重構(gòu)CDIO特色的工程圖學(xué)課程體系

郭長虹，趙炳利，郭 銳，王 巍

（燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

1 CDIO教育模式的引入與特色

積極推進(jìn)工程教育改革，探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，已成為全球工程教育的發(fā)展趨勢。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的卓著成果。2000年，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)，經(jīng)過4年探索研究，提出CDIO工程教育模式，并成立CDIO國際合作組織。CDIO中，C（Conceive）代表構(gòu)思，針對工程實(shí)踐，讓學(xué)生掌握專業(yè)知識的基本原理，確定未來發(fā)展方向；D（Design）代表設(shè)計(jì)，以產(chǎn)品設(shè)計(jì)與規(guī)劃為核心，擬解決某一具體問題；I（Implement）代表執(zhí)行，以制造為核心，組織一體化的課程實(shí)踐，其中包括學(xué)生必須掌握的理論知識與實(shí)踐能力；O（Operate）代表運(yùn)作，即產(chǎn)品應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)。它以產(chǎn)品的研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，通過系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)[1]。CDIO教育模式以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，教學(xué)內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步，理論實(shí)踐相結(jié)合，以培養(yǎng)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合格工程人才為目標(biāo)。CDIO標(biāo)準(zhǔn)直接參照工業(yè)界需求，要求教師具有較好的工程實(shí)踐能力，并不斷更新工程知識，不斷聽取產(chǎn)業(yè)界反饋信息，不斷完善教育教學(xué)。CDIO模式是融于產(chǎn)業(yè)發(fā)展并與之同步的工程教育模式。目前一些公司專門為CDIO畢業(yè)生制定了高于其他畢業(yè)生15%的工資標(biāo)準(zhǔn)，表明產(chǎn)業(yè)界對CDIO教育模式的肯定[3]。

2008年5月在汕頭大學(xué)召開了“中國CDIO工程教育模式研討會”，出席研討會的代表一致認(rèn)為：中國的工程教育，需要學(xué)習(xí)國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，加大改革力度，以適應(yīng)創(chuàng)新型國家建設(shè)的需要[2]。由此，我國工程教育改革應(yīng)用CDIO模式掀起新高潮。目前，國內(nèi)已有57 所高校在機(jī)械類、電氣類等專業(yè)開展了CDIO改革試點(diǎn)實(shí)踐[3]。燕山大學(xué)機(jī)械學(xué)院于2009年開始了CDIO工程教育模式的改革，并已取得較好成效。2011 年北京召開了CDIO區(qū)域性國際會議，成立了“中國CDIO 工程教育模式研究與實(shí)踐”課題組，負(fù)責(zé)組織開展CDIO工程教育模式試點(diǎn)工作。

2 國內(nèi)圖學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀與企業(yè)期待的工程圖學(xué)教育的巨大落差

工程圖學(xué)服務(wù)于建筑業(yè)、制造業(yè)等，必須隨著時(shí)代的進(jìn)步不斷更新，把新技術(shù)引入課程，使課程蓬勃發(fā)展。目前工程圖學(xué)的教學(xué)中存在3個(gè)主要問題：

1）該課程的實(shí)訓(xùn)嚴(yán)重不足；

2）學(xué)生們?nèi)鄙俟こ虒?shí)踐經(jīng)驗(yàn)；

3）很少關(guān)注時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，教學(xué)內(nèi)容陳舊，與工程實(shí)踐的結(jié)合差；教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也相對滯后[4]。據(jù)麥肯錫咨詢公司的一份研究報(bào)告統(tǒng)計(jì)，中國工科畢業(yè)生只有不到10%的人適應(yīng)跨國公司工作。國內(nèi)不少企業(yè)也責(zé)怪這些“畢業(yè)生花拳繡腿，設(shè)計(jì)的東西不切實(shí)際，處理問題理想化，如表達(dá)不完善、結(jié)構(gòu)不合理、裝拆不方便等”。造成這些弊端的原因是當(dāng)前的工程教育培養(yǎng)目標(biāo)與企業(yè)要求不吻合。而CDIO的工程教育模式符合當(dāng)前工程業(yè)需求。為此，燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院參照外資企業(yè)和國家大中型企業(yè)對人才的界定，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)教育理念，不斷實(shí)踐，最終形成了具有CDIO特色的工程圖學(xué)課程體系。

本文介紹如何重構(gòu)CDIO特色工程圖學(xué)教學(xué)體系，體現(xiàn)課程的工程性和實(shí)踐性[5]，為當(dāng)今工程圖學(xué)的教學(xué)改革、師資水平的提高、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)等提供參考。

