基于CDIO的工程图学教育改革探索

梁瑛娜　董志奎

摘要：本文提出了基于CDIO工程教育理念的工程图学教学内容、教学方法、教学手段及学习评估体系，该体系强调对学生自主学习、实践动手能力、跨文化沟通交流能力、团队协作能力、社会责任与领导力的培养。本文对工程图学教育改革进行的初步探索，希望可以起到一定的启示和借鉴作用。

关键词：工程图学；CDIO；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）31-0086-02

CDIO（Conceive—构思、Design—设计、Implement—实施、Operate—运行）工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。将CDIO工程教育理念贯穿到工程图学的教学过程当中，采用项目式教学，引导学生积极快乐地学习。

一、架构CDIO特色的工程图学教育体系

（一）目标明确的教学内容

企业要求培养的设计师不仅应掌握绘图知识，更应当对产品成本、效益、市场、销售以及国内外环境均具有适应能力、想象力、创造力、计划能力、预测能力，不能孤立地讲授图学知识，而应培养学生的综合素质和能力。

1.三维造型设计。随着工程系统复杂程度的增加和计算机软硬件技术的飞速发展，传统的二维设计方法在工程规模、设计质量、设计工期和数据整合等方面都显得力不从心，因此，三维造型技术逐渐成为设计发展的主流趋势。国家标准（GB/T26099.1-2010，2011年10月实施）规定：所有视图应由三维模型投影生成，不推荐在工程图环境下绘制产生；除非某些无法用投影直接生成的示意图和原理图才允许在工程图环境下绘制产生。

我院“画法几何与机械制图”课程共有104学时，第一学期“画法几何”部分40学时，第二学期“机械制图”部分64学时。我们选用Solidworks三维造型设计软件，并将其贯穿到教学实践中。在“画法几何”介绍到立体及其交线时，课堂教学中开始引入Solidworks三维造型软件，帮助学生建立“体”的概念、体会立体交线的形成过程，目的是让学生熟悉软件界面，了解三维造型设计的基本思路。真正系统地讲授并实践三维造型是从“机械制图”中的组合体开始，复杂立体的三维造型过程正好与组合体画图及读图所用的形体分析法不谋而合，使学生能够更深刻的理解三维造型过程和形体分析法，同时进行基于实例的操作练习，为后续零件图、装配图的三维造型设计奠定了坚实的基础。

三维造型的引入必将使传统的画法几何受到压缩，其中工程实际应用不多的图解法将被削弱。但三维造型与二维表达并非对立的两部分，而应是相辅相成、互相促进的。

2.徒手绘图。在产品设计初期，徒手绘制二维或三维草图可以迅速、便捷地表达设计意图；在装配、维修现场，由于缺少绘图仪器和计算机，需要先徒手绘制草图，再形成规范的工程图样；在进行参观、学习、交流时，徒手绘图可以快速捕捉学习信息和设计灵感。同时，有研究表明，在提高学生的空间视觉能力方面，徒手绘图比计算机三维造型更为有效。徒手绘图的教学应侧重于学生对基本方法和基本技巧的掌握，而不是对目测尺寸准确性的强调。

3.基于工程实际的项目式教学。在进行了投影基本原理、组合体及表达方法的讲授之后，学生已经具备了基本的制图能力，后续标准件、零件图及装配图的内容实践性较强，采用与工程实际相结合的项目式训练，可以达到更好的教学效果。

对于零件图的讲授，采用课堂教学与工厂实践相结合的方式。课堂上对核心内容进行讲解后，带领学生到校工厂进行参观实习。学生通过对实际零件的观察、思考，可以加深对轴套类、箱体类零件结构特点及典型表达方案的理解；通过对各种加工方法及零件加工过程的参观和实践，体会不同加工方法所能形成的表面结构及组织结构，理解零件图技术要求所规范内容的必要性。将学生置于真实的生产环境中，不仅让学生通过实际的动手操作对课堂讲授的理论知识很快有了全面、深刻的理解，对学生形成工程责任感和严谨的工作作风也具有极其积极的意义。

在装配图的教学中，选用不同规格的齿轮油泵或减速器等实体模型，安排学生分组完成查阅资料、测绘、零件图及装配图的三维造型、生成二维工程图、撰写项目报告及答辩等一系列过程，作为三级项目计入期末成绩。在这个过程中，学生通过查阅资料了解齿轮油泵或减速器的用途、工作原理及性能等；每人要对装配体中一个典型零件进行测绘，并绘制二维工程图样；全组同学合作进行装配体三维造型，分析装配关系、拆装顺序、各零件结构特点和功用；撰写项目日志、项目报告，制作PPT汇报答辩。三级项目强调学生的自主学习，强调在“做中学”、“做中思”，通过各个环节培养学生深度学习的能力、解决实际问题的能力、团队协作的能力。

CDIO的培养计划旨在设置丰富的实践项目并辅以工业实习，利用课堂和现代化学习场所使其具有活泼的、实践的、团队的特色，及时与外界沟通，通过广泛评估与评价不断改进计划。

