基于工程流程的Q—CDMS课程体系建构方法

李忠学 吴国祥

[摘要]本文介绍了CDIO的综合工程教育理念，结合我校机械类专业的实际特点，建立了适合我校机械类人才培养的Q-CDMS课程体系。以机械设计及制造自动化专业为例，建立了横向上遵循生产业务流程、纵向上遵循教学业务流程的新课程体系，以此探索工程流程导向下大机械类专业的课程改革。

[关键词]工程教育 CDIO 机械类课程体系 人才培养模式

[中图分类号]G64 [文献标志码]A

一、 引言

我国高等工程教育的现状是“通识型”（知识结构由专业模块和非专业模块组成） 、“T型”（修学相近专业课程） 、“复合型”（辅修第二专业或修读双学位） 是最为常见的人才培养模式[1-4]，其课程体系设计多大沿用“通识基础教育+专业技术教育+拓展知识教育”，这样的课程体系体现了知识结构之间的层次化和简单叠加，缺少知识点之间内在的逻辑联系和知识结构的综合化及系统化，不利于培养高素质、创新型工程科技人才。

当前，教育部实施“质量工程”和“卓越工程师培养计划”，以及北京大学“元培计划”、浙江大学“国家综合工程教育人才培养模式创新实验区”等正在致力于我国高等工程教育人才培养模式的改革，其核心思想就是要探索“面向工程问题，回归工程实践”的综合工程教育体系 ，以便科学地解决综合工程教育中存在的诸多问题 [5，6]。基于此，本文以工程流程为导向，打破理工、人文社科的课程界限和框架，通过跨学科的综合性研究，将CDIO工程教育理念与知识技能教育相融合，使自然科学与人文科学、数理基础知识与工程基础知识相互交叉、相互渗透和相互融合，构建我校大机械类学科的课程体系，使学生理解工程是在分析基础上的综合、整合或集成，而不是将工程简单地等于技术，尤其要强调工程除了生产性的设计、制造（建造） 外，工程还包括管理、服务、流通、经营等内容。

二、 机械类课程的Q-CDMS体系构建

CDIO 代表构思（conceive） 、设计（design）、实施（implement） 和运行（operate） ，它是现代工业产品从构思、研发、运行、改良到废弃的生命周期全过程，包含了工程设计、工程实践、工程服务在内的完整价值链与过程链，全方位地体现了综合工程教育的系统思想、教育环境、培养模式和创新实践[7，8]。CDIO的工程教育理念切合了当前我国高等工程教育改革的需要，提供了科学解决综合工程教育中诸多问题的架构和途径。

我国工科类专业的学生在四年中，通常要修读几十门课程，但是学生并不清楚课程之间的相互作用与联系。对此，我们采用CDIO的工程教育理念梳理众多课程在工程设计、工程实践、工程服务等环节中的内在作用，将课程中的工程知识和非工程知识科学、合理的纳入工程范畴，按工程流程组织课程体系，构建我校大机械类课程的Q-CDMS体系，如图1所示。其中Q（Quality）代表学科知识与工程基础知识，旨在形成良好的学科知识和工程技能素质，掌握分析、解决工程问题的方法与工具；C（Conceive）代表工程与产品认知，旨在形成良好的工程职业素养，学会提炼工程问题；D（Design）代表工程与产品设计，旨在形成良好的团队协作能力，学会解决工程问题的流程；M（manufacture）代表工程实施与产品制造，旨在形成良好的企业与技术管理能力，学会实施工程问题的流程；S（Service）代表工程与产品服务，旨在形成良好的沟通能力，学会分析工程问题的循环经济理论与再制造工程。

图1：机械类人才培养的Q-CDMS综合工程教育方案设计

Fig.1 project design of integrated engineering education Q-CDMS for talent cultivation of mechanical engineering

大机械类课程的Q-CDMS体系设计将每门课程深度嵌入工程流程的各个环节，课程之间不再是简单的罗列，消除了课程之间内在关联性不强的弊端，同时，课程的深度嵌入，也符合CDIO工程教育中课程体系设计应满足的11条检验标准。特别需要强调的是在Q-CDMS课程体系设计中，我们对现有课程体系中关于工程实践方面的内容进行了彻底的改变，将随课实验、认识实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习和毕业设计等实践环节进行整合重组，其基本思路如下：