3 重構(gòu)CDIO特色的工程圖學(xué)課程體系，反應(yīng)企業(yè)需求和現(xiàn)代科技進(jìn)步

3.1 重構(gòu)基于CDIO的課程體系，結(jié)合企業(yè)需求制定教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)

工程圖學(xué)須隨著時(shí)代進(jìn)步不斷推陳出新，把新技術(shù)引入課程，使課程蓬勃發(fā)展。制圖課程教授的核心“工程圖紙”蘊(yùn)涵著所有關(guān)于產(chǎn)品加工需要的信息，培養(yǎng)讀圖、繪圖（包括計(jì)算機(jī)繪圖）和設(shè)計(jì)構(gòu)型能力。目前，機(jī)械行業(yè)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的工程制圖能力、圖形表達(dá)能力和計(jì)算機(jī)繪圖和設(shè)計(jì)能力。美國、日本等發(fā)達(dá)國家，圖學(xué)課程的培養(yǎng)目標(biāo)完全參照企業(yè)需求來制定，因此，我們也應(yīng)積極借鑒發(fā)達(dá)國家的成功案例，優(yōu)化和整合教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)與企業(yè)需求一致的基于CDIO理念和工程實(shí)際的課程體系和培養(yǎng)目標(biāo)。

3.2 優(yōu)化與整合教學(xué)環(huán)境和資源，全面搭建CDIO特色的立體動(dòng)態(tài)教學(xué)平臺

學(xué)生現(xiàn)用教材是2011年編寫的，補(bǔ)充了CDIO特色的工程知識；與該教材配套的多媒體CAI課件，補(bǔ)充和更新了模擬動(dòng)畫和計(jì)算機(jī)繪圖、機(jī)械加工、金工實(shí)習(xí)、金屬冷、熱成型、焊接等錄像資料。工程圖學(xué)網(wǎng)絡(luò)在線系統(tǒng)增加了名師講課視頻、計(jì)算機(jī)繪圖培訓(xùn)教程等視頻資源和計(jì)算機(jī)輔助答疑系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)輔助答疑系統(tǒng)包括各種題型分析、解題指導(dǎo)、例題、動(dòng)畫和參考答案、習(xí)題解答等，并配備三維立體模型。我們建設(shè)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，包含畫法幾何及機(jī)械制圖多媒體課件庫、多媒體動(dòng)畫庫、畫法幾何及機(jī)械制圖重點(diǎn)難點(diǎn)視頻教學(xué)庫、機(jī)械加工知識講解以及真實(shí)生產(chǎn)加工錄像庫、計(jì)算機(jī)繪圖教程庫、基于真實(shí)場景零件測繪講解及操作視頻庫、焊接知識講解視頻庫、裝配仿真視頻庫、典型零部件加工視頻庫、機(jī)械加工工藝工程講解視頻庫、國外高科技生產(chǎn)加工視頻庫等等，學(xué)校網(wǎng)上全天開放，擺脫了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室時(shí)間和空間等的限制。同時(shí)，學(xué)校有2個(gè)實(shí)物模型室，定期補(bǔ)充典型組合體、零部件和各種裝配體模型等，供學(xué)生測繪、表達(dá)等使用，且保證了制圖三級項(xiàng)目的順利實(shí)施。以上教學(xué)資源的不斷更新建設(shè)，最終形成多層次、立體化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺，構(gòu)建了優(yōu)質(zhì)的數(shù)字化教學(xué)資源，改變了圖學(xué)教學(xué)環(huán)境，有助于創(chuàng)新能力和工程能力的培養(yǎng)，進(jìn)一步提高了教學(xué)效果，并使學(xué)生和老師始終保持“不斷線”的學(xué)習(xí)狀態(tài)，有助于學(xué)生課堂之外的解答疑惑，是對課堂教學(xué)極有力的補(bǔ)充，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)夯實(shí)了學(xué)生工程實(shí)踐能力。

3.3 結(jié)合企業(yè)培養(yǎng)需求，設(shè)計(jì)課外作業(yè)和實(shí)訓(xùn)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、探索精神和創(chuàng)新意識

