基于CDIO的卓越工程师试点班金工实习课程改革的探索

景微娜 董艇舰

【摘要】本文论述了CDIO的教学理念与“卓越工程师”培养目标的高度融合性，并以 “三层次两结合”金工实习实践教学改革实施方案为实例，说明基于CDIO的“卓越工程师”培养取得了良好效果。实践证明，以“三层次两结合”实践教学方法为载体，让学生以主动地、实践的、课内外紧密结合的方式学习工程，是民航类“卓越工程师”培养的有效途径。

【关键词】CDIO 教学改革 卓越工程师 金工实习

【基金项目】中国民航大学教学改革项目（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

【中图分类号】UDC 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）14-0029-03

一、“卓越工程师教育培养计划”与CDIO工程教育模式

工程技术人才的培养直接决定工程技术的水平和发展的速度，决定国家的工业竞争力[1]。目前，我国的工程教育规模已居世界第一[2]。但是，我国的工程教育在高等教育大众化以及社会经济快速发展、轉型的背景下，仍显滞后[3]。鉴于此，教育部于2010 年在部分高校正式启动“卓越工程师教育培养计划”试点，加紧培养一批实践性和创新性强的各类型工程技术人才，以适应社会和经济发展需求。

CDIO作为当今国际高等工程教育的一种创新模式[4]，自2008年在部分高校启动试点教学以来，得到了广泛推广，其在中国应用的经验很大程度上影响了“卓越计划”的顶层设计，其方法是“卓越计划”从顶层设计到实施过程的重要基础[5]。“卓越计划”培养方案的编制要求与CDIO一体化教育的要求基本符合，即在明确培养目标（国家通用标准-行业标准-学校标准）的基础上，所有培养环节围绕培养目标的实现进行一体化的设计、实施与评估。CDIO的12条标准是实施CDIO改革的指引，这些标准在某种程度上也同样成为了实现“卓越工程师计划”目标的指引。“卓越计划”的五项重点任务与CDIO的关系，可见于表1。目前我校“卓越工程师培养计划”已经在专业体系构建、课程设置上进行了全新的设计和规划，但在实践层面及具体教学环节上，还需要任课教师有进一步的谋划。

二、CDIO教育模式对卓越班金工实习课程改革的启示

中国民航大学作为一所具有鲜明行业特色的高等院校，如何培养出适应民航发展的高素质综合人才是我校一直以来在教育教学中努力的方向，我校于2009年和2012年分别启动了“CDIO人才培养模式”和“卓越工程师教育培养计划”的建设工作。

随着中国大飞机的研制开发成功，大飞机将全面带动中国航空工业的发展，急需大批高素质的民航人才，而金工实习这门课程不仅是一门必修的工艺性技术基础课，而且是对工科大学生进行综合工程素质教育和现代制造技术教育的重要阵地，是进行第一次工程实践训练和制造工艺教育的重要场所，在培养民航类专业学生素质和能力方面发挥着其他课程难以取代的重要作用。因此，结合行业特色，根据“卓越计划”对人才培养的要求，我们在金工实习课程教学当中尝试借鉴CDIO工程教育培养模式，通过创新实践教学模式，使学生在实践课程的学习过程中逐渐由原来的“要我做”的观念，转变为“我要做”的主动学习的观念，实现以“三层次两结合”实践教学模式为手段，以提高工程实践能力和创新能力为目标的金工实习教学改革，具体内容为：

1、理论教学与工程实践紧密结合。以往理论课单独讲解有广度而无深度，学生学起来感到头绪多、概念多、内容枯燥，教学效果不理想。改革后的理论课与工程实践结合更加紧密，引入实际工程案例，向学生展示机械制造的全过程，使学生对课程整体有一个全面的认识，同时结合具体案例学习新知识，使学生对知识的理解更加透彻。部分课堂授课效果不理想的理论内容，通过有目的性的设置实践内容，引导学生在实践中自己发现问题，探讨问题，然后教师讲解相关理论知识，从而解决问题，达到更好的教学效果。

2、构建“三层次两结合”实践教学模式。以钳工实习为例，传统的实践教学模式，大多采用师傅教徒弟的方法，指导老师依靠表演的方式让学生观摩，学生动手机会减少，只能按照图纸加工一个简单的小零件，比如手锤，学生完全处于一种被动学习状态。在此，我们以钳工实习为改革突破口，构建更加合理的实践教学模式。具体做法是：按照内容由简单到复杂，能力由弱到强的思路，将学生的实践能力培养划分为三个层次，同时，将课内外培养相结合、工程素質和个人综合素质培养相结合，从而形成“三层次两结合”的实践教学模式，如图1所示。

