基于CDIO的卓越工程師試點班金工實習(xí)課程改革的探索

景微娜 董艇艦

【摘要】本文論述了CDIO的教學(xué)理念與“卓越工程師”培養(yǎng)目標(biāo)的高度融合性，并以 “三層次兩結(jié)合”金工實習(xí)實踐教學(xué)改革實施方案為實例，說明基于CDIO的“卓越工程師”培養(yǎng)取得了良好效果。實踐證明，以“三層次兩結(jié)合”實踐教學(xué)方法為載體，讓學(xué)生以主動地、實踐的、課內(nèi)外緊密結(jié)合的方式學(xué)習(xí)工程，是民航類“卓越工程師”培養(yǎng)的有效途徑。

【關(guān)鍵詞】CDIO 教學(xué)改革 卓越工程師 金工實習(xí)

【基金項目】中國民航大學(xué)教學(xué)改革項目（CAUC-ETRN-2014-19）

Exploration on reformation of

“Excellent Engineers” metalworking practice course based on the CDIO

Jing Weina Dong Tingjian

（China Civil Aviation University Engineer Training Center， Tianjin， 300300）

【Abstract】High degree of integration of the CDIO education concept and “Excellent Engineer” training objectives is described in this article. Training of excellent engineers based on CDIO has achieved good results by example of “three levels and two combinations” mode， which is the new program of metalworking teaching reform. It is a new path of excellent civil aviation engineers training that put “three levels and two combinations” mode as a carrier， and allow students study as the way of the initiative， practical， combing of inside and outside class.

【Keywords】CDIO； teaching reform； Excellent Engineers； metalworking practice

【中圖分類號】UDC 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）14-0029-03

一、“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”與CDIO工程教育模式

工程技術(shù)人才的培養(yǎng)直接決定工程技術(shù)的水平和發(fā)展的速度，決定國家的工業(yè)競爭力[1]。目前，我國的工程教育規(guī)模已居世界第一[2]。但是，我國的工程教育在高等教育大眾化以及社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、轉(zhuǎn)型的背景下，仍顯滯后[3]。鑒于此，教育部于2010 年在部分高校正式啟動“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點，加緊培養(yǎng)一批實踐性和創(chuàng)新性強(qiáng)的各類型工程技術(shù)人才，以適應(yīng)社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。

CDIO作為當(dāng)今國際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式[4]，自2008年在部分高校啟動試點教學(xué)以來，得到了廣泛推廣，其在中國應(yīng)用的經(jīng)驗很大程度上影響了“卓越計劃”的頂層設(shè)計，其方法是“卓越計劃”從頂層設(shè)計到實施過程的重要基礎(chǔ)[5]。“卓越計劃”培養(yǎng)方案的編制要求與CDIO一體化教育的要求基本符合，即在明確培養(yǎng)目標(biāo)（國家通用標(biāo)準(zhǔn)-行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)）的基礎(chǔ)上，所有培養(yǎng)環(huán)節(jié)圍繞培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)進(jìn)行一體化的設(shè)計、實施與評估。CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)是實施CDIO改革的指引，這些標(biāo)準(zhǔn)在某種程度上也同樣成為了實現(xiàn)“卓越工程師計劃”目標(biāo)的指引?！白吭接媱潯钡奈屙椫攸c任務(wù)與CDIO的關(guān)系，可見于表1。目前我?！白吭焦こ處熍囵B(yǎng)計劃”已經(jīng)在專業(yè)體系構(gòu)建、課程設(shè)置上進(jìn)行了全新的設(shè)計和規(guī)劃，但在實踐層面及具體教學(xué)環(huán)節(jié)上，還需要任課教師有進(jìn)一步的謀劃。

二、CDIO教育模式對卓越班金工實習(xí)課程改革的啟示

中國民航大學(xué)作為一所具有鮮明行業(yè)特色的高等院校，如何培養(yǎng)出適應(yīng)民航發(fā)展的高素質(zhì)綜合人才是我校一直以來在教育教學(xué)中努力的方向，我校于2009年和2012年分別啟動了“CDIO人才培養(yǎng)模式”和“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的建設(shè)工作。

