构建基于CDIO的三维设计图学精品课程体系

郭长虹+权凌霄+董志奎+马筱聪

摘要：结合燕山大学实施“卓越工程师培养计划”和基于CDIO的教学改革实践，提出基于CDIO模式的设计图学教学体系和考核模式的构建原则等。实践证明，该教学体系对于学生想象思维、创新能力以及三维设计造型能力的提高十分有效。

关键词：计算机三维设计；工程图学；设计图学；CDIO教育模式

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）13-0127-02

一、引言

随着计算机技术的发展，先进的三维设计制造技术正迅猛取代落后的二维设计制造技术，成为现今机械设计的主流。三维设计便捷直观，可构造二维图样难以表达清楚的复杂造型，实现产品预装配、运动仿真、干涉检查、工程分析等，实现CAD/CAE/CAM/CAPP集成一体化设计。基于此，教育部工程图学教学指导委员会重新修订了工程图学教学要求，增加了培养创造性构型设计能力及三维造型设计能力的培养。为了培养出企业亟需的三维设计人才，我们于2013年9月增设了三维设计图学选修课，采用CDIO教育模式，产业企业深度参与，按照企业需求培养人才，教学内容与产业发展同步更新，构建了具有CDIO特色的三维设计图学课程体系，深化培养了三维设计能力，促进了我校设计图学精品课程建设，体现了设计图学的先进性和时代感。

CDIO培养模式是产业深度参与并且教学内容和培养目标与之同步更新的工程教育模式。有些公司特地为CDIO模式培养出来的毕业生制定了高于其他模式培养的毕业生15%的工资标准，表明产业界对CDIO教育模式的肯定。CDIO的含义是：C（Conceive）构思，D（Design）设计，I（Implement）执行，O（Operate）运作。CDIO的培养模式，是在产品的设计研发开始，到产品投入运行为止的产品整个生命周期内，让学生系统的、实践的、主动的、课程间有机联系的学习整个产品设计过程。CDIO教育模式的培养标准的制定重点满足工业界需求，要求培养学生合格的工程实践能力，教学内容中的工程知识不断更新，及时听取产业界反馈信息，不断补充完善教育教学。国内目前已有57所大学开展了CDIO改革试点实践，燕山大学机械学院是教育部CDIO工程教育模式机械类组牵头单位。

二、基于CDIO的三维设计图学精品课程体系的构建

1.构建原则。三维设计图学课程体系应以先进的三维设计软件Creo Paramatric 2.0（Pro/E最新版，简写为Creo）为手段，用三维设计的理念讲授图学，来表达设计思维，将机械设计、工程制图、设计学、计算机图学融为一体，以培养学生工程图样表达能力、产品研发设计能力和创新设计能力为培养目标，构建了机械设计、零件设计、工程图学和计算机三维绘图高度统一的综合类课程——设计图学，从而变革图学教育思想、理论和体系，使工程图学教育步入一个全新的领域，开启了我校设计图学课程的建设。

2.结合典型企业项实例，实施项目式教学，创建CDIO特色的实践教学体系。CDIO教育模式全面囊括了现代企业工程师所需的知识、技能、能力及素质等完整内容，倡导学生以积极的、实践的、主动的、多门课程之间有机联系的方式学习工程，着重培养学生的现代工程设计和生产技能，强调学生的工程实践能力和创新能力。CDIO教学模式的核心内容是教师实施“基于项目教学”、指导学生在“做中学”。教师采取“项目式”教学方法，结合典型工程实例进行讲解，全面引入实践教学，将典型创新科研项目筛选归类、合理简化，将其恰如其分的引入图学教学实践中，创建一套具有创新性、综合性的设计图学系列实践，为学生搭建一个动手、动脑和创新设计的空间，培养学生创造性思维能力。三维设计图学的课时安排是每讲授2个学时三维设计知识，安排2学时的设计与创新实践，体现“学以致用”。实践证明，这一做法可极大地激发学生学习的兴趣和好奇心。

