(xùn)基地。首先，學生團隊調(diào)研和檢索材料，了解和掌握該任務(wù)的技術(shù)動態(tài)和發(fā)展趨勢。如2016年的主要任務(wù)是發(fā)動機電控系統(tǒng)的開發(fā)，就要了解發(fā)動機電控知識和技術(shù)，掌握電控技術(shù)動態(tài)和發(fā)展趨勢。學生團隊要出去調(diào)研，記錄和撰寫調(diào)研報告。

根據(jù)比賽和教學的要求，撰寫項目任務(wù)書。首先，設(shè)定本學期概念車需要解決的關(guān)鍵問題。如2016年關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)動機電控部分，其他系統(tǒng)進行優(yōu)化。其次，對概念車進行總體布局，如車架采用前一字后井字結(jié)構(gòu)以及車身采用錐形流線型等。第三、零部件設(shè)計采用CAI設(shè)計并進行仿真車身強度、剛度進行有限元分析和計算。第四、按照已經(jīng)學過的《機械零件》的知識，對零部件選型。

按照零部件的要求以及計算分析結(jié)果，對零部件進行繪制，設(shè)計零部件的加工工藝和工裝夾具。根據(jù)圖紙的內(nèi)容進行制作，制作大部分都是學生團隊在學院加工中心自行完成。

零部件全部制作完畢進行組裝，組裝后進行調(diào)試，調(diào)試先進行臺架測試，臺架測試通過后，再進行路試，如果有問題或效果不理想，再進行零部件優(yōu)化，然后再調(diào)試，直到達到比較理想狀態(tài)為止。學生團隊在計算分析、制作以及調(diào)試過程中遇到技術(shù)問題查資料或看講義以及教師指導(dǎo)。

課程技術(shù)內(nèi)容講義總計九章，主要包括車架設(shè)計與制作、車身設(shè)計與制作、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計與制作、制動系統(tǒng)設(shè)計與選型、傳動系統(tǒng)的設(shè)計與選型、電動車動力系統(tǒng)的設(shè)計與選擇、燃油車動力系統(tǒng)的設(shè)計與選擇、電動車測試過程以及燃油車測試過程。

（2）管理方面的實施

大學生管理主要管理者是學生輔導(dǎo)員承擔。物品管理以及實訓(xùn)基地管理按照ISO9001質(zhì)量管理體系實施，主要管理者由主講教師或其助教承擔。

4.課程的運行（O）

建立較完善的“概念車制作”課程教學體系、CDIO實訓(xùn)體系、ISO質(zhì)量管理體系以及課程考核體系，使該課程能夠正常運行，并逐步完善，實現(xiàn)培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和人文素質(zhì)的目標。

四、課程教學建設(shè)

1.建立課程教學體系

圖1 課程學習體系示意框圖

“概念車制作”課程教學體系主要包括三個方面（圖1所示）：一個是CDIO實訓(xùn)體系，另一個是ISO質(zhì)量管理體系，第三個是課程考核體系。

2.建立課程CDIO實訓(xùn)體系

圖2 課程CDIO實訓(xùn)體系示意框圖

如圖2所示，依據(jù)CDIO質(zhì)量管理體系的內(nèi)涵，即構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行四個步驟進行完成。2016年“概念車制作”課程構(gòu)思實現(xiàn)兩大任務(wù)：參加全國大學生節(jié)能減排大賽和參加HONDA競技大賽。根據(jù)上述任務(wù)，確定設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)為：電動概念車為非晶合金電動機設(shè)計，車架輕量化設(shè)計以及翼型車身設(shè)計。燃油概念車為電控發(fā)動機設(shè)計、車架輕量化以及超越離合器設(shè)計。學生課題組全面實施了上述設(shè)計，總裝成概念車。最后進行運行，參加了兩個賽事。

3.建立課程ISO質(zhì)量管理體系

圖3 課程 ISO質(zhì)量管理體系示意框圖

如圖3所示，ISO質(zhì)量管理體系在課程管理中包括三個方面：學生管理、物品管理以及場地管理。

學生管理首先要把好學生的入口關(guān)，由主講教師篩選加入學習該門課程的學生。將能吃苦、有耐力，理論知識比較扎實的學生納入學習該課程。其次，根據(jù)學生的專業(yè)特點和愛好編入工作組，如將成型專業(yè)的學生編入車身組，機械制造及自動化專業(yè)的學生編入車架轉(zhuǎn)向組，車輛和汽車服務(wù)工程專業(yè)的學生編入電控電子組。第三，加強過程管理，由學生自行確定在該課程的學習和工作的時間表，并由組長或主管考核每天的學習和工作情況。每月每位學生提交學習和工作體會，總結(jié)本月的學習心得和工作體會。本組組長總結(jié)本月的技術(shù)進展情況以及所解決的問題和解決問題的方法和手段。

物品管理主要包括購置和加工的零部件以及節(jié)能概念車。購置和加工的零部件需要經(jīng)過檢測和測試后才能使用；節(jié)能概念車要經(jīng)過臺架試驗和路試，最后參加各種賽事。

實訓(xùn)基地管理就是工作室的場地管理和布局，工作室場地分成各種工作區(qū)，區(qū)域之間由黃色線隔開；零部件擺放整齊、有順序。

4.建立課程考核體系

考核方式按照平時考核、平時記錄情況、月匯報情況、會議紀要、以及總結(jié)報告相結(jié)合考核方法實施。即每階段或過程都有記錄，記錄作為考核的依據(jù)（20%）；不定期或定期討論問題和措施有會議紀要，紀要也作為考核的依據(jù)（20%）；每月有各組匯報，匯報情況也是考核依據(jù)（20%）；最后總結(jié)報告也是考核依據(jù)（20%）。平時有考核記錄（20%），平時考核成績由學生輔導(dǎo)員確定，其他考核由主講教師確定。

五、結(jié)束語

“概念車制作”課程經(jīng)過2015年的試驗，取得了一些成績和效果，積累了一些課堂教學經(jīng)驗，為2016年正式確定校級選修課程打下良好的基礎(chǔ)。2016年初開課，制定了教學大綱和考試大綱，自編了課程講義，建立“概念車制作”課程教學體系、課程CDIO實訓(xùn)體系、課程ISO質(zhì)量管理體系以及課程考核體系。經(jīng)過一年來課程運行，項目已經(jīng)取得了不錯的成果，2016年該課程學生所制作的產(chǎn)品獲得了2016年第九屆全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽“二等獎”和“特別獎”，學生發(fā)表論文4篇，專利2項。雖然取得了一些成績，學生的就業(yè)競爭力大幅度提升，但仍有一些問題需要持續(xù)的改進并逐步完善，為將該課程打造成培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才的精品課程而努力。

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

[2]Crawley E. etal. Rethinking Engineering Education: The CDIO Approach[M].NewYork: Springer Science+Business Media,2007.

[3]胡志剛,任勝兵,吳斌.構(gòu)建基于CDIO理念的一體化課程教學模式[J].中國高等教育,2010,(22).