以工程能力為導向的CDIO項目式教學模式探索

王軍++吳鳳和

[摘要]工程能力培養的缺失在我國高等教育中較為突出，達到專業培養目標規定的實踐能力，滿足企業需求是我國高等工程教育亟待解決的問題。以現代工程教育理念為指導，針對機械制造專業方向構建了CDIO項目式專業課程體系，以分級CDIO項目為主線建立了核心專業課的相互聯系。設計了“機械制造工藝及夾具設計”CDIO二級項目，對項目目標、內容、實施、節點考核以及實施效果進行了介紹。實踐證明，該項目式教學模式將理論和專業知識與工程實踐融為一體，有利于培養學生的工程能力和綜合素質。

[關鍵詞]CDIO；教學模式；工程能力；課程體系

[中圖分類號]G642.4[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2016）020098050

引言

按照國家和河北省《中長期教育改革和發展規劃綱要（2010～2020）》和教育部《關于全面提高高等教育質量的若干意見》中加強高等教育內涵建設、大力提升人才培養質量的要求，燕山大學結合辦學定位、學科特色和服務面向等，明確應用型、復合型人才培養的目標定位，全面實施素質教育。以人才培養模式改革為核心，推進教學團隊、教學模式、課程體系、課程教材、教學內容、教學方法、教學管理等綜合改革。

以國家“機械工程‘學研產互動與‘做中學創新創業型人才培養模式創新實驗區”、國家特色專業、國家專業綜合改革試點等11項國家級本科教學質量工程建設項目以及7項河北省本科教學質量工程項目為依托，以機械工程類專業為試點，開展了工程類人才培養模式改革的一系列探索與實踐，取得了明顯成效。本文以機械制造及其自動化專業方向為例，并以二級項目為重點，介紹以工程能力為導向的項目式教學模式改革。

1CDIO項目式專業課程體系

按照機械制造工程師培養目標要求，遵循知識學習與能力培養并重的原則，構建了基于團隊的分級CDIO（構思—設計—實施—運行）項目式課程體系[1，2]。機械制造及其自動化專業方向的項目式課程體系框圖見圖1。

CDIO項目共分為三級[3，4]。（1） 三級項目設置于單門專業課內，以加強課程重點知識和技術的理解與應用為目的。可以作為一級或二級項目的子項目；（2）二級項目是基于多門課專業知識有機融合、包含CDIO全過程的項目。旨在提高學生利用專業知識解決實際問題的能力和素質；（3）一級項目是以專業知識綜合應用和創新為目的的項目。一級項目有兩類，即創新設計和畢業設計。創新設計一級項目旨在培養學生專業興趣和創新意識，以具有一定創意的簡單機電產品研制為主，可以是國家、省、校以及學院不同層次的創新項目，優秀作品可以參加各類創新設計大賽；畢業設計一級項目主要是讓學生參與教師承擔的企業產品開發及技術改造項目，提高學生的綜合實踐能力與素質。

上述三個層次的項目都具有獨立的研究設計內容、考核節點、考評標準、項目報告和演示匯報等。各級項目與各教學環節緊密銜接，項目間相互關聯，項目內容和實施從課內延伸到課外，從易到難、從基礎到專業分層次進行，涵蓋了專業基礎知識和專業技能[5]。

2CDIO二級項目設計

2.1項目目標

本項目針對機械制造及其自動化專業方向設置，名稱為“機械制造工藝及夾具設計”。項目以典型零件機械加工為主線，形成機械制造工藝及工裝設計的完整知識鏈，鞏固已有專業技能、強化實踐環節，為畢業設計和就業奠定基礎。圖2為二級項目知識結構。第2期王軍吳鳳和以工程能力為導向的CDIO項目式教學模式探索——以機械制造及其自動化專業方向為例

項目的具體目標是：（1）加深理解“機械制造工藝學”、“切削原理與刀具”、“機械制造裝備”、“數控技術與應用”等專業課的聯系及其在實際中的綜合應用，強化設計—制造一體化及“產品全生命周期”理念；（2）初步掌握文獻檢索、手冊和圖冊等資料查詢以及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；（3）注重理論聯系實際的工程應用，初步具備分析與解決工程問題的能力。初步掌握綜合運用所學知識進行機械加工藝規程制訂及夾具設計；具備夾具三維建模能力；熟悉夾具制造、檢驗與裝配；（4）鍛煉結構設計和制造、檢測的實際動手能力；（5）引導學生主動學習，鍛煉和提高組織能力、交流能力以及團隊合作與競爭能力，培養責任感。圖2機械制造工藝及夾具設計二級項目知識結構

2.2項目內容

項目包括工藝制訂、專用和組合夾具設計及實物制作。主要內容如下。（1） 零件的機械加工工藝規程制訂，主要進行構思（Conceive）和設計（Design）能力訓練；（2）零件的某工序專用/組合夾具的設計，主要進行構思（Conceive）和設計（Design）能力訓練；（3）專用/組合夾具的虛擬裝配，根據夾具結構的正式圖，繪制零件3D圖、完成夾具3D模型的虛擬裝配及裝配過程的動態展示，主要進行實施（Implement）能力訓練；（4）專用/組合夾具的實際制造與裝配，主要進行實施（Implement）和操作（Operate）能力訓練；（5）撰寫項目報告和制作答辯PPT，主要進行設計（Design）和實施（Implement）能力訓練。