本课程的实践项目的构建如下：①构建能够培养工程性三维设计能力的实践。三维设计图学课程精心设置了大量的自下而上的企业设计案例和简化了教师们的一些科研项目作为实践案例，比如铣刀头、机床尾座、柱塞泵、减速器箱体等等，要求学生们结组测绘零部件草图、设计零部件并完成装配、运动仿真和干涉检验，设计合理后，出装配图和各个零件图。②构建能够培养工程实用性三维设计能力的实践。应用计算机三维软件进行设计有两种方法，一种是自上而下的设计，即先完成相关的装配，然后在具体装配设计中完成某个零件的设计。自上而下的设计要求设计师头脑中先设计产生的是装配体，然后才详细设计每个零件。题目有多功能晾衣架、米桶的设计等等，学生根据教师给定的制品图及要求，完成二维工程图，在设计过程中，要求学生综合考虑产品的诸多要素，如生产成本、物流成本、产品物料性能、模具结构、工艺条件等，才能使所设计的产品更为经济合理，这是设计的最基本内涵，这些设计要求在二维设计中是无法做到的。③构建能够培养创新性三维设计能力的实践。为了培养学生的创新思维，更好地挖掘学生的设计潜能，布置学生完成个性化的产品设计，设计出了诸如自行车、新型节能汽车、鼠标等产品。通过不同的设计实践，加深了学生对何为设计、怎么设计的理解，培养了学生的工程创新能力，开阔学生的设计视野，培养三维设计的能力和兴趣，使学生能在做中学会思考，体会设计带来的成就和乐趣，为学生的表达、设计和创新能力奠定基础。

3.建立CDIO特色的考核体系以考核企业需求的职业技能，充分体现学以致用。为了能够全面、客观、公正地评价学生的工程能力和综合素质，最关键的是要建立一套科学完整的考核与评价指标体系。因此在设计图学的课程考核方法中，适当加强了对工程素养和工程设计能力和工程实践能力的考核。设计图学课程考核分有两个部分，课程考核的第一部分为侧重考核能力的平时成绩，平时成绩包含课程中的主要实践环节、产品创新构型设计、零件测绘建模、产品工程图样的最佳表达方案、装配体的最佳表达与运动仿真等实践测试环节，共占总成绩的60%；，课程考核的第二部分是考核综合素质的上机考试，共占总成绩的40%。endprint

4.课堂上增加讨论环节，加强学生分析和解决问题等现代职业素质的培养。为了提高学生分析和解决问题的能力，培养学生的设计创新能力，加深学生对工程问题的理解，在设计图学课程体系中增加了几次课堂讨论环节，要求学生们分为几个小组，讨论产品研发和设计方案，选出最佳设计方案，设计出具有个性化的产品，每组代表讲解设计流程和展示设计图样，并提交出三维产品设计造型和二维工程图样。通过项目讨论和交流，实现经验分享，拓展视野，探讨不足之处及改进措施等，有效提高了学生参与设计的积极性，也训练了学生的综合设计能力、创新思维和沟通协调等能力。

5.加强教学团队建设，实施交叉授课，提升图学教师的综合素质和创新能力。实施CDIO培养模式也对教师们提出了很高的要求，要求教师们具备丰富的企业工程经验，与企业密切合作，承担相关的课程设计、毕业设计等实践教学工作。设计图学课程以三维设计为主线，搭建了设计图学课程与工程图学、机械设计、零件设计、机械制造基础、机械制造工艺学等等相关课程之间有机联系的桥梁，实现了与这些课程之间的纵向贯通，促进了学科基础知识与专业知识之间的有机结合和相互渗透，使工程图学课程得到后续拓展和有效延伸，形成了台阶式的教学模式。国内外多所大学的实践证明，这种模式使学生工程图样的表达能力得以分阶段逐步提高。

三、结论和建议

基于Creo Parametric的三维设计图学的教学改革已经进行了两年，CDIO特色的课程体系与考核体系，取得了较好的成效，尤其是在当今企业所需的工程技能的培养方面起到了很大的作用，有利于提高学生工程能力和创新能力，复合企业界对人才的培养需求。

参考文献：

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