工程圖學(xué)應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生工程意識、工程知識和工程能力，結(jié)合工程實(shí)例，利用一定數(shù)量的精心挑選的課外作業(yè)和實(shí)訓(xùn)，對學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練具有重要意義，是體現(xiàn)“做中學(xué)”的重要方面。在課外作業(yè)中強(qiáng)調(diào)國家標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格貫徹，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、踏實(shí)的工作作風(fēng)。安排大一學(xué)生課后多次到實(shí)習(xí)工廠參觀學(xué)習(xí)；增加學(xué)生課后測繪和圖樣最佳表達(dá)方案、測繪零件和裝配體等環(huán)節(jié)。最后，每人上交一份組合體綜合表達(dá)圖樣、徒手繪制的零件圖、計(jì)算機(jī)繪制的裝配圖和裝配圖拆圖圖樣，一共4張圖樣作為課外作業(yè)，并記載成績，占考核成績的10%。這些課外作業(yè)和實(shí)訓(xùn)有力地保證了學(xué)生的表達(dá)能力、構(gòu)型能力和測繪能力、計(jì)算機(jī)繪圖能力以及測繪能力等企業(yè)必需工程能力的塑造和強(qiáng)化。

3.4 結(jié)合典型企業(yè)項(xiàng)目，引入三級項(xiàng)目，保證項(xiàng)目制教學(xué)的運(yùn)行，體現(xiàn)CDIO特色

在裝配圖的教學(xué)環(huán)節(jié)中，進(jìn)行篩選歸類、解剖和綜合分析及合理簡化，分解出有個(gè)性的又簡單易懂的裝置，制作出示意模型，作為三級項(xiàng)目，利用2周測繪周時(shí)間，學(xué)生們分組測繪、分析和研討裝配體的表達(dá)方法，總結(jié)成果并繪制裝配圖，書寫條理清晰的方案分析等設(shè)計(jì)說明文檔，使學(xué)生達(dá)到理解、消化、吸收的目的，理解研發(fā)過程，從而使學(xué)生對工程圖學(xué)課程的重要性和工程意識有了全新的認(rèn)識，該三級項(xiàng)目計(jì)為1學(xué)分，將圖學(xué)課程與企業(yè)項(xiàng)目和后續(xù)專業(yè)課程體系得以有機(jī)結(jié)合。

3.5 創(chuàng)建工程圖學(xué)實(shí)訊基地，營造真實(shí)的教學(xué)情境

大學(xué)一年級新生沒有什么生產(chǎn)知識，CDIO圖學(xué)課程體系旨在培養(yǎng)工程素質(zhì)，應(yīng)將項(xiàng)目的全過程置于真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境中。為此，我院注重教學(xué)工廠型實(shí)習(xí)基地的建設(shè)，依托真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境實(shí)現(xiàn)教學(xué)與實(shí)習(xí)、理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。校園內(nèi)建有實(shí)習(xí)工廠、引進(jìn)符合專業(yè)發(fā)展方向的企業(yè)、各種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，校外有燕大科技園和一些高科技企業(yè)，讓學(xué)生在真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境下“真槍真刀”地學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)。這些教學(xué)工廠既是實(shí)驗(yàn)室又是生產(chǎn)車間，真正做到“車間和實(shí)驗(yàn)室合一”。CDIO教育體系旨在培養(yǎng)工程素質(zhì)，應(yīng)將項(xiàng)目的全過程置于真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境中。

3.6 加強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，實(shí)施交叉授課，全面提升圖學(xué)教師的綜合素質(zhì)

CDIO模式的實(shí)施要求圖學(xué)教師具備豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能長期地與企業(yè)開展合作。因此，我院做出相關(guān)培育師資力量的規(guī)定，比如，讓青年教師到企業(yè)掛職鍛煉，并與職稱評定、考核晉升等管理制度掛鉤，為教師提供很好的發(fā)展機(jī)遇和機(jī)制。例如，派教師到企業(yè)實(shí)踐，參加圖學(xué)教育、機(jī)械類教育會議等多渠道來提高自身的教學(xué)能力、工程實(shí)踐能力等綜合能力，進(jìn)一步促進(jìn)CDIO模式的有效實(shí)施。組建復(fù)合型制圖教學(xué)團(tuán)隊(duì)，吸收專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)教師加入，是制圖更貼近專業(yè)發(fā)展。同時(shí)，制圖教師也擔(dān)當(dāng)相關(guān)的課程設(shè)計(jì)、機(jī)械創(chuàng)新大賽、專業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等實(shí)踐教學(xué)工作，使圖學(xué)課程的教學(xué)空間得到拓展和延伸，形成了臺階式的教學(xué)模式。建立復(fù)合型制圖教學(xué)團(tuán)隊(duì)，以制圖類課程為主線，搭建了基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)了制圖課程和專業(yè)課程的縱向貫通，促進(jìn)學(xué)科基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識的互相滲透和有機(jī)結(jié)合，有利于合理使用教師資源。

3.7 增加討論課，注重增強(qiáng)學(xué)生合作意識、團(tuán)隊(duì)精神以及分析和解決問題等現(xiàn)代職業(yè)素質(zhì)