（二）全面立体的教学方法

多媒体以其图文并茂、声像俱佳、动静皆宜的表现形式，在展现图解过程、立体模型、零件结构和装配关系方面有着不可比拟的优势，甚至有完全取代板图教学和实体模型的趋势。但是，多媒体动画解题过程过快、交互性不够等不足之处也是显而易见的。相比之下，教师通过板图则可以更清晰地将解题思路、作图规范展示给学生，同时又便于观察学生的接受程度，及时进行调整，师生之间能够形成良好的互动。

目前，学院设有实体模型室1个，定期补充典型组合体、零部件及装配体模型，供学生观察、测绘使用。考虑到模型成本及开放时间的限制，我们建立了虚拟模型库，其中包括组合体模型、典型零部件及其加工视频、零件测绘操作视频、装配仿真视频、计算机绘图教程视频等，在学校网站上开放，供学生使用。我们还在学校网站上建设了辅助教学系统，包括与教材配套的CAI课件及习题解动画。此外，我们还利用实时通讯工具以教学班为单位建立群，对普遍性问题及时进行在线答疑，了解学生学习情况，对教学做出适时调整。

（三）科学严格的评估体系

CDIO的学习评估体系指出，不同的能力应用不同的方式进行考核：专业知识可用试卷或口头测验；CDIO相关的能力则可以用记录、报告、自评、互评等形式进行。如果能将100分钟的期末考试延伸至平时的学习、实践过程中，可促进教学的高效实施。

1.随堂测验。在讲授完每章内容过后，选取综合本章主要内容的一道考题，以统一作业纸的形式进行随堂测验。不仅可以使学生更深刻地掌握、运用本章知识，做到“查漏补缺”，而且可以锻炼学生在有限时间内作答的能力。

2.零件表达。综合表达方法和零件图的知识及实践，对不同类型的零件进行测绘。每位学生需测绘2个不同类型的零件，根据零件结构、考虑其加工方法确定表达方案；按照其加工过程标注尺寸和技术要求，最终分别绘制尺规工程图、二维计算机工程图各1张。

3.项目报告及汇报答辩。基于装配图的三级项目实训用时多、权重大的特点，从项目开始就明确提出具体的目标及任务，合理安排进度，按阶段提交项目日志，不仅可以确保项目按计划顺利实施，而且可以及时了解学生在项目过程中的心得与困惑，进行有效沟通。对于整个项目过程和最终的汇报答辩，都制定严格的评分细则，做到公平、公正，最大限度地调动学生的积极性与主动性。

4.期末考试。学期末，对所有班级采取统一命题、统一考试、统一阅卷的方式，更公平、全面、准确地考核学生的学习质量。学生最终的课程成绩主要由以上几方面组成，其中随堂测验与平时作业成绩占10%，零件表达及其他章节的工程图样占10%，装配图三级项目占20%，期末考试占60%。采用这样的考核方式，不仅可以综合、全面地考察学生的知识和能力，更重要的是将考核延伸到整个学习过程中，充分调动学生的积极性与主动性，取得更好的学习效果。

（四）图学教师的工程培训

CDIO教学体系对图学教师的工程素质和工程经验提出了更高的要求。高校教师大多都是从高校毕业后直接踏上讲台，没有企业工作的经历；而作为基础课的教师，工程及科研工作又相对匮乏。因此，需全面提升图学教师的工程素质，鼓励教师到企业挂职锻炼，鼓励教师参与图学会议、机械论坛等相关学术活动，鼓励教师投身科研工作等，都有利于教师工程实践能力和自身素质的提高。同时，组织图学教师与专业课教师共同指导学生完成二级项目、一级项目或机械创新大赛等，不仅有利于加强教师间的交流，更有利于课程的衔接、融合。此外，聘请一支具有丰富工程经验的高级工程师队伍，作为兼职辅导教师充实到理论及实践教学中去，也是国内外高校人才培养的成功经验。

二、结束语

CDIO教育模式是一种能力导向的人才培养模式，它强调学生在毕业时应具备扎实的基础知识，特色明显的专业知识，自主学习和实践动手能力强，批判与创造意识优秀，沟通交流和思想表达流畅，具有跨文化交流能力与国际视野、社会责任、团队合作精神与领导力。基于项目的工程图学全新课程体系的引入，改变了以往重知识轻能力的培养模式，体现了“知行合一”、“做中学”、“做中思”的教育理念，同时改进教学方法、教学手段及学习评估体系，借鉴国内外先进教学经验，顺应了企业、科技、经济发展的要求，更重要的是让学生体会到了学习的乐趣和意义。

参考文献：

[1]焦永和，董国耀，张彤，樊红丽.第四届中日图学教育研讨会情况介绍与思考[J].工程图学学报，2000，21（4）.

[2]赵永生.论大学的功能与高等工程教育改革[R].秦皇岛：燕山大学里仁学院教师培训，2013，10，31.