新工科背景下CDIO理念在“計算機輔助+X”類課程中的改革及實踐

吳晨剛，王慶禮，張樂平，譚欣珍

（江西理工大學 能源與機械工程學院，江西南昌 330013）

新工科建設的核心任務之一是新工科專業建設及人才培養，其中人才培養是新工科建設滿足行業、產業和未來發展需要的核心任務[1]。新工科專業建設注重信息通信、電子控制、軟件開發等新技術與傳統工業技術的緊密結合，實現機械的數字化、網絡化、智能化[2，3]。

CDIO模式的愿景是為學生提供一種強調工程基礎，并建立在真實世界產品和系統“構思-設計-實現-運行”過程基礎上的工程教育[4]，強調以學生為主體，采用以工作過程為導向的項目驅動教學方法。

“計算機輔助+X”課程是需要計算機的輔助才能最大限度發揮作用的一類課程，涉及課程包括計算機輔助設計、計算機輔助制造、計算機輔助工程、三維造型、計算機圖形學、虛擬現實技術等，是很多工科專業的必修課程[5]。本文以江西理工大學軟件工程+機械背景類專業開設的“計算機輔助+X”類課程為例展開分析，課程主要培養學生使用計算機輔助進行三維建模、加工、仿真以及二次開發的能力。希望本研究能起到拋磚引玉的作用，為新工科背景下 CDIO模式在“計算機輔助+ X”類課程中的應用提供一種新思路。

1 課程教學現狀

1.1 教學內容設計不合理，缺乏前瞻性、綜合性

“計算機輔助+X”課程主要講授計算機技術、軟件開發技術、計算機圖形學、機械制圖、機械設計與制造等知識，是未來智能制造行業發展的核心技術之一。近年來知識更新越來越快，對學生綜合能力的要求也越來越高。如果課堂上講述的知識僅限于某一種軟件的用法，而不教授軟件的二次開發及與各項技術的融合[6]，那么學生進入社會后，其發展前景有限。只純粹介紹軟件使用方法，而不能將專業理論（比如連桿的截面尺寸為什么是這個尺寸，能否大一些或者小一些，原因是什么？）融入設計和制造過程中，最后可能導致設計的作品不符合工程實際情況。

1.2 教學模式落后，對學生創新能力培養有限，學生主動性不足

課程教學過程一般以課堂學習為主，學生在課堂上掌握課程內容，“一講一練”，側重于講解軟件的簡單操作應用，忽略了學生自主學習能力和團隊合作能力的培養。有些甚至只講理論、算法，沒有實踐，更談不上對創新能力的培養。學生課內學、課外閑，沒有充分利用課外時間開展活動，比如引導學生參加各類與課程相關的工作室；參與各類創新設計大賽、軟件開發大賽等，沒有與創新創業得分、綜合素質得分等充分結合起來。課程之間的融合不夠，實際應用能力培養不足，無法有效激發學生的積極性和主動性。

1.3 課程考核、評價方式單一，未能客觀、全面評價學生能力

課程考核方式依舊采用平時成績30%-40%，期末考試60%-70%[7]的方式。平時成績集中于出勤、課堂表現及作業，考查范圍有限。期末考試全班學生“一張卷”“一臺電腦”，學習的深度和廣度有限，缺少探索性、個性化教育和因材施教。重視基本知識點的考查，缺少對高素質工匠型人才應具有的創新能力、團隊協作能力、工匠精神等的培養和評價。

2 課程設計與實踐

項目以軟件工程+機械背景專業“計算機輔助+X”類課程為例。以項目分析、理論學習、軟件開發、使用軟件設計產品到產品運行的整個生命周期為主線，讓學生以主動的、實踐的、相關課程之間有機聯系、一體式[8]方式學習“計算機輔助+X”類課程；以“三三制”為手段開展教學，強調教學、實踐、教學評價三方面的內容；課程教學將教學內容、教師、學生三者有機地聯系起來；教師與教學內容之間進行知識更新的交互，教師與學生之間進行知識交換創新的交互，學生與教學內容之間進行知識獲取（知識點和獲取知識途徑等）的交互，如圖1所示。

圖1 “三三制”模型

2.1 構建教學新模式

以工程項目、學科競賽等為手段，以問題為先導設計課程，整合知識點，讓學生有一個完整的工程實踐經歷。以項目實施作為主線，將其貫穿課程設置全過程。學生對目標進行分析研究，并設計內容和實施方案，將方案轉化為產品或系統。然后經過不斷調試、修改，形成一個完善的產品或系統。如圖2所示。

圖2 CDIO理念下“計算機輔助+X”類課程教學模式設計

2.2 搭建教學新內容

以項目為引導，以工程能力培養為目標，根據課程大綱[9]要求，將新技術、新方法、新理論（二次開發、語音繪圖、人工智能）等有效融入“計算機輔助+X”類課程當中，強調課程內容的動態性和時效性。設立綜合性、熱門的實踐項目，讓學生學習與該項目有關的知識和新技能。

實踐項目主要包括基于知識點的實踐項目（知識點驗證）、基于創新的實踐項目（與時下熱門技術的融合）、基于競賽的實踐項目（學科競賽等）。

2.3 創建考評新體系[10-11]

“計算機輔助+X”類課程基于CDIO理念的一體化內容教學，強調實踐環節，培養學生解決實際工程問題的能力、自我學習知識能力和創新能力。課程考核從平時表現（30%-40%）、課程考試（論文）（35%-45%）、附加分（15%-35%）等方面進行綜合評價，大大降低課程總評中考試卷面分的比重[12]，附加分中的部分考核業績如圖3所示。

圖3 課程實例及部分成果

3 實踐結果及結論

項目從2018年開始實踐，“計算機輔助+X”類課程深受學生喜愛，課程教學效果良好，課程平均分在73.2-83.6分之間，課程評教優秀。截至目前，基于該課程孵化的成果豐碩。授權發明專利7項，實用型新型多項，授權軟件著作權20余項，制作“精準射門”模型1件。獲三維創新設計大賽（國賽、省賽）二等獎以上40余項，先進成圖大賽（省賽）5項，“互聯網+ ”校級銅獎3項，節能減排獎5項。國家級、省級創新創業項目10項，校級線上線下精品課程3項，出版教材2部。同時課程積累了豐富的素材庫和資源庫

新工科對工程教育有新要求，不僅僅是理念上的更新，更重要的是在實現學科交叉、專業智能的同時，使教師、學生適應時代需求。本次改革探索，基于CDIO理念，以項目、競賽等為引導，以“三三制”為手段，在一體化課程設計的指導下，充分調動了學生的學習興趣和積極性，學生團隊均取得良好成績，實現了新工科背景下的課程培養目標和教學要求。