三层次为：

（1）基本技能层：在教师讲解和演示的同时，学生边听边模仿，掌握单项技能，达到夯实学生的基本操作技能和实际动手能力的目的。

（2）综合应用能力层：以学生实际操作为主，教师指导为辅。这一层次，学生要能够将基本操作技能综合应用起来，能够做到按照图纸制定加工工序，并加工零件。教师有目的性的设置实践项目，引导学生在实践中发现问题，解决问题。

（3）设计创新能力层：教师给定设计条件和目标，以学生为主体，自行结成小组，设计零件，画出图纸，制定工艺文件，讨论可行性，加工出成品，并进行展示。同时鼓励学生借助中心的CDIO工作坊进行创新设计制作，或参加各类创新科技活动和工程大赛等。

两结合为：

（1）课内课外相结合：充分发挥好课外实践活动的作用，加强课内外实践的结合，创造条件使学生参加课外科技活动、社团活动和社会实践活动，发挥学生实践的主动性，培养学生系统性、综合性、创新性等工程意识和团队精神以及组织协调能力。

（2）工程素质和个人综合素质相结合：学生不仅要有扎实的专业知识和工程实践能力，而且要具备一定的工程伦理意识和个人综合素质。在实习过程中引导学生树立质量、环境、创新意识，培养学生求真、求实的工作作风，通过分组设计锻炼学生的沟通协调能力和组织管理能力。

3、改革课程考核方式。金工实习是一门以实践为主的课程，但实践离不开理论的指导，因此理论和实践的考核都必不可少，但以实践考核为主。实践部分的考核采取更为灵活的方式，以考察学生的个人动手能力、团队协作能力和设计创新能力。考核内容包括作品展示、作品陈述和能力体现三部分。我们研究并制定了多样化课程考核方式，这有利于突出课程的教学重点，有利于促进学生实践能力与理论素养的融会贯通和双重提高，从而有利于培养兼具基础理论和实践能力的应用型专业人才。

三、基于CDIO的卓越试点班金工实习课程改革的实践

1、理论课部分，我们在第一节绪论当中给学生介绍工业发展的历程，讲述金属加工如何从手工生产逐步走向机器化生产、自动化生产、智能化生产，调动起学生学习机械制造基础的兴趣，感受到这门课与其他常规理论课有很大的区别，了解这门课是自己所学专业课与真正工程实践相联系的过渡和纽带，从而调动学生学习的主动性。在这一方面，我们还结合本校特色，更多的向学生介绍航空工业的发展历程，结合专业特点，引入实际工程实例，更多的介绍飞行器制造工程的相关知识和实际问题，为将来的专业课学习铺垫道路，使他们能够把所学专业理论和工程实践相结合。

部分课堂授课效果不理想的理论内容，如有关金属材料性能的理论知识，单独讲解，学生学起来感到概念多、内容枯燥，教学效果不理想，可以有目的的设置实践内容，例如安排学生进行锯削练习，按照不同速率进行锯削，观察锯条磨损和破坏的情况，在这一实践中，学生会发现，锯削速率过快，锯条容易折断，此时，再由教师结合这一具体现象向学生讲解有关金属热硬性的概念，与课堂单独讲解相比较，学生更易掌握。另外，利用Bb平台的环境，将课上没有提到的加工手段和方法以视频方式放在课程的教学网站上，供学生随时观看学习，学生在教学网站上学习过程中发现的问题可通过E-mail形式反馈给教师，教师及时回复解决学生问题，从而形成课上课下，随时互动随时提问，更好的促进理论知识的学习。

2、实习部分，采用“三层次两结合”的实践教学模式。

（1）合理课内实践教学内容，充分利用课内时间。

首先安排学生进行第一层次训练，练习钳工基本操作技能，夯实基本技能和动手能力；继而进行第二层次训练，由学生自由结组，4人一小组，按照给定图纸先制定工艺文件，写出具体加工工艺步骤，由教师指导其可行性，并由学生加工出零件。在这一过程中，教师也要有目的性的设置实践内容，引导学生发现问题，如某些零件结构的加工工艺步骤，理论上毫无问题，实际操作却行不通，此时由教师引导学生结合理论知识和实际操作，自己将问题解决，这一过程锻炼了学生综合应用能力，以及在实践中发现问题，并使用理论知识解决问题的能力。