隨著中國大飛機(jī)的研制開發(fā)成功，大飛機(jī)將全面帶動中國航空工業(yè)的發(fā)展，急需大批高素質(zhì)的民航人才，而金工實習(xí)這門課程不僅是一門必修的工藝性技術(shù)基礎(chǔ)課，而且是對工科大學(xué)生進(jìn)行綜合工程素質(zhì)教育和現(xiàn)代制造技術(shù)教育的重要陣地，是進(jìn)行第一次工程實踐訓(xùn)練和制造工藝教育的重要場所，在培養(yǎng)民航類專業(yè)學(xué)生素質(zhì)和能力方面發(fā)揮著其他課程難以取代的重要作用。因此，結(jié)合行業(yè)特色，根據(jù)“卓越計劃”對人才培養(yǎng)的要求，我們在金工實習(xí)課程教學(xué)當(dāng)中嘗試借鑒CDIO工程教育培養(yǎng)模式，通過創(chuàng)新實踐教學(xué)模式，使學(xué)生在實踐課程的學(xué)習(xí)過程中逐漸由原來的“要我做”的觀念，轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙觥钡闹鲃訉W(xué)習(xí)的觀念，實現(xiàn)以“三層次兩結(jié)合”實踐教學(xué)模式為手段，以提高工程實踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)的金工實習(xí)教學(xué)改革，具體內(nèi)容為：

1、理論教學(xué)與工程實踐緊密結(jié)合。以往理論課單獨(dú)講解有廣度而無深度，學(xué)生學(xué)起來感到頭緒多、概念多、內(nèi)容枯燥，教學(xué)效果不理想。改革后的理論課與工程實踐結(jié)合更加緊密，引入實際工程案例，向?qū)W生展示機(jī)械制造的全過程，使學(xué)生對課程整體有一個全面的認(rèn)識，同時結(jié)合具體案例學(xué)習(xí)新知識，使學(xué)生對知識的理解更加透徹。部分課堂授課效果不理想的理論內(nèi)容，通過有目的性的設(shè)置實踐內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中自己發(fā)現(xiàn)問題，探討問題，然后教師講解相關(guān)理論知識，從而解決問題，達(dá)到更好的教學(xué)效果。

2、構(gòu)建“三層次兩結(jié)合”實踐教學(xué)模式。以鉗工實習(xí)為例，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式，大多采用師傅教徒弟的方法，指導(dǎo)老師依靠表演的方式讓學(xué)生觀摩，學(xué)生動手機(jī)會減少，只能按照圖紙加工一個簡單的小零件，比如手錘，學(xué)生完全處于一種被動學(xué)習(xí)狀態(tài)。在此，我們以鉗工實習(xí)為改革突破口，構(gòu)建更加合理的實踐教學(xué)模式。具體做法是：按照內(nèi)容由簡單到復(fù)雜，能力由弱到強(qiáng)的思路，將學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)劃分為三個層次，同時，將課內(nèi)外培養(yǎng)相結(jié)合、工程素質(zhì)和個人綜合素質(zhì)培養(yǎng)相結(jié)合，從而形成“三層次兩結(jié)合”的實踐教學(xué)模式，如圖1所示。

三層次為：

（1）基本技能層：在教師講解和演示的同時，學(xué)生邊聽邊模仿，掌握單項技能，達(dá)到夯實學(xué)生的基本操作技能和實際動手能力的目的。

（2）綜合應(yīng)用能力層：以學(xué)生實際操作為主，教師指導(dǎo)為輔。這一層次，學(xué)生要能夠?qū)⒒静僮骷寄芫C合應(yīng)用起來，能夠做到按照圖紙制定加工工序，并加工零件。教師有目的性的設(shè)置實踐項目，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

（3）設(shè)計創(chuàng)新能力層：教師給定設(shè)計條件和目標(biāo)，以學(xué)生為主體，自行結(jié)成小組，設(shè)計零件，畫出圖紙，制定工藝文件，討論可行性，加工出成品，并進(jìn)行展示。同時鼓勵學(xué)生借助中心的CDIO工作坊進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計制作，或參加各類創(chuàng)新科技活動和工程大賽等。

兩結(jié)合為：

（1）課內(nèi)課外相結(jié)合：充分發(fā)揮好課外實踐活動的作用，加強(qiáng)課內(nèi)外實踐的結(jié)合，創(chuàng)造條件使學(xué)生參加課外科技活動、社團(tuán)活動和社會實踐活動，發(fā)揮學(xué)生實踐的主動性，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性、綜合性、創(chuàng)新性等工程意識和團(tuán)隊精神以及組織協(xié)調(diào)能力。