2.3項目能力矩陣

根據專業能力培養目標制定項目能力矩陣，如表1所示，通過項目實施實現能力與任務的統一。1了解機械制造工藝、工裝與刀具現狀及發展趨勢；初步掌握文獻檢索、資料查詢、調研及運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法。了解認知初步掌握++綜合運用2熟練運用專業知識，通過零件定位、夾緊及工藝路線制定，保證零件的加工質量；能夠分析和解決生產中出現的工藝和工裝的相關問題。了解認知初步掌握綜合運用+++++++++3掌握夾具的設計方法、步驟、要點以及夾具制造與裝配工藝，初步具備設計結構合理、高效經濟夾具的能力；了解創新設計方法。了解認知初步掌握綜合運用+++++++++4初步掌握精度檢測的方案制定、測試、數據處理與分析的能力；學會有關檢具和測量儀器的操作使用。了解認知初步掌握++++綜合運用5具備較強的計算機應用能力，基本掌握機械設計與仿真軟件如CAD、PROE的使用，初步具備建模及仿真能力，實現夾具的虛擬裝配和分析。了解認知初步掌握++++++綜合運用6了解機械制造行業的設計、生產、開發以及環境保護的法律、法規，能正確認識機械工程對客觀世界和社會的影響（對應專業能力要求8）了解認知初步掌握++++++綜合運用7培養主動學習習慣及終身學習能力；培養責任感、職業道德及組織管理能力；初步具備交流、競爭與合作能力。了解認知初步掌握+++++++++++綜合運用2.4項目考核方式

項目小組成績采取節點考核方式。共設置3個考核節點：節點一包括零件分析、工藝規劃；節點二包括夾具設計，夾具虛擬裝配，夾具加工制造；節點三包括項目報告及PPT匯報答辯。各節點考核的依據為是否符合工程實際要求，重點是精度保證與結構工藝性。按照考核內容完成情況分為五檔，如表2所示。三次節點成績和為小組總成績。每個學生的項目成績由小組成績和組內成績綜合確定。組內成績由組長負責與小組成員依據在組內的貢獻討論確定。

3.1項目實施規劃

機械制造工藝及夾具設計二級項目以小組形式進行，實施進程如表3所示。3.2項目實施效果

圖3為學生完成的項目成果實例，項目內容涵蓋了CDIO全過程，使學生得到了從構思、設計、實施到運行全方位的培養和鍛煉。注重專業知識的實踐應用，加強設計制造質量的審核，讓學生深刻體會面向制造的設計理念。項目實施中有分工有合作，提高了學生的興趣和競爭意識。圖3夾具實物、裝配模型與裝配圖

4結束語

教學改革實踐證明，以實踐能力為導向、以分級項目為載體的工程技術人才培養模式，將理論知識融于豐富的實踐活動，建立了核心專業知識的有機聯系，鞏固了已有的教學成果，體現了專業特色。基于小組的學習與實踐極大地調動了學生學習的主動性，有助于學生創新意識、實踐能力、團隊精神和綜合素質的培養。

需要完善之處：進一步調動學生的學習主動性，使學生逐漸克服依賴心理，鼓勵學生大膽創新；提高實物加工能力，縮短加工時限，保證加工質量。參考文獻

[1] 胡志剛.構建基于CDIO理念的一體化課程教學模式[J].中國高等教育，2010，（22）：4445.

[2] M John，E Kristina，O Soren.The application of CDIO standards in the evaluation of Swedish engineering degree programmers[J]. World Transaction on Engineering and Technology Education，2012，5（2）：361364.

[3] 顧佩華，沈民奮，陸小華，譯.重新認識工程教育國際CDIO培養模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009：2125.

[4] 范丹紅，嚴文清.創新教學模式實現理論與實踐一體化[J].中國高等教育，2013，（12）：4244.

[5] 陳飛，孫斌，趙玉曉.基于卓越工程師計劃的三性實驗教學改革[J].教學研究，2013，36（5）：106109.Exploration on abilityoriented teaching mode based on CDIO projects

—Take specialized direction of mechanical manufacture and automation for instance

WANG Jun，WU Fenghe

（School of Mechanical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei，066004，China）

AbstractThe lack of training engineering capacity is relatively obvious in the higher education in our country.It has become an urgent issue to tackle in higher engineering education to achieve the practical ability specified in the professional training aim，meet the demands of companies.CDIO projectbased course system is constructed and aims at the specialized direction of mechanical manufacture and automation，guided by modern educational theory，and the interrelationships of key specialized courses are established around the hierarchical CDIO projects.The second level CDIO project of the mechanical manufacturing technology and fixture is designed.The project objective，content，implementation plan，check method and effect are introduced.The teaching reform practice has proved that this teaching mode based on CDIO projects is helpful to train students′ engineering capacity and comprehensive quality by means of the combination of subject knowledge and engineering practice.

Key wordsCDIO；teaching mode；engineering capacity；course system