第三层次为设计创新能力层，由教师给定毛坯材料、尺寸、设计目标，由学生自由结组，自行设计零件，画出图纸，制定工艺文件，并加工出零件，最后做展示。在这一层次中，没有给学生过多的限制条件，学生从源头开始设计，创新空间非常大，积极性很高。在具体实施过程中，结成小组的学生，首先讨论设计方案，画出草图，利用CAD、CAXA等各种画图软件，完成图纸终稿，并确定具体工艺过程，撰写设计报告。设计工作完成后，各组进行汇报答辩，阐述其设计创意、作品功能、具体实施过程、可行性及成本估算，由教师进行指导，获得通过的方案继续实施，存在问题的方案再做修改。通过这样一个“构思-设计-实践-运行”的全过程，各组学生完成了自己的设计并加工出成品，图2为各组学生设计作品的图纸及部分成品。学生在这一过程中，将以往学过的基础课内容，包括工程材料、工程制图、工程导论等理论知识与实践充分结合起来，锻炼了学生的学习能力、组织能力、创新能力和团队协作能力。

图2 学生设计作品图纸及成品

（2）有效利用课外时间，鼓励学生参与各类实践活动。

课内设计方案较多的小组，课下可利用中心的CDIO工作坊，进行设计加工，工作坊自开放以来由学生自主管理和维护，轮流值班，其中钳工工作坊工具设施齐全，能够满足学生课外创新实践的需求。另外，钳工实习车间也会在正常工作时间向学生全面开放。

在教改的实践中，我们发现很多同学在进行设计零件的过程中对工程实践产生了浓厚的兴趣，极大地激发了学生求知的欲望，对于这样的学生我们鼓励其利用课外时间多多参与各类实踐活动和各类科技活动科技竞赛，如学校组织的各类科技竞赛、天津市大学生创新创业训练计划以及全国工程训练大赛等，并尽量给学生提供各种便利条件帮助学生进行课外科技创新，近年来，我校学生在各类比赛中均取得了良好的成绩。

3、考核方法，对于实践部分的考核，我们采取了更为灵活的全方位多层次的考核方式。将实践总成绩分为设计和实做两部分，各占分数的30%和70%。其中，实做成绩以学生制作的作品为准，教师按严格的评分标准评分；设计成绩要由学生向全班做设计汇报，汇报形式为撰写设计报告并以PPT形式讲解，汇报内容包括作品的设计创意、作品说明（功能、使用说明、广告策划） 、具体实施的工艺过程、作品图纸（可手画、可电脑画图）及成品

照片。设计成绩由学生和教师一起评分，重点从作品展示、作品陈述和能力体现三个方面评估，如表2。这种新的考核方法，不仅检验了学生的动手操作能力，而且更加锻炼了学生的设计创新能力、团队协作能力、与人交往能力、学习能力及管理能力，更加符合“卓越计划”对于人才培养的要求。

四、结论

民航大学卓越试点班的金工实习课程改革，融入了CDIO工程教育的核心理念，以“三层次两结合”实践教学模式为载体，探讨让学生以主动的、实践的、课内外紧密结合的方式进行工程实践，把工程实践与个人综合素质培养有机结合起来，把培养工程实践能力和设计创新能力有机结合起来，取得了很好的效果，这是培养民航类“卓越工程师”的一条有效途径。

参考文献：

[1]张黎. 结合CDIO教育理念的卓越工程师教育培养计划研究与探索[J]. 武汉职业技术学院学报， 2011，10（6）：107-109.

[2]刘美等. 基于CDIO理念的卓越人才培养的探索与实践[J]. 广东石油化工学院学报， 2012， 22（2）：25-27.

[3]张安富等. 实施卓越工程师教育培养计划的思考[J]. 高等工程教育研究， 2010（4）：56-59.

[4]林艺真等. CDIO高等工程教育模式探析[J]. 哈尔滨学院学报， 2008，29（4）：137-140.

[5]顾佩华等. CDIO在中国（上）[J]. 高等工程教育研究， 2012（3）：24-40.