基于CDIO的基礎工業工程課程設計教學改革*

□ 葛曉梅

(鄭州航空工業管理學院 管理工程學院，河南 鄭州 450046)

引言

基礎工業工程學是工業工程本科專業的主干課程之一，課程設計作為理論課程教學的延伸，是十分重要的實踐教學環節。目前的教學中，很多高校存在教學內容單一，缺少充分的調研和實踐，過程管理松散，重結果輕過程評價等問題，造成學生參與度不高，實際應用能力和創新能力較弱，達不到預期的教學目標。

CDIO模式作為一種工程教育模式，以啟發于產品生命周期模型的構思(Conceive)—設計(Design)—實施(Implement)—運作(Operate)為載體，強調以學生為中心，培養學生的主動學習、動手實踐、分析問題和團隊協作能力[1]。我國CDIO工程教育改革主要集中在“機械類、計算機類、電氣類、化工類、土木類”等工程類專業，教學改革內容多集中在人才培養模式、課程體系建設、實踐教學模式和教學方法等方面[2-6]。工業工程是從科學管理的基礎上發展起來的一門應用性工程專業技術，兼具工程技術和管理技術的雙重屬性，針對工業工程專業的CDIO教學改革主要集中在人才培養、綜合實驗教學、實踐教學體系等宏觀方面[7-9]，針對某一具體實踐課程的研究還沒有。因此，本文借鑒CDIO理念，對基礎工業工程課程設計進行教學改革與探討，以提升實踐教學質量。

1 基于CDIO的教學設計

1.1 教學目標的設計

根據CDIO工程教育大綱標準的要求，把學生的專業技能、工程實踐能力、創新能力、團隊溝通和合作能力作為其主要培養目標[10]。本課程的教學目標：學會由產品入手對企業生產系統進行分析、診斷、優化、標準化的方法，培養學生運用相關知識解決企業中實際問題的實踐能力；掌握方法研究與時間測定的方法與步驟；熟悉基礎工業工程的各種圖表的繪制和應用，提高學生的文檔編輯能力和繪圖能力；提高學生的查閱文獻資料能力與文字表達能力；通過項目實踐，提高學生的溝通表達能力，團隊協作能力和創新能力，提升個人職業技能和職業素養。

1.2 “產品加工項目”的設計

鄭州航空工業管理學院每年約有300名學生修讀該課程，由于選修人數太多，去工廠實踐難度太大。課程組開發了一種能夠模仿生產現場的產品加工項目，教學產品如玩具車模型、飛機模型和紙藝產品等，這些產品具有成本低廉和可操作性強的特性，生產加工場地具有很強的開放性，保證重復大量生產。

1.3 教學內容的設計

學生自主選擇產品進行生產過程的設計和改善，以“紙籃子產品加工項目”為例，介紹下具體的教學內容：

①設計紙籃子生產線。教師和學生用繪圖軟件共同設計紙籃子圖紙，選取其中一種圖紙，如圖1所示。把圖紙用A4紙打印生成原材料，根據工藝要求，通過下料、涂色、粗剪、精剪、折疊、編號、粘貼和檢驗等工序，加工成產品—花籃如圖2所示，自行設計紙籃子生產線，完成紙籃子的生產。

圖2 紙籃子成品

②運用方法研究、作業測定、現場管理等知識平衡和改善該生產線，借助該生產線完成生產現場的調研，針對存在的問題，進行改善。

③提交初步設計方案和改善方案，進行改善前后的效果評價。方案中必須繪制相關的現場布局圖、工藝程序圖、流程程序圖和雙手作業圖等，分別用秒表測時法和MOD法制定每個工位的標準時間，計算日產能。

④編寫有關技術文件，如SOP和工藝文件。

⑤書寫設計報告，制作項目匯報課件，答辯。

1.4 教學流程的設計

貫徹CDIO理念，設計基于CDIO的教學流程如圖3所示[11]。在整個教學實施過程中，以項目為載體、以學生為主體、教師為引導，以能力培養為目標，將CDIO理念融入整個教學過程[12]。

2016年5月-2016年12月期間,我院收治的30例婦產科患者,其中12例子宮肌瘤,6例子宮癌癥,5例盆腔炎,7例妊娠合并癥。年齡為21-65歲,平均年齡為(46.6±3.5)歲,病程為1-30年,平均病程為(10.8±6.9)年。

圖3 基于CDIO的教學流程

2 基于CDIO的教學實施和管理

2.1 項目具體實施

①項目構思。學生自由組合項目組，每個項目組6-8人，組員按學號大小排序，隨機選定第N名同學當組長，組長的職責是負責組織和協調項目的學習。根據教師提供的設計任務書，了解課程設計的目標、內容和要求等，熟悉產品的加工工藝和產品質量評價指標，構思具體的實施方案。教師對產品加工進行技術培訓，并對實施方案的構思進行指導。

②項目設計。首先，組長制定項目組的人員管理制度和考核制度。結合理論知識，進行生產線布局、工位的安排、人員的分工等設計，項目組進行產品的加工。教師對學生的項目設計進行指導和答疑。

③項目實施。實施初期，生產效率較低，在生產線運行中，用程序分析找出瓶頸工位，結合作業分析動作分析等改善瓶頸，不斷優化生產線。每個操作員都要提高操作熟練度和加工質量，一般產量達到100個后，生產節拍能優化到1.2分鐘左右。對優化后的生產線，測定各工位的時間，采集各操作者動作等。最后，繪制各種圖表，計算各工位的標準時間。