（2）工程素質(zhì)和個人綜合素質(zhì)相結(jié)合：學(xué)生不僅要有扎實的專業(yè)知識和工程實踐能力，而且要具備一定的工程倫理意識和個人綜合素質(zhì)。在實習(xí)過程中引導(dǎo)學(xué)生樹立質(zhì)量、環(huán)境、創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生求真、求實的工作作風(fēng)，通過分組設(shè)計鍛煉學(xué)生的溝通協(xié)調(diào)能力和組織管理能力。

3、改革課程考核方式。金工實習(xí)是一門以實踐為主的課程，但實踐離不開理論的指導(dǎo)，因此理論和實踐的考核都必不可少，但以實踐考核為主。實踐部分的考核采取更為靈活的方式，以考察學(xué)生的個人動手能力、團(tuán)隊協(xié)作能力和設(shè)計創(chuàng)新能力?？己藘?nèi)容包括作品展示、作品陳述和能力體現(xiàn)三部分。我們研究并制定了多樣化課程考核方式，這有利于突出課程的教學(xué)重點，有利于促進(jìn)學(xué)生實踐能力與理論素養(yǎng)的融會貫通和雙重提高，從而有利于培養(yǎng)兼具基礎(chǔ)理論和實踐能力的應(yīng)用型專業(yè)人才。

三、基于CDIO的卓越試點班金工實習(xí)課程改革的實踐

1、理論課部分，我們在第一節(jié)緒論當(dāng)中給學(xué)生介紹工業(yè)發(fā)展的歷程，講述金屬加工如何從手工生產(chǎn)逐步走向機(jī)器化生產(chǎn)、自動化生產(chǎn)、智能化生產(chǎn)，調(diào)動起學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制造基礎(chǔ)的興趣，感受到這門課與其他常規(guī)理論課有很大的區(qū)別，了解這門課是自己所學(xué)專業(yè)課與真正工程實踐相聯(lián)系的過渡和紐帶，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。在這一方面，我們還結(jié)合本校特色，更多的向?qū)W生介紹航空工業(yè)的發(fā)展歷程，結(jié)合專業(yè)特點，引入實際工程實例，更多的介紹飛行器制造工程的相關(guān)知識和實際問題，為將來的專業(yè)課學(xué)習(xí)鋪墊道路，使他們能夠把所學(xué)專業(yè)理論和工程實踐相結(jié)合。

部分課堂授課效果不理想的理論內(nèi)容，如有關(guān)金屬材料性能的理論知識，單獨(dú)講解，學(xué)生學(xué)起來感到概念多、內(nèi)容枯燥，教學(xué)效果不理想，可以有目的的設(shè)置實踐內(nèi)容，例如安排學(xué)生進(jìn)行鋸削練習(xí)，按照不同速率進(jìn)行鋸削，觀察鋸條磨損和破壞的情況，在這一實踐中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)，鋸削速率過快，鋸條容易折斷，此時，再由教師結(jié)合這一具體現(xiàn)象向?qū)W生講解有關(guān)金屬熱硬性的概念，與課堂單獨(dú)講解相比較，學(xué)生更易掌握。另外，利用Bb平臺的環(huán)境，將課上沒有提到的加工手段和方法以視頻方式放在課程的教學(xué)網(wǎng)站上，供學(xué)生隨時觀看學(xué)習(xí)，學(xué)生在教學(xué)網(wǎng)站上學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)的問題可通過E-mail形式反饋給教師，教師及時回復(fù)解決學(xué)生問題，從而形成課上課下，隨時互動隨時提問，更好的促進(jìn)理論知識的學(xué)習(xí)。

2、實習(xí)部分，采用“三層次兩結(jié)合”的實踐教學(xué)模式。

（1）合理課內(nèi)實踐教學(xué)內(nèi)容，充分利用課內(nèi)時間。

首先安排學(xué)生進(jìn)行第一層次訓(xùn)練，練習(xí)鉗工基本操作技能，夯實基本技能和動手能力；繼而進(jìn)行第二層次訓(xùn)練，由學(xué)生自由結(jié)組，4人一小組，按照給定圖紙先制定工藝文件，寫出具體加工工藝步驟，由教師指導(dǎo)其可行性，并由學(xué)生加工出零件。在這一過程中，教師也要有目的性的設(shè)置實踐內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，如某些零件結(jié)構(gòu)的加工工藝步驟，理論上毫無問題，實際操作卻行不通，此時由教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合理論知識和實際操作，自己將問題解決，這一過程鍛煉了學(xué)生綜合應(yīng)用能力，以及在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，并使用理論知識解決問題的能力。

