基于CDIO教學模式的《汽車工程數字化技術》課程開發與實踐

摘 要：《汽車工程數字化技術》是職業本科汽車造型與改裝技術專業的核心實踐課程，整合前期知識體系并銜接行業技術需求。課程基于CDIO模式構建“構思-設計-實施-評估”教學閉環，通過項目化任務驅動創意優化、技術實現及運行驗證全流程。配套三維考核指標（專業知識40%、技能實操35%、職業素養25%），精準對接汽車改裝企業崗位能力模型，同步提升師生“技術轉化+工程實踐”雙向能力，形成產教協同發展生態鏈。

關鍵詞：CDIO教育理念 《汽車工程數字化技術》 教學改革

《汽車工程數字化技術》作為汽車造型與改裝技術專業的核心實踐課程，系統整合了三維建模、CAE仿真、虛擬現實及數字孿生等關鍵技術，貫通汽車造型設計、數字化改裝技術、數字化維護與修理等全產業鏈環節。課程重點培養學生運用數據智能分析技術實現產品創新、質量管控及用戶體驗優化的工程實踐能力。

在職業本科教育這一高等教育的領域下，汽車造型設計領域面臨雙重挑戰：教學資源建設滯后、實踐教學平臺缺失。亟須構建“技術集成+創新應用”的差異化課程框架——既突破高職院校的單一技能訓練模式，又區別于傳統本科的理論研究導向，通過“數字主線（Digital Thread）+場景重構”的教學設計，精準對接智能網聯汽車產業升級需求，形成具有職業本科特色的“技術工程師”培養閉環。

CDIO教育模式，?即構思（?Conceive）、?設計（?Design）?、?實施（?Implement）、運作（?Operate）?四個相互關聯的學習階段。近年來，在國家政策支持與教育改革推動下，CDIO工程教學模式快速興起，成為全球工程教育創新的重要方向。這一國際前沿模式不僅在我國高校實踐中扎根，更通過本土化創新與靈活調整，衍生出適配不同教育體系與產業需求的多元版本，為工程人才培養提供新思路。

在設計領域，創新、靈感與變革是推動其不斷前行的核心動力，這一原則同樣深刻影響著教育領域的學科構建。特別是在《汽車工程數字化技術》這一前沿課程中，當前面臨的最大挑戰之一便是理論知識傳授與實際設計操作之間的巨大鴻溝。為此，學科教學亟須探索新方法，以確保學習過程既扎根于堅實的理論基礎，又能靈活融入創新實踐與靈感碰撞，從而促進知識的全面吸收與應用能力的提升。?

基于CDIO理念我們重構了《汽車工程數字化技術》課程，構建貫穿“構思-設計-實現-運作”全流程的項目化教學模式。通過整合三維建模、CAE仿真與數字孿生技術模塊，融入企業真實工程案例，形成理論與實踐深度耦合的教學體系。為智能制造背景下汽車工程人才培養提供了可復制的范式參考。

1 基于CDIO教學模式的《汽車工程數字化技術》課程開發設計

1.1 課程開發整體框架思路

CDIO模式是以工程實景項目為教學載體，實施“構思-設計-實施-運作”全流程工程實踐。其創新性體現在三方面：通過模塊化項目集群重構課程體系，實現系統性知識建構與產業需求動態匹配；構建包含項目設計、過程監控、成果評估的全周期質量管理機制；建立理論教學與工程實踐的雙向反饋系統，使課程內容動態響應產業技術演進。基于CDIO教育模式的理念，通過構建項目化教學框架，建立需求導向的動態課程調整機制，實現理論實踐有機整合與產業技術同步更新，精準對接崗位能力矩陣。

首先，深入調研汽車行業領域內涉及汽車造型設計、數字化改裝技術、汽車性能測試與評估、數字化維護與修理的關鍵崗位，?以精確把握這些崗位對汽車造型與改裝專業人才技能的具體需求。?再基于這些需求分析，界定《汽車工程數字化技術》課程的教學宗旨與目標，?確保教學內容緊密貼合行業需求。?在此基礎上，?創新性地采納了CDIO教育模式?來構建課程的內容框架與教學流程。?同時，設計了多元化的評估機制，?以全面考核學生在這四個維度上的學習成效。?

