基于CDIO的基础工业工程课程设计教学改革*

□ 葛晓梅

(郑州航空工业管理学院 管理工程学院，河南 郑州 450046)

引言

基础工业工程学是工业工程本科专业的主干课程之一，课程设计作为理论课程教学的延伸，是十分重要的实践教学环节。目前的教学中，很多高校存在教学内容单一，缺少充分的调研和实践，过程管理松散，重结果轻过程评价等问题，造成学生参与度不高，实际应用能力和创新能力较弱，达不到预期的教学目标。

CDIO模式作为一种工程教育模式，以启发于产品生命周期模型的构思(Conceive)—设计(Design)—实施(Implement)—运作(Operate)为载体，强调以学生为中心，培养学生的主动学习、动手实践、分析问题和团队协作能力[1]。我国CDIO工程教育改革主要集中在“机械类、计算机类、电气类、化工类、土木类”等工程类专业，教学改革内容多集中在人才培养模式、课程体系建设、实践教学模式和教学方法等方面[2-6]。工业工程是从科学管理的基础上发展起来的一门应用性工程专业技术，兼具工程技术和管理技术的双重属性，针对工业工程专业的CDIO教学改革主要集中在人才培养、综合实验教学、实践教学体系等宏观方面[7-9]，针对某一具体实践课程的研究还没有。因此，本文借鉴CDIO理念，对基础工业工程课程设计进行教学改革与探讨，以提升实践教学质量。

1 基于CDIO的教学设计

1.1 教学目标的设计

根据CDIO工程教育大纲标准的要求，把学生的专业技能、工程实践能力、创新能力、团队沟通和合作能力作为其主要培养目标[10]。本课程的教学目标：学会由产品入手对企业生产系统进行分析、诊断、优化、标准化的方法，培养学生运用相关知识解决企业中实际问题的实践能力；掌握方法研究与时间测定的方法与步骤；熟悉基础工业工程的各种图表的绘制和应用，提高学生的文档编辑能力和绘图能力；提高学生的查阅文献资料能力与文字表达能力；通过项目实践，提高学生的沟通表达能力，团队协作能力和创新能力，提升个人职业技能和职业素养。

1.2 “产品加工项目”的设计

郑州航空工业管理学院每年约有300名学生修读该课程，由于选修人数太多，去工厂实践难度太大。课程组开发了一种能够模仿生产现场的产品加工项目，教学产品如玩具车模型、飞机模型和纸艺产品等，这些产品具有成本低廉和可操作性强的特性，生产加工场地具有很强的开放性，保证重复大量生产。

1.3 教学内容的设计

学生自主选择产品进行生产过程的设计和改善，以“纸篮子产品加工项目”为例，介绍下具体的教学内容：

①设计纸篮子生产线。教师和学生用绘图软件共同设计纸篮子图纸，选取其中一种图纸，如图1所示。把图纸用A4纸打印生成原材料，根据工艺要求，通过下料、涂色、粗剪、精剪、折叠、编号、粘贴和检验等工序，加工成产品—花篮如图2所示，自行设计纸篮子生产线，完成纸篮子的生产。

图2 纸篮子成品

②运用方法研究、作业测定、现场管理等知识平衡和改善该生产线，借助该生产线完成生产现场的调研，针对存在的问题，进行改善。

③提交初步设计方案和改善方案，进行改善前后的效果评价。方案中必须绘制相关的现场布局图、工艺程序图、流程程序图和双手作业图等，分别用秒表测时法和MOD法制定每个工位的标准时间，计算日产能。

④编写有关技术文件，如SOP和工艺文件。

⑤书写设计报告，制作项目汇报课件，答辩。

1.4 教学流程的设计

贯彻CDIO理念，设计基于CDIO的教学流程如图3所示[11]。在整个教学实施过程中，以项目为载体、以学生为主体、教师为引导，以能力培养为目标，将CDIO理念融入整个教学过程[12]。

2016年5月-2016年12月期间,我院收治的30例妇产科患者,其中12例子宫肌瘤,6例子宫癌症,5例盆腔炎,7例妊娠合并症。年龄为21-65岁,平均年龄为(46.6±3.5)岁,病程为1-30年,平均病程为(10.8±6.9)年。

图3 基于CDIO的教学流程

2 基于CDIO的教学实施和管理

2.1 项目具体实施

①项目构思。学生自由组合项目组，每个项目组6-8人，组员按学号大小排序，随机选定第N名同学当组长，组长的职责是负责组织和协调项目的学习。根据教师提供的设计任务书，了解课程设计的目标、内容和要求等，熟悉产品的加工工艺和产品质量评价指标，构思具体的实施方案。教师对产品加工进行技术培训，并对实施方案的构思进行指导。

②项目设计。首先，组长制定项目组的人员管理制度和考核制度。结合理论知识，进行生产线布局、工位的安排、人员的分工等设计，项目组进行产品的加工。教师对学生的项目设计进行指导和答疑。

③项目实施。实施初期，生产效率较低，在生产线运行中，用程序分析找出瓶颈工位，结合作业分析动作分析等改善瓶颈，不断优化生产线。每个操作员都要提高操作熟练度和加工质量，一般产量达到100个后，生产节拍能优化到1.2分钟左右。对优化后的生产线，测定各工位的时间，采集各操作者动作等。最后，绘制各种图表，计算各工位的标准时间。