第三層次為設(shè)計創(chuàng)新能力層，由教師給定毛坯材料、尺寸、設(shè)計目標(biāo)，由學(xué)生自由結(jié)組，自行設(shè)計零件，畫出圖紙，制定工藝文件，并加工出零件，最后做展示。在這一層次中，沒有給學(xué)生過多的限制條件，學(xué)生從源頭開始設(shè)計，創(chuàng)新空間非常大，積極性很高。在具體實施過程中，結(jié)成小組的學(xué)生，首先討論設(shè)計方案，畫出草圖，利用CAD、CAXA等各種畫圖軟件，完成圖紙終稿，并確定具體工藝過程，撰寫設(shè)計報告。設(shè)計工作完成后，各組進(jìn)行匯報答辯，闡述其設(shè)計創(chuàng)意、作品功能、具體實施過程、可行性及成本估算，由教師進(jìn)行指導(dǎo)，獲得通過的方案繼續(xù)實施，存在問題的方案再做修改。通過這樣一個“構(gòu)思-設(shè)計-實踐-運(yùn)行”的全過程，各組學(xué)生完成了自己的設(shè)計并加工出成品，圖2為各組學(xué)生設(shè)計作品的圖紙及部分成品。學(xué)生在這一過程中，將以往學(xué)過的基礎(chǔ)課內(nèi)容，包括工程材料、工程制圖、工程導(dǎo)論等理論知識與實踐充分結(jié)合起來，鍛煉了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、組織能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

圖2 學(xué)生設(shè)計作品圖紙及成品

（2）有效利用課外時間，鼓勵學(xué)生參與各類實踐活動。

課內(nèi)設(shè)計方案較多的小組，課下可利用中心的CDIO工作坊，進(jìn)行設(shè)計加工，工作坊自開放以來由學(xué)生自主管理和維護(hù)，輪流值班，其中鉗工工作坊工具設(shè)施齊全，能夠滿足學(xué)生課外創(chuàng)新實踐的需求。另外，鉗工實習(xí)車間也會在正常工作時間向?qū)W生全面開放。

在教改的實踐中，我們發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)在進(jìn)行設(shè)計零件的過程中對工程實踐產(chǎn)生了濃厚的興趣，極大地激發(fā)了學(xué)生求知的欲望，對于這樣的學(xué)生我們鼓勵其利用課外時間多多參與各類實踐活動和各類科技活動科技競賽，如學(xué)校組織的各類科技競賽、天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃以及全國工程訓(xùn)練大賽等，并盡量給學(xué)生提供各種便利條件幫助學(xué)生進(jìn)行課外科技創(chuàng)新，近年來，我校學(xué)生在各類比賽中均取得了良好的成績。

3、考核方法，對于實踐部分的考核，我們采取了更為靈活的全方位多層次的考核方式。將實踐總成績分為設(shè)計和實做兩部分，各占分?jǐn)?shù)的30%和70%。其中，實做成績以學(xué)生制作的作品為準(zhǔn)，教師按嚴(yán)格的評分標(biāo)準(zhǔn)評分；設(shè)計成績要由學(xué)生向全班做設(shè)計匯報，匯報形式為撰寫設(shè)計報告并以PPT形式講解，匯報內(nèi)容包括作品的設(shè)計創(chuàng)意、作品說明（功能、使用說明、廣告策劃） 、具體實施的工藝過程、作品圖紙（可手畫、可電腦畫圖）及成品

照片。設(shè)計成績由學(xué)生和教師一起評分，重點從作品展示、作品陳述和能力體現(xiàn)三個方面評估，如表2。這種新的考核方法，不僅檢驗了學(xué)生的動手操作能力，而且更加鍛煉了學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)新能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、與人交往能力、學(xué)習(xí)能力及管理能力，更加符合“卓越計劃”對于人才培養(yǎng)的要求。

四、結(jié)論

民航大學(xué)卓越試點班的金工實習(xí)課程改革，融入了CDIO工程教育的核心理念，以“三層次兩結(jié)合”實踐教學(xué)模式為載體，探討讓學(xué)生以主動的、實踐的、課內(nèi)外緊密結(jié)合的方式進(jìn)行工程實踐，把工程實踐與個人綜合素質(zhì)培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來，把培養(yǎng)工程實踐能力和設(shè)計創(chuàng)新能力有機(jī)結(jié)合起來，取得了很好的效果，這是培養(yǎng)民航類“卓越工程師”的一條有效途徑。

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