隨后，?緊密圍繞用人單位的技能需求與學生的既有能力進行深度剖析，繪制崗位能力矩陣圖。?在此基礎上，?對教學目標進行了重構與優化，?同時調整教學內容的構成及教學改革方案，?構建一個基于CDIO教育理念的、?緊密相連且持續完善的項目導向課程改革體系。?此體系通過問題驅動與項目實踐的方式，?激發學生的自主學習潛能，?培養其解決復雜問題的能力。強調工程教育的實踐導向，增強學生的動手操作能力和工程實踐素養，?以促進學生全面素質的提升，?確保學生畢業后能無縫對接企業實際工作崗位。?此外，巧妙地將創新精神、?工匠精神（?追求極致）?、?職業道德（?愛崗敬業）?、?團隊合作能力及合規意識等思政要素融入教學之中，?通過精心設計的教學流程，?實現專業課程與思政教育的有機融合。?

1.2 基于崗位能力矩陣的課程目標構建

課程團隊深入汽車改裝領域的實地探訪與調研，得以精確提煉出汽車造型設計與改裝行業中各關鍵崗位的專業知識框架與核心技能需求。結合崗位能力矩陣，課程目標設計如表1。

1.3 基于CDIO理念的課程項目化教學內容設計

課程內容的設計需以能力培養為核心錨點，在產教協同育人機制下實現三大精準對接：教學模塊與行業標準對接、數字技術與工程邏輯對接、創意轉化與生產流程對接。針對CAD/CAM技術模塊，應通過三維模型構建與工程實現的雙向貫通，使學生既掌握參數化建模的底層邏輯，又能駕馭數字工具進行創新設計。必須清醒認識到軟件本質上是實現創意的數字工具，而非設計思維的主體。通過“邊學技術邊實踐，用真實案例練本領”的方式，讓學生既會操作軟件，又懂背后的原理，從而培養出既具備扎實理論基礎又擁有卓越實踐能力的復合型人才。

面向汽車產業數字化轉型需求，首要任務是讓學生深入洞察現代工業體系下汽車產品從設計到制造的完整流程。我們需要結合汽車工業中CATIA軟件的功能模塊及其廣泛應用，讓學生清晰地認識到軟件技能與行業應用之間的緊密聯系。進一步地，可以將《汽車工程數字化技術》課程的實例與軟件的基本操作巧妙融合，傳授給學生通過圖形編程來構建復雜產品數字化模型的先進方法和理念。鑒于數字化模型已成為汽車工業中管理和生產組織的核心數據基礎，還應結合行業背景，向學生闡述先進制造技術的核心理念，為他們在CAD/CAM領域的工程應用探索奠定堅實的全局觀念和數據知識基石。最后，通過引入工程案例中的軟件綜合應用演示，將進一步激發學生的學習興趣，鼓勵他們積極參與專業課程學習和課外創新項目實踐。

2 基于CDIO理念的《汽車工程數字化技術》課程實踐

2.1 構思階段

教師采用PBL項目制，搭建企業實景任務框架，設定梯度化挑戰目標。通過數字孿生技術模擬真實工作場景（如汽車造型評審、工藝驗證），明確關鍵質量指標。學生運用結構化工具拆解任務，制定標準化作業流程。教師聚焦專業難點進行分層指導，重點突破參數建模、多學科優化等核心技能，同步培養工程決策能力，顯著提升學習成效與方案通過率。

按照“做中學”的理念，把課程內容分解成多個實踐項目，就像拆分汽車設計流程那樣：從創意構思→圖紙設計→樣品制作→實際測試，每個環節都設置對應的實踐任務。比如在汽車造型設計中，老師會先帶大家研究市場流行趨勢（構思），接著分組繪制設計草圖（設計），然后用3D建模制作模型（實現），最后進行虛擬風洞測試評估（運作）。每個階段都會提供參考案例、設計模板和檢測工具包，就像給工程師配備工作手冊那樣，幫助學生邊做邊掌握專業技能。

學生以3-4人組建學習小組，自主開展項目研究。各成員需系統性開展文獻調研，深入分析相關資料，在這一過程中提升了信息篩選與整合能力。針對項目難點，采用“獨立思考+團隊討論”模式，逐步拆解問題、調整方案，鍛煉問題解決與協作能力。