1）Q-CDMS课程体系取消所有的随课实验，以集中的4个阶段性的实践训练代替之，从工程流程的角度将与工程设计、工程实施、工程服务等环节相关的课程内容逐层推进，加强课程与实践之间的联系；

2）采用视频教学和企业参观相结合原则，加强产品认识实习的重要性，结合金工实习，深入理解产品整体及零部件设计、产品零部件制造与产品装配等生产过程；

3）取消课程设计、生产实习和毕业设计，以产品认识实习与金工实习为基础的产品BOM表设计模块为实践第一环节，提炼相关的核心知识点，以此设计专业核心课程；以产品设计训练模块替代现有的课程设计，以产品制造训练模块代替生产实习，强化核心知识点及课程内容；以产品再制造工程的综合训练模块代替毕业设计，加强综合运用各科知识的能力和解决工程问题的能力。

通过上述思路和大工程教育思想的指导，机械类课程的Q-CDMS体系可结合各专业自身的特点和学科特点，面向特定的工程对象和工程实践教学规律，依据图1描述的工程流程，设计对应的核心课程，把相互独立的理论教学和实践环节融合为一个整体，建立新型的课程体系，促进学生的工程创新和科技创新能力。

三、 机械设计及制造自动化专业的课程体系设计

基于机械类课程的Q-CDMS体系架构，我们针对机械设计与制造自动化专业，以工程流程为导向，设计了其详细的课程体系。新课程体系在横向上遵循“产品认知-产品BOM表设计-典型化产品零部件-产品材料设计-产品零部件造型设计与技术设计-产品制造-产品服务-产品再制造工程”的生产业务流程，在纵向上遵循“产品工程流程-知识点提炼-核心课程设计-辅助课程设计-工程实践-教学目标点”的教学业务流程，如表1所示。

表1：以工程流程为导向的机械设计及其制造自动化专业的课程体系设计

Table 1 design of curriculum system based on engineering flow process for the specialty of mechanical design and manufacturing automation

表1中，依据纵横方向交叉点处的知识点分解与实践需要，设置了21门核心课程和27门辅助课程，这些课程深度嵌入在由企业业务流程和高校教学业务流程相结合的矩阵式课程体系中，从更深的工程实践层次上将设置的核心课程和辅助课程集群化，形成了产品认识课程群、产品设计课程群、产品制造课程群、控制课程群和管理课程群，再加上与学科基础相关的科学课程群（数学、物理、计算机、工程学），即可构成完备的机械设计及制造自动化专业课程体系。

四、 结论

工程教育是关于工程职业的专业教育，现有的工程教育模式缺乏跨学科、跨部门的交叉合作，实践性与综合性不强，且课程体系、教学方式、考试评价方式等均需要在现代工程背景下重新审视。本文建立的机械类人才培养的Q-CDMS课程体系，对现有工程实践方面的内容进行了彻底的改变，将随课实验、认识实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习和毕业设计等实践环节进行整合重组，整合为产品认识、产品设计、产品制造和综合训练的四个阶段性、可操作性较强的实践环节。并结合机械设计及制造自动化专业的特点，建立了横向上遵循生产业务流程、纵向上遵循教学业务流程的新的矩阵式课程体系，设置了21门核心课程和27门辅助课程，从更深的工程实践层次上形成了产品认识课程群、产品设计课程群、产品制造课程群、控制课程群和管理课程群，与学科基础课程群（数学、物理、计算机、工程学）构成了完备的机械设计及制造自动化专业课程体系。

[参考文献]

[1]柳宏志，孔寒冰，邹晓东.综合就是创造-综合工程教育模式的探索.高等工程教育研究，2008（6）：13-18.

[2]朱高峰.创新人才与工程教育改革.高等工程教育研究，2007（6）：3-7.

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[4]李正，林凤.欧洲高等工程教育发展现状及改革趋势.高等工程教育研究，2009（4）：37-43.

[5]査建中，陆一平.中国高等工程教育国际竞争力指标体系初探.中国高教研究，2010（2）：11-15.

[6]郭森，支希哲.中美高等工程教育比较研究.西北工业大学学报（社会科学版），2010，30（1）：78-81.

[7]王天宝，程卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践.高等工程教育研究，2010（1）：25-31.

[8]王沛民.工程教育：问题与对策建议.浙江大学科教发展战略研究中心研究报告，2007.

（作者单位：兰州交通大学机电工程学院 甘肃兰州）