④項目運作。書寫設計報告，為了避免搭便車，要求每個同學繪制自己工位的相關圖表如雙手作業圖和MOD分析表等。制作PPT，準備現場比賽和答辯。教師對每個同學成績進行考核，開展學習反思和教學反思，不斷優化教學設計。

2.2 項目過程管理

2.2.1 教師及時指導

指導教師要按項目實施計劃，定期深入到項目學習場所，與學生面對面交流，進行現場指導和答疑。教師可以利用“互聯網+”建立微信群或QQ群進行線上指導，對于學生的問題及時進行指導，提高指導效率。

2.2.2 填寫項目學習活動記錄表

在項目學習過程中，填寫項目學習活動記錄表，記錄表內容包括出勤情況、任務和分工、任務完成情況、成員的貢獻等，教師定期檢查記錄表，監控項目學習進度和學習情況。記錄表作為個人評價的一個有效依據，有了科學的監督約束機制，大大提高了全員參與度，有效避免了搭便車現象。

2.2.3 定期分享學習成果

每個小組定期把學習階段性成果、學習過程的照片和錄像上傳到指導群，這樣，不僅老師能實時地對學生的學習過程進行監督和控制，小組間無形中形成競爭的學習氣氛，互相督促，協同學習。

3 基于CDIO的課程考核

3.1 答辯前引入現場比賽

為了激發學生的學習熱情，驗證項目組的實踐能力和團隊協作能力，答辯前所有項目組進行現場產品加工的比賽，考慮到工作的疲勞程度，一般采用30分鐘的人均產能作為評價指標。比賽結束，檢驗員進行產品質量檢驗和評價，統計合格產品數量，計算各項目組的人均產能/單位時間。為了獲得較好的比賽成績，項目組要進行大量的模擬生產訓練，不斷創新優化生產線。比賽教學不僅提高了全員參與率，還可以大大提高創新能力的培養效率。

3.2 隨機抽取，組間互辯

采取集中進行、分組答辯的方式，由8-12個項目組組成一個答辯組，三到五個教師組成答辯委員會。答辯環節包括項目匯報和問題回答，其中項目匯報人選采取現場隨機抽取，這樣每名學生事先都要作好充分的準備，避免搭便車現象。

回答問題階段采取“項目組互辯為主，教師答辯為輔”的方式。隨機抽取兩個項目組“互辯”，其他項目組也可進行提問，通過互辯，能讓每個項目組看到與其他組之間的差距，激發其學習興趣，使學生的溝通表達能力、交流能力、創新能力和批判性思維得到有效提高。同時，將學習成果與大家分享，增進小組間的協同學習。

3.3 團隊和個人關聯性評價

成績評定分為項目組成績和個人成績評定兩個環節。項目組的成績由答辯委員會評定，評價指標體系，如表1所示，項目組的成績取決于每一個組員的個人表現和團隊協作。每個組員的個人成績由老師和學生共同來評價，通過小組成員互評來評定每個組員的貢獻率排名，如表2所示，根據貢獻率排名確定個人貢獻系數，個人成績為項目組成績和個人貢獻系數的乘積。

表1 項目組評價體系

表2 個人貢獻評價體系

4 教學特色與實施效果

該改革方法的教學特色：

①低成本、高效率、大規模培養學生的實踐能力。“模擬生產”項目來解決去企業實踐難度大的問題，比如紙藝產品加工項目，打印一張原材料A4紙0.1元，每組的工具費用約30元，低成本實現大規模項目學習活動。

②教學過程的具有很強的時間開放性和空間開放性。教學活動由課堂內拓展到課堂外，引導學生發揮其主動性，充分利用好課余時間。學生進行項目學習活動可以由實驗室延伸到教室、圖書館、食堂和宿舍等場所，解決實驗室場地不足的限制，提高了學習的自主性和可操作性。

③有效的過程監督措施，科學的考核方式，大大提高了學生的主動學習積極性，有效避免了搭便車現象，尤其“比賽教學法”對提高學習潛能非常有效，同時可以提高學生創新能力的培養效率。

④體現了學生在教學活動中的主體地位。學生代表與教師共同制定產品質量評價指標，共同制定成績評價標準，讓學生參與成績評價等，讓學生感到自己是教學活動中的主體，學習積極性大大提高。

為驗證教學改革的實際效果，課程組在15級工業工程和16級工業工程專業進行了教學實踐，實施的教學班與比較班相比，學生對于課程內容的掌握和理解程度，考試成績明顯好于比較班。同時，提高了學生的學習參與度和學習主動性，提高了學生的工程實踐能力、團隊合作能力、溝通表達能力等；高效地培養了學生的創新能力，提升了個人職業素養。學生參加學科競賽的參與率增加，每個班平均達到40%，并取得較好的成績。近兩年來，獲“新道杯”沙盤模擬經營大賽全國總決賽二等獎2項；“格力杯”第一屆中國大學生工業工程與精益管理創新大賽三等獎1項；“東風日產杯”清華IE亮劍全國工業工程應用案例比賽三等獎10項；在各級省級和校級比賽中也獲得較好的成績。

5 結束語

本文將CDIO理念融入到基礎工業工程課程設計的教學中，提出了基于CDIO的教學設計，對項目實施、教學過程管理、答辯方式和考核方式等方面進行了改革與創新，經過實踐證明，該方法對于培養學生的主動學習能力、工程實踐能力、創新能力和團隊協作能力效果顯著。該方法不僅適用于工業工程專業的實踐教學，同時也為其他專業的課程設計、實習、實驗等實踐教學提供一定的參考價值。