重构CDIO特色的工程图学课程体系

郭长虹，赵炳利，郭 锐，王 巍

（燕山大学机械工程学院，河北 秦皇岛 066004）

1 CDIO教育模式的引入与特色

积极推进工程教育改革，探索创新人才培养模式，已成为全球工程教育的发展趋势。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的卓著成果。2000年，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学，经过4年探索研究，提出CDIO工程教育模式，并成立CDIO国际合作组织。CDIO中，C（Conceive）代表构思，针对工程实践，让学生掌握专业知识的基本原理，确定未来发展方向；D（Design）代表设计，以产品设计与规划为核心，拟解决某一具体问题；I（Implement）代表执行，以制造为核心，组织一体化的课程实践，其中包括学生必须掌握的理论知识与实践能力；O（Operate）代表运作，即产品应用的各个环节。它以产品的研发到运行的生命周期为载体，通过系统的产品设计让学生以主动的、实践的、课程间有机联系的方式学习[1]。CDIO教育模式以产业需求为导向，教学内容与产业发展同步，理论实践相结合，以培养适应产业发展的合格工程人才为目标。CDIO标准直接参照工业界需求，要求教师具有较好的工程实践能力，并不断更新工程知识，不断听取产业界反馈信息，不断完善教育教学。CDIO模式是融于产业发展并与之同步的工程教育模式。目前一些公司专门为CDIO毕业生制定了高于其他毕业生15%的工资标准，表明产业界对CDIO教育模式的肯定[3]。

2008年5月在汕头大学召开了“中国CDIO工程教育模式研讨会”，出席研讨会的代表一致认为：中国的工程教育，需要学习国际先进经验，加大改革力度，以适应创新型国家建设的需要[2]。由此，我国工程教育改革应用CDIO模式掀起新高潮。目前，国内已有57 所高校在机械类、电气类等专业开展了CDIO改革试点实践[3]。燕山大学机械学院于2009年开始了CDIO工程教育模式的改革，并已取得较好成效。2011 年北京召开了CDIO区域性国际会议，成立了“中国CDIO 工程教育模式研究与实践”课题组，负责组织开展CDIO工程教育模式试点工作。

2 国内图学教学现状与企业期待的工程图学教育的巨大落差

工程图学服务于建筑业、制造业等，必须随着时代的进步不断更新，把新技术引入课程，使课程蓬勃发展。目前工程图学的教学中存在3个主要问题：

1）该课程的实训严重不足；

2）学生们缺少工程实践经验；

3）很少关注时代的发展和进步，教学内容陈旧，与工程实践的结合差；教学资源、实验室建设也相对滞后[4]。据麦肯锡咨询公司的一份研究报告统计，中国工科毕业生只有不到10%的人适应跨国公司工作。国内不少企业也责怪这些“毕业生花拳绣腿，设计的东西不切实际，处理问题理想化，如表达不完善、结构不合理、装拆不方便等”。造成这些弊端的原因是当前的工程教育培养目标与企业要求不吻合。而CDIO的工程教育模式符合当前工程业需求。为此，燕山大学机械工程学院参照外资企业和国家大中型企业对人才的界定，借鉴国内外先进教育理念，不断实践，最终形成了具有CDIO特色的工程图学课程体系。

本文介绍如何重构CDIO特色工程图学教学体系，体现课程的工程性和实践性[5]，为当今工程图学的教学改革、师资水平的提高、创新人才的培养等提供参考。

3 重构CDIO特色的工程图学课程体系，反应企业需求和现代科技进步

3.1 重构基于CDIO的课程体系，结合企业需求制定教学培养目标

工程图学须随着时代进步不断推陈出新，把新技术引入课程，使课程蓬勃发展。制图课程教授的核心“工程图纸”蕴涵着所有关于产品加工需要的信息，培养读图、绘图（包括计算机绘图）和设计构型能力。目前，机械行业要求学生具有较强的工程制图能力、图形表达能力和计算机绘图和设计能力。美国、日本等发达国家，图学课程的培养目标完全参照企业需求来制定，因此，我们也应积极借鉴发达国家的成功案例，优化和整合教学内容，重构与企业需求一致的基于CDIO理念和工程实际的课程体系和培养目标。