為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生對圖學(xué)的理解，我們還在課程體系中，增加了課堂討論，學(xué)生們分組合作，每組選代表PPT演示講解，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也訓(xùn)練了學(xué)生的表達(dá)和創(chuàng)新能力。完善教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，將創(chuàng)新意識切實(shí)引入教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)之中。在組合體、零件測繪等環(huán)節(jié)中引入創(chuàng)新設(shè)計(jì)和討論，安排學(xué)生以小組為單位，由4~6個(gè)學(xué)生組成，共同完成不同規(guī)格、類型的減零件或裝配體進(jìn)行測繪，最終繪制裝配圖。最后每人提交一份設(shè)計(jì)說明和測繪圖樣，進(jìn)行項(xiàng)目總結(jié)交流，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)分享，并拓展學(xué)生的知識，培養(yǎng)了學(xué)生的語言表達(dá)等溝通協(xié)調(diào)能力，從而讓學(xué)生學(xué)會分工、計(jì)劃、協(xié)調(diào)、溝通，提高學(xué)生的組織能力、團(tuán)隊(duì)合作，最終的成績是以小組的設(shè)計(jì)作品為評分依據(jù)，同組組員得分相同。通過類似這些活動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，并增強(qiáng)了合作意識，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神。

3.8 CDIO特色的考核方法改革，充分體現(xiàn)企業(yè)需求的職業(yè)技能和學(xué)以致用

CDIO工程教育模式全面描述了現(xiàn)代工程師所需的知識、能力及態(tài)度等完整內(nèi)容，提倡學(xué)生以主動(dòng)的、切合實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程課程；注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)工程技術(shù)能力，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。因此，我們進(jìn)行的考核方法改革中加強(qiáng)了對知識應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力的考核。課程考核分為兩部分內(nèi)容：一是注重能力測試的平時(shí)成績，圍繞本課程的4個(gè)主要知識環(huán)節(jié)（組合體、表達(dá)方法、零件圖、裝配圖）等，設(shè)置了課堂討論、零件測繪、圖樣最佳表達(dá)方案、計(jì)算機(jī)繪圖和裝配體表達(dá)等測試內(nèi)容，占總成績的40%；二是注重知識測試的卷面考核，占總成績的60%。

為保證CDIO課程體系的運(yùn)行，我院各專業(yè)每年3~4月召開企業(yè)專家研討會，傾聽企業(yè)專家對專業(yè)課程體系建設(shè)的意見，梳理教學(xué)工作任務(wù)；5月舉辦專業(yè)教學(xué)計(jì)劃修訂研討會；6月舉辦由企業(yè)與學(xué)院共同參與的教學(xué)方案審定會議，進(jìn)而形成項(xiàng)目制的教學(xué)方案，推進(jìn)了CDIO工程教育模式在我院的施行，切實(shí)加強(qiáng)學(xué)生的綜合職業(yè)能力培養(yǎng)?？傊?，基于CDIO工程圖學(xué)教學(xué)改革，強(qiáng)化了學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，尤其是在現(xiàn)代企業(yè)所需的工程技能的培養(yǎng)方面起到了很大的作用，有利于培養(yǎng)高素質(zhì)、具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ膭?chuàng)新人才。

4 CDIO圖學(xué)教學(xué)改革效果

基于CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)改革，強(qiáng)化了學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，尤其是對現(xiàn)代企業(yè)所需工程技能的培養(yǎng)方面起到很好的作用。對于培養(yǎng)高素質(zhì)、具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ膭?chuàng)新人才切實(shí)可行。我們經(jīng)過不斷的教學(xué)改革和實(shí)踐，完成了3項(xiàng)基于CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目，并獲得省級優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)。指導(dǎo)的學(xué)生在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和全國大學(xué)生先進(jìn)制圖技術(shù)與技能大賽等比賽中多次獲獎(jiǎng)。工程圖學(xué)課程也被評為河北省精品課程。我院機(jī)械相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生也受到企業(yè)的歡迎，每年都有企業(yè)提前1年甚至2年到我們學(xué)校預(yù)定畢業(yè)生，有力證明了我院基于CDIO的教學(xué)改革是成功和卓有成效的。

目前我國正在組織實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，大學(xué)教育將更加重視與行業(yè)企業(yè)的合作，更加重視學(xué)生社會責(zé)任感、綜合素質(zhì)和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，在當(dāng)代大學(xué)教育中應(yīng)該更多地借鑒CDIO的教育理念，將教育的目標(biāo)定位在高質(zhì)量人才的培養(yǎng)上。

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