基于CDIO的机械设计类课程质量评价体系及方法研究

2012-02-01薛小强

中国现代教育装备 2012年15期

冯勇张杰薛小强

南京工程学院机械工程学院江苏南京 210067

机械设计类基础课程是培养工科学生机械设计能力的基础，由于受传统教学方法的影响及考核形式的限制，这类课程的教学效果一直不尽如人意。其主要原因是课程的内容、教授方法、过程未得到有效的基于工程的实践质量监督及反馈，导致影响教学效果的负面因素恶性循环。

1 国内外工程教育现状及分析

1.1 国内外现状

较多欧美高校的工程教育比较关注学生对基础理论的掌握及其与实践相结合的能力培养，这对我国工程类教育具有很好的借鉴作用。即便如此，近些年通过对欧美多家企业的调查结果表明，工程类课程的教学效果仍不尽如人意：调查的39 000多家公司中有31%的企业表示无法完成所需工程人才的招聘计划，有49%的企业认为未来5年高技能人才大量短缺，而70%的德国企业则表示将面临工程类专业人才缺乏问题(数据来源美国万宝盛华公司)。

图1为国内外获得工程学士学位数量对比情况。从中可见，在中国获得工程学士学位的人数远高于欧美国家及其他亚洲国家。但这并不意味着我国已解决欧美缺乏工程技术人员的困境，相反，我国机械或其他工程行业的发展现状更令人担忧：行业不仅缺少领军人物，更缺少大量的具有创新实践能力的工程技术人才。

图1 国内外获得工程学士学位人数

1.2 存在的问题

根据国内外工程类课程教学质量现状分析，影响工程技术人才素质培养的主要问题如下：

(1)工程教育培养目标不够清晰，学生素质结构难以适合企业需要。企业十分注重的创新能力、敬业精神、团队合作、沟通能力、学习能力等未能通过高校教育得到有效培养和形成。

(2)高校与企业间的联系不够紧密，学生工程实践能力不足。现有工程教育不能给学生提供充分的工程训练，工科学生实践和设计能力有待进一步提高。

(3)高校师资队伍整体水平不高，教材内容不适合工程教育需要，缺少有丰富企业工作经验的教师，尚未建立企业人员来高校任教的制度，教师整体水平与国际化教育存在较大差距。

(4)管理体制与机制落后，教师忙于“事务”(项目申报、非专业学术性活动等)，导致教师的教学精力投入不足，直接影响工程教育质量。

1.3 解决途径及方法

美国波音公司认为能够满足企业需求的工程技术人员应具备的能力为：较好掌握工程学科基础知识、较好了解设计和制造流程、具有复合学科和系统的观点、良好的沟通能力、较高的道德水准、创新的思维能力，既能独立思考，又能博采众家之长，具有终身学习的愿望以及深刻了解团队工作的重要性。因此，进行基于CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)理念(构思、设计、实现、运作)的工程类课程改革与建设是解决上述不足的有效方法，而借鉴全面质量管理(Total Quality Management，TQM)的思路构建课程质量标准与决策体系，指导课程组织形式及课程内容的不断优化调整则是该方法得以有效实施的保障，具体模式如图2所示。

图2 基于CDIO的课程改革与建设模式

2 借鉴全面质量管理的课程质量标准评价体系与评价方法

2.1 借鉴全面质量管理的课程教学效果影响因素分析

全面质量管理TQM由美国质量管理专家菲根堡姆于1961年提出。其核心思想认为企业经营应是一种全员、全过程、全企业的品质经营。它以质量为中心，以全员参与为基础，目的在于通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到永续经营的管理途径。培育优化具有竞争力的成本是全面质量管理的关键概念，只有从影响具有竞争力的成本因素研究入手，才能够提供高素质且不断改进的产品及服务。

从机械设计类课程的教学特点分析：教学内容及教师素养等是影响课程质量具有竞争力成本的主要因素。因此，若要建立基于CDIO的课程质量标准评价体系必须首先从以下几个主要方面入手。

2.1.1 理论教学内容

国内高校的机械设计类基础课程主要是：机械设计及机械原理课程。由于两门课程内容存在较大的重叠性且课程往往安排在不同的学期，导致整个教学时间及资源的浪费，教学效果下降。为此，必须从认知规律出发进行教学内容的合理调整，达到基本机械设计知识的完备，并突出创新设计和现代机械系统总体方案设计的训练。

2.1.2 项目教学内容

项目式教学应贯穿整个课程教学过程，项目实施过程是以学生为主体、教师为主导的项目研究与实践的过程。其中，三级项目(随课进行)应以促进专业核心课程知识的学习为目的。二级项目(专业课程设计等)应以培养学生应用专业核心知识模块能力为目的。二级项目同时应支持学科性知识和工程实践能力专业教育和素质教育，努力营造职场环境，培养学生综合运用专业知识设计符合企业需求产品和系统的能力。

2.1.3 教师素养

图3 教师精力与教学效果的关系

教师是理论教学内容、项目教学内容得以有效教授的实施者。教师的教学方法、讲解方式的选择直接影响到理论教学内容、项目教学内容的传授效果。但是目前国内高校大多数教师存在不了解职场要求，不了解课程在全局中的作用、地位，尤其是教师的教学精力投入不足等问题，直接影响工程教育质量。因此，教师应与企业保持紧密联系，并以企业实际项目为二级项目课题培养学生获取知识的能力、运用知识的能力、共享知识的能力及发现知识的能力。图3为教师教学精力、科研精力对教学效果的影响关系。

2.2 基于层次分析法的课程质量标准体系及评价方法

层次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)是由美国运筹学家萨迪(T.L.Saaty)于20世纪70年代初所提出。该方法把复杂问题分解成各个组成因素，又将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构。通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性。然后综合有关人员的判断，确定备选方案相对重要性的总排序。整个过程体现了人类分解—判断—综合的问题求解思维特征。

根据机械设计类课程的教学特点，应用AHP法从理论教学内容、实践教学内容、教师及学生等方面构建一个符合CDIO理念的机械设计类课程质量标准与决策体系框架。该框架是由体系层和决策层所组成的闭环体系，具体结构形式如图4所示。该框架的体系层由3部分构成：一是考核标准，即人才培养目标所确定的实践教学、理论教学部分的考核形式及标准，它是教学质量保障的主要监控点。二是过程标准，即教学大纲的制定和实施、课堂教学、实践教学等各个环节、教学体系和内容改革、教学方式与手段的选择等。三是教学条件标准，它包括教学管理队伍的配备、师资的配备、实践场所及实验设备的配备等。决策层则由5部分构成，这5部分是对构成体系层3部分的评判标准，其结果由学生在实践的基础上，根据个人及团队的主观判断而得到。该课程质量评价体系与评价方法既可以定量研究影响教学质量的因素又可定性研究以完善的手段来建立健全课程质量监控体系。