④项目运作。书写设计报告，为了避免搭便车，要求每个同学绘制自己工位的相关图表如双手作业图和MOD分析表等。制作PPT，准备现场比赛和答辩。教师对每个同学成绩进行考核，开展学习反思和教学反思，不断优化教学设计。

2.2 项目过程管理

2.2.1 教师及时指导

指导教师要按项目实施计划，定期深入到项目学习场所，与学生面对面交流，进行现场指导和答疑。教师可以利用“互联网+”建立微信群或QQ群进行线上指导，对于学生的问题及时进行指导，提高指导效率。

2.2.2 填写项目学习活动记录表

在项目学习过程中，填写项目学习活动记录表，记录表内容包括出勤情况、任务和分工、任务完成情况、成员的贡献等，教师定期检查记录表，监控项目学习进度和学习情况。记录表作为个人评价的一个有效依据，有了科学的监督约束机制，大大提高了全员参与度，有效避免了搭便车现象。

2.2.3 定期分享学习成果

每个小组定期把学习阶段性成果、学习过程的照片和录像上传到指导群，这样，不仅老师能实时地对学生的学习过程进行监督和控制，小组间无形中形成竞争的学习气氛，互相督促，协同学习。

3 基于CDIO的课程考核

3.1 答辩前引入现场比赛

为了激发学生的学习热情，验证项目组的实践能力和团队协作能力，答辩前所有项目组进行现场产品加工的比赛，考虑到工作的疲劳程度，一般采用30分钟的人均产能作为评价指标。比赛结束，检验员进行产品质量检验和评价，统计合格产品数量，计算各项目组的人均产能/单位时间。为了获得较好的比赛成绩，项目组要进行大量的模拟生产训练，不断创新优化生产线。比赛教学不仅提高了全员参与率，还可以大大提高创新能力的培养效率。

3.2 随机抽取，组间互辩

采取集中进行、分组答辩的方式，由8-12个项目组组成一个答辩组，三到五个教师组成答辩委员会。答辩环节包括项目汇报和问题回答，其中项目汇报人选采取现场随机抽取，这样每名学生事先都要作好充分的准备，避免搭便车现象。

回答问题阶段采取“项目组互辩为主，教师答辩为辅”的方式。随机抽取两个项目组“互辩”，其他项目组也可进行提问，通过互辩，能让每个项目组看到与其他组之间的差距，激发其学习兴趣，使学生的沟通表达能力、交流能力、创新能力和批判性思维得到有效提高。同时，将学习成果与大家分享，增进小组间的协同学习。

3.3 团队和个人关联性评价

成绩评定分为项目组成绩和个人成绩评定两个环节。项目组的成绩由答辩委员会评定，评价指标体系，如表1所示，项目组的成绩取决于每一个组员的个人表现和团队协作。每个组员的个人成绩由老师和学生共同来评价，通过小组成员互评来评定每个组员的贡献率排名，如表2所示，根据贡献率排名确定个人贡献系数，个人成绩为项目组成绩和个人贡献系数的乘积。

表1 项目组评价体系

表2 个人贡献评价体系

4 教学特色与实施效果

该改革方法的教学特色：

①低成本、高效率、大规模培养学生的实践能力。“模拟生产”项目来解决去企业实践难度大的问题，比如纸艺产品加工项目，打印一张原材料A4纸0.1元，每组的工具费用约30元，低成本实现大规模项目学习活动。

②教学过程的具有很强的时间开放性和空间开放性。教学活动由课堂内拓展到课堂外，引导学生发挥其主动性，充分利用好课余时间。学生进行项目学习活动可以由实验室延伸到教室、图书馆、食堂和宿舍等场所，解决实验室场地不足的限制，提高了学习的自主性和可操作性。

③有效的过程监督措施，科学的考核方式，大大提高了学生的主动学习积极性，有效避免了搭便车现象，尤其“比赛教学法”对提高学习潜能非常有效，同时可以提高学生创新能力的培养效率。

④体现了学生在教学活动中的主体地位。学生代表与教师共同制定产品质量评价指标，共同制定成绩评价标准，让学生参与成绩评价等，让学生感到自己是教学活动中的主体，学习积极性大大提高。

为验证教学改革的实际效果，课程组在15级工业工程和16级工业工程专业进行了教学实践，实施的教学班与比较班相比，学生对于课程内容的掌握和理解程度，考试成绩明显好于比较班。同时，提高了学生的学习参与度和学习主动性，提高了学生的工程实践能力、团队合作能力、沟通表达能力等；高效地培养了学生的创新能力，提升了个人职业素养。学生参加学科竞赛的参与率增加，每个班平均达到40%，并取得较好的成绩。近两年来，获“新道杯”沙盘模拟经营大赛全国总决赛二等奖2项；“格力杯”第一届中国大学生工业工程与精益管理创新大赛三等奖1项；“东风日产杯”清华IE亮剑全国工业工程应用案例比赛三等奖10项；在各级省级和校级比赛中也获得较好的成绩。

5 结束语

本文将CDIO理念融入到基础工业工程课程设计的教学中，提出了基于CDIO的教学设计，对项目实施、教学过程管理、答辩方式和考核方式等方面进行了改革与创新，经过实践证明，该方法对于培养学生的主动学习能力、工程实践能力、创新能力和团队协作能力效果显著。该方法不仅适用于工业工程专业的实践教学，同时也为其他专业的课程设计、实习、实验等实践教学提供一定的参考价值。