3.2 优化与整合教学环境和资源，全面搭建CDIO特色的立体动态教学平台

学生现用教材是2011年编写的，补充了CDIO特色的工程知识；与该教材配套的多媒体CAI课件，补充和更新了模拟动画和计算机绘图、机械加工、金工实习、金属冷、热成型、焊接等录像资料。工程图学网络在线系统增加了名师讲课视频、计算机绘图培训教程等视频资源和计算机辅助答疑系统。计算机辅助答疑系统包括各种题型分析、解题指导、例题、动画和参考答案、习题解答等，并配备三维立体模型。我们建设的虚拟实验室，包含画法几何及机械制图多媒体课件库、多媒体动画库、画法几何及机械制图重点难点视频教学库、机械加工知识讲解以及真实生产加工录像库、计算机绘图教程库、基于真实场景零件测绘讲解及操作视频库、焊接知识讲解视频库、装配仿真视频库、典型零部件加工视频库、机械加工工艺工程讲解视频库、国外高科技生产加工视频库等等，学校网上全天开放，摆脱了传统实验室时间和空间等的限制。同时，学校有2个实物模型室，定期补充典型组合体、零部件和各种装配体模型等，供学生测绘、表达等使用，且保证了制图三级项目的顺利实施。以上教学资源的不断更新建设，最终形成多层次、立体化、网络化教学平台，构建了优质的数字化教学资源，改变了图学教学环境，有助于创新能力和工程能力的培养，进一步提高了教学效果，并使学生和老师始终保持“不断线”的学习状态，有助于学生课堂之外的解答疑惑，是对课堂教学极有力的补充，激发了学生学习兴趣，培养夯实了学生工程实践能力。

3.3 结合企业培养需求，设计课外作业和实训，引导学生积极思考，培养学习兴趣、探索精神和创新意识

工程图学应培养学生工程意识、工程知识和工程能力，结合工程实例，利用一定数量的精心挑选的课外作业和实训，对学生进行综合训练具有重要意义，是体现“做中学”的重要方面。在课外作业中强调国家标准的严格贯彻，培养学生严谨、细致、踏实的工作作风。安排大一学生课后多次到实习工厂参观学习；增加学生课后测绘和图样最佳表达方案、测绘零件和装配体等环节。最后，每人上交一份组合体综合表达图样、徒手绘制的零件图、计算机绘制的装配图和装配图拆图图样，一共4张图样作为课外作业，并记载成绩，占考核成绩的10%。这些课外作业和实训有力地保证了学生的表达能力、构型能力和测绘能力、计算机绘图能力以及测绘能力等企业必需工程能力的塑造和强化。

3.4 结合典型企业项目，引入三级项目，保证项目制教学的运行，体现CDIO特色

在装配图的教学环节中，进行筛选归类、解剖和综合分析及合理简化，分解出有个性的又简单易懂的装置，制作出示意模型，作为三级项目，利用2周测绘周时间，学生们分组测绘、分析和研讨装配体的表达方法，总结成果并绘制装配图，书写条理清晰的方案分析等设计说明文档，使学生达到理解、消化、吸收的目的，理解研发过程，从而使学生对工程图学课程的重要性和工程意识有了全新的认识，该三级项目计为1学分，将图学课程与企业项目和后续专业课程体系得以有机结合。

3.5 创建工程图学实讯基地，营造真实的教学情境

大学一年级新生没有什么生产知识，CDIO图学课程体系旨在培养工程素质，应将项目的全过程置于真实的生产环境中。为此，我院注重教学工厂型实习基地的建设，依托真实的生产环境实现教学与实习、理论与实践的有机结合。校园内建有实习工厂、引进符合专业发展方向的企业、各种国家重点实验室，校外有燕大科技园和一些高科技企业，让学生在真实的生产环境下“真枪真刀”地学习和实训。这些教学工厂既是实验室又是生产车间，真正做到“车间和实验室合一”。CDIO教育体系旨在培养工程素质，应将项目的全过程置于真实的生产环境中。

3.6 加强教学团队建设，实施交叉授课，全面提升图学教师的综合素质

CDIO模式的实施要求图学教师具备丰富的工程实践经验，能长期地与企业开展合作。因此，我院做出相关培育师资力量的规定，比如，让青年教师到企业挂职锻炼，并与职称评定、考核晋升等管理制度挂钩，为教师提供很好的发展机遇和机制。例如，派教师到企业实践，参加图学教育、机械类教育会议等多渠道来提高自身的教学能力、工程实践能力等综合能力，进一步促进CDIO模式的有效实施。组建复合型制图教学团队，吸收专业基础课、专业教师加入，是制图更贴近专业发展。同时，制图教师也担当相关的课程设计、机械创新大赛、专业实习和毕业设计指导等实践教学工作，使图学课程的教学空间得到拓展和延伸，形成了台阶式的教学模式。建立复合型制图教学团队，以制图类课程为主线，搭建了基础课与专业课之间的桥梁，实现了制图课程和专业课程的纵向贯通，促进学科基础知识与专业知识的互相渗透和有机结合，有利于合理使用教师资源。

