基于 CDIO+ISO 模式“概念車制作”課程教學體系建設

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生相比，中國高等教育在培養高素質工程技術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背景，二是課程設置僵硬，缺乏知識的融合與交叉，創新教育不足；三是缺乏對工程科技與創新的興趣培養，缺少職業能力及職業道德教育。這樣的狀況導致培養的工程技術人才創新能力不足，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年前完成建立創新型國家的目標，這就需要培養出基于工程實踐的新型工程技術人才，因此，更新教育觀念、實施工程教育改革成為第一要務[1]。實現第一要務要從最基本的課程教學改革和創新開始，課程創新是教育改革的關鍵，沒有課程教學創新，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。經過四年探索和實踐，他們合作開發出了的一個新型的工程教育模式——CDIO[2]。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實施（Implement)、運行(Operate)，以CDIO教學大綱和標準為基礎，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯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模式應用到課程教學上進行改革和創新，是課程改革和創新的新嘗試。“概念車制作”是新開設校級綜合性專業校選課程，所涉及的內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，教師指導方式。將CDIO模式應用到該課程中，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，構建一個“構思-設計-實施-運行”的重理論又重實踐的工程教育環境。

二、課程教學目的

設置“概念車制作”課程，旨在培養學生綜合運用專業知識的能力；培養學生思考問題的邏輯性、靈活性與廣泛性，培養和提高學生的科研素質、工程意識和創新精神。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，所涉及到的相關內容，使學生了解作為一名工程技術人員，不僅需要具有相關的技術技能，同時更重要的是具有良好的職業道德、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能力。使學生在系統分析與設計、制作、調試、信息處理、文檔寫作和團隊合作等方面的能力都有一個質的飛躍，為從事技術和管理工作積累實踐經驗，為造就出高素質工程技術人才打下良好的基礎。

三、課程建設指導思想

1.課程的構思（C）

概念車就是最先進、前衛、環保、最能代表造車工藝的技術與科技發展設計的未來汽車。教學內容的構思是以概念車制作為平臺，課程教學內容包括技術和管理兩個方面。

該課程技術內容構思是概念車的制作項目，制作概念車要求每循環教學都有創新，在汽車節能、環保，輕量化等方面進行改進和創新。概念車主要包括發動機、底盤、電器和車身四大部分，每循環教學創新都要從這四個方面考慮。基于比賽和教學規律的考慮，每循環教學項目都在變化，構思概念車的系統創新是關鍵，這就是項目任務書。

該課題管理內容構思以質量管理體系ISO9001進行管理，使學生團隊受現代企業管理方式的熏陶。

2.課程的設計（D）

根據構思的項目任務書，對構思課程教學進行設計。

（1）教學過程的設計

“概念車制作”教學過程的設計與傳統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灌輸給學生，深入到學生團隊中去，引導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指標。

（2）教學方法的設計

“概念車制作”授課在 CDIO 模式框架內進行，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個模擬工況下的數值計算結果, 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）教學內容的設計

教學內容包括技術方面和管理方面的教學內容。技術方面包括，調研、構思、設計、制作、調試和比賽（若有比賽）或總結等內容；管理方面包括大學生管理、物品管理以及實訓基地管理等。

3.課程的實施（I）

（1）技術方面的實施

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

根據比賽和教學的要求，撰寫項目任務書。首先，設定本學期概念車需要解決的關鍵問題。如2016年關鍵技術是發動機電控部分，其他系統進行優化。其次，對概念車進行總體布局，如車架采用前一字后井字結構以及車身采用錐形流線型等。第三、零部件設計采用CAI設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果，對零部件進行繪制，設計零部件的加工工藝和工裝夾具。根據圖紙的內容進行制作，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，組裝后進行調試，調試先進行臺架測試，臺架測試通過后，再進行路試，如果有問題或效果不理想，再進行零部件優化，然后再調試，直到達到比較理想狀態為止。學生團隊在計算分析、制作以及調試過程中遇到技術問題查資料或看講義以及教師指導。

課程技術內容講義總計九章，主要包括車架設計與制作、車身設計與制作、轉向系統的設計與制作、制動系統設計與選型、傳動系統的設計與選型、電動車動力系統的設計與選擇、燃油車動力系統的設計與選擇、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員承擔。物品管理以及實訓基地管理按照ISO9001質量管理體系實施，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實訓體系、ISO質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，實現培養學生創新能力和人文素質的目標。

四、課程教學建設

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實訓體系，另一個是ISO質量管理體系，第三個是課程考核體系。

2.建立課程CDIO實訓體系

圖2 課程CDIO實訓體系示意框圖

如圖2所示，依據CDIO質量管理體系的內涵，即構思-設計-實施-運行四個步驟進行完成。2016年“概念車制作”課程構思實現兩大任務：參加全國大學生節能減排大賽和參加HONDA競技大賽。根據上述任務，確定設計關鍵技術為：電動概念車為非晶合金電動機設計，車架輕量化設計以及翼型車身設計。燃油概念車為電控發動機設計、車架輕量化以及超越離合器設計。學生課題組全面實施了上述設計，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質量管理體系

圖3 課程 ISO質量管理體系示意框圖

如圖3所示，ISO質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，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，根據學生的專業特點和愛好編入工作組，如將成型專業的學生編入車身組，機械制造及自動化專業的學生編入車架轉向組，車輛和汽車服務工程專業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，總結本月的學習心得和工作體會。本組組長總結本月的技術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能概念車。購置和加工的零部件需要經過檢測和測試后才能使用；節能概念車要經過臺架試驗和路試，最后參加各種賽事。

實訓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，區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、以及總結報告相結合考核方法實施。即每階段或過程都有記錄，記錄作為考核的依據（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（20%）；每月有各組匯報，匯報情況也是考核依據（20%）；最后總結報告也是考核依據（20%）。平時有考核記錄（20%），平時考核成績由學生輔導員確定，其他考核由主講教師確定。

五、結束語

“概念車制作”課程經過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驗，為2016年正式確定校級選修課程打下良好的基礎。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實訓體系、課程ISO質量管理體系以及課程考核體系。經過一年來課程運行，項目已經取得了不錯的成果，2016年該課程學生所制作的產品獲得了2016年第九屆全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽“二等獎”和“特別獎”，學生發表論文4篇，專利2項。雖然取得了一些成績，學生的就業競爭力大幅度提升，但仍有一些問題需要持續的改進并逐步完善，為將該課程打造成培養高素質工程技術人才的精品課程而努力。

[1]查建中.論“做中學”戰略下的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).