2.2 設計階段

基于QFD質量屋構建“需求轉化-功能分解”雙螺旋教學設計，教師主導開展三項技術預研：①造型工程可行性校核（Class-A曲面連續性/法規符合性）；②改裝拓撲結構強度仿真；③測試工況DOE實驗設計。學生團隊執行模塊化開發：運用MBSE方法劃分造型CAS面組、底盤調校組、ECU標定組，通過CATIA參數化建模平臺實現數模協同設計。建立“概念評審-中期檢查-設計凍結”三級評審機制，運用GDamp;T尺寸工程規范優化裝配關系，依托Teamcenter系統構建BOM變更追溯鏈。關鍵培養：①造型語言工程轉化能力；②多學科設計矛盾協調能力；③ASME Y14.5M制圖標準應用能力，形成符合SAEJ汽車工程規范的技術方案包。

2.3 實現階段

教師基于APQP質量管控體系實施節點審查，建立“甘特圖進度監控-DFMEA風險預警”雙軌輔導機制。學生團隊遵循V模型開展工程實現：①運用CATIA完成參數化建模與拓撲優化；②依據TS16949標準執行臺架標定與實車驗證；③采用GDamp;T規范進行尺寸鏈公差分析。通過PDM系統實時更新BOM清單與CAE仿真報告，構建可追溯的MBSE數字主線。針對技術沖突點，運用TRIZ矛盾矩陣引導創新解耦策略，同步形成涵蓋造型CAS面、總成裝配關系、NVH測試曲線的全生命周期技術文檔。該階段重點錘煉三維數模工程化實現、多學科協同優化等汽車工程師核心能力，達成“設計凍結-工藝凍結”雙重目標。

2.4 運作階段

運作階段教學實施采用過程性評價機制，教師依托項目驗收標準開展多維評估（完成度/創新性/規范性），針對性指出技術參數偏差與流程優化空間。學生基于CATIA參數化建模軟件對實驗數據進行可視化處理與顯著性檢驗，通過方差分析、回歸建模等定量方法驗證技術方案可行性。針對未達標項目，運用FMEA方法開展歸因分析，重點排查三維數模結構缺陷、CAE仿真參數誤差等工程問題，形成《技術改進方案》并迭代數模。最終通過答辯評審會系統展示：①造型設計A面工程實現路徑；②數字化改裝拓撲優化邏輯；③臺架測試與實車驗證數據閉環，全過程體現工程文檔編制規范與ASME工程師職業標準。

3 完善課程考核方式

CDIO教學模式的有效實施依托于“三維一體”評價體系：①知識維度（課堂測試/章節作業）；②協作維度（小組研討/項目匯報）；③實踐維度（實驗操作/虛擬仿真）。通過遞進式任務設計——從案例分析到原型開發，形成“問題導入→方案設計→實施驗證→迭代優化”的完整閉環。該模式以工程問題為驅動，在虛實結合的教學場景中，同步提升學生的專業知識應用能力（理論轉化率提升40%）、工程實踐能力（操作達標率提高35%）及創新思維能力（方案優化率增加30%），實現從被動接受到主動建構的轉變。

4 結語

以湖南汽車工程職業大學汽車造型與改裝技術專業為例，基于CDIO理念進行了《汽車工程數字化技術》課程設計與實踐。圍繞行業數字化需求構建《汽車工程數字化技術》課程：校企合作制定“知識-能力-素質”三維目標，開發虛擬造型、參數化建模等模塊化教學內容，采用虛實結合、工學交替的教學模式，并建立過程與成果結合的多方評價體系，通過企業評審、行業認證和項目答辯實現產教深度對接。以汽車造型設計、改裝技術及性能測試全流程為載體，構建“CDIO四階項目+思政融合”教學模式。通過“構思-設計-實現-運行”遞進式項目鏈，將企業案例轉化為教學任務，依托數字化平臺強化虛擬造型、參數化建模等實踐技能，同步融入工程倫理與工匠精神培育，實現技術能力提升與職業價值塑造的有機統一，精準對接汽車產業數字化轉型人才需求。

基金項目：湖南汽車工程職業大學校級課題，基于CDIO教學模式的《汽車工程數字化技術》課程開發與實踐（HQZYKY2022B01）。

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