3.7 增加讨论课，注重增强学生合作意识、团队精神以及分析和解决问题等现代职业素质

为了提高学生学习兴趣，培养学生的独立思考能力和创新能力，提高学生对图学的理解，我们还在课程体系中，增加了课堂讨论，学生们分组合作，每组选代表PPT演示讲解，提高了学生的学习积极性，也训练了学生的表达和创新能力。完善教学实践环节，将创新意识切实引入教学各个环节之中。在组合体、零件测绘等环节中引入创新设计和讨论，安排学生以小组为单位，由4~6个学生组成，共同完成不同规格、类型的减零件或装配体进行测绘，最终绘制装配图。最后每人提交一份设计说明和测绘图样，进行项目总结交流，实现经验分享，并拓展学生的知识，培养了学生的语言表达等沟通协调能力，从而让学生学会分工、计划、协调、沟通，提高学生的组织能力、团队合作，最终的成绩是以小组的设计作品为评分依据，同组组员得分相同。通过类似这些活动，调动学生的主观能动性，并增强了合作意识，培养了团队精神。

3.8 CDIO特色的考核方法改革，充分体现企业需求的职业技能和学以致用

CDIO工程教育模式全面描述了现代工程师所需的知识、能力及态度等完整内容，提倡学生以主动的、切合实践的、课程之间有机联系的方式学习工程课程；注重培养学生系统工程技术能力，强调学生的工程实践能力。因此，我们进行的考核方法改革中加强了对知识应用能力和工程实践能力的考核。课程考核分为两部分内容：一是注重能力测试的平时成绩，围绕本课程的4个主要知识环节（组合体、表达方法、零件图、装配图）等，设置了课堂讨论、零件测绘、图样最佳表达方案、计算机绘图和装配体表达等测试内容，占总成绩的40%；二是注重知识测试的卷面考核，占总成绩的60%。

为保证CDIO课程体系的运行，我院各专业每年3~4月召开企业专家研讨会，倾听企业专家对专业课程体系建设的意见，梳理教学工作任务；5月举办专业教学计划修订研讨会；6月举办由企业与学院共同参与的教学方案审定会议，进而形成项目制的教学方案，推进了CDIO工程教育模式在我院的施行，切实加强学生的综合职业能力培养。总之，基于CDIO工程图学教学改革，强化了学生综合素质的培养，尤其是在现代企业所需的工程技能的培养方面起到了很大的作用，有利于培养高素质、具有可持续发展潜力的创新人才。

4 CDIO图学教学改革效果

基于CDIO的工程图学教学改革，强化了学生综合素质的培养，尤其是对现代企业所需工程技能的培养方面起到很好的作用。对于培养高素质、具有可持续发展潜力的创新人才切实可行。我们经过不断的教学改革和实践，完成了3项基于CDIO的工程图学教学改革项目，并获得省级优秀教学成果奖。指导的学生在机械创新设计大赛和全国大学生先进制图技术与技能大赛等比赛中多次获奖。工程图学课程也被评为河北省精品课程。我院机械相关专业毕业生也受到企业的欢迎，每年都有企业提前1年甚至2年到我们学校预定毕业生，有力证明了我院基于CDIO的教学改革是成功和卓有成效的。

目前我国正在组织实施“卓越工程师教育培养计划”，大学教育将更加重视与行业企业的合作，更加重视学生社会责任感、综合素质和工程实践能力的培养。因此，在当代大学教育中应该更多地借鉴CDIO的教育理念，将教育的目标定位在高质量人才的培养上。

[1]顾佩华, 沈民奋, 陆小华译.重新认识工程教育—国际CDIO培养模式与方法[M].北京: 高等教育出版社, 2009.

[2]焦永和, 张 彤.我国高校图学教育的现状与发展[J].工程图学学报, 2004, 25(4): 126-130.

[3]章毓文.工程教育要与国际接轨[C]//机械类课程报告论坛交流文集.武汉: 华中科技大学出版社,2006: 56-57.

[4]谭建荣.论工程图学在建设创新型国家中的作用[C]//机械类课程报告论坛交流文集.武汉: 华中科技大学出版社, 2006: 4.

[5]童秉枢.十年来工程图学教育界的若干思考与探索[C]//机械类课程报告论坛交流文集.武汉: 华中科技大学出版社, 2006: 11.

[6]左远志, 蒋润花, 杨小平.以创新设计为导向的CDIO工程教育培养模式[J].东莞理工学院学报,2010(3): 118-122.

[7]王伟冰, 张东梅, 李玉菊.基于CDIO 理念的新机械制图教学模式研究[J].长春理工大学学报(社会科学版), 2010, 23(1): 171- 172.