以工程能力为导向的CDIO项目式教学模式探索

1、以工程能力为导向的CDIO 项目式教学模式探索摘要 工程能力培养的缺失在我国高等教育中较为突出，达到专业培养目标规定的实践能力，满足企业需求是我国高等工程教育亟待解决的问题。以现代工程教育理念为指导，针对机械制造专业方向构建了 CDIO 项目式专业课程体系，以分级 CDIO项目为主线建立了核心专业课的相互联系。设计了“机械制造工艺及夹具设计” CDIO二级项目， 对项目目标、内容、实施、节点考核以及实施效果进行了介绍。实践证明，该项目式教学模式将理论和专业知识与工程实践融为一体，有利于培养学生的工程能力和综合素质。关键词 CDIO；教学模式；工程能力；课程体系中图分类号 G642.4文献标识码

2、 A 文章编号 10054634（ 2016）020098050引言按照国家和河北省中长期教育改革和发展规划纲要（ 20102020）和教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见中加强高等教育内涵建设、大力提升人才培养质量的要求， 燕山大学结合办学定位、 学科特色和服务面向等，明确应用型、复合型人才培养的目标定位，全面实施素质教育。以人才培养模式改革为核心， 推进教学团队、 教学模式、课程体系、课程教材、教学内容、教学方法、教学管理等综合改革。以国家“机械工程学研产互动与做中学创新创业型人才培养模式创新实验区”、国家特色专业、国家专业综合改革试点等11 项国家级本科教学质量工程建设项目以及 7

3、项河北省本科教学质量工程项目为依托，以机械工程类专业为试点，开展了工程类人才培养模式改革的一系列探索与实践，取得了明显成效。本文以机械制造及其自动化专业方向为例，并以二级项目为重点，介绍以工程能力为导向的项目式教学模式改革。1CDIO 项目式专业课程体系按照机械制造工程师培养目标要求，遵循知识学习与能力培养并重的原则，构建了基于团队的分级CDIO（构思设计实施运行）项目式课程体系1 ， 2。机械制造及其自动化专业方向的项目式课程体系框图见图1。CDIO 项目共分为三级3，4。（ 1） 三级项目设置于单门专业课内，以加强课程重点知识和技术的理解与应用为目的。可以作为一级或二级项目的子项目；（ 2

4、）二级项目是基于多门课专业知识有机融合、包含CDIO 全过程的项目。旨在提高学生利用专业知识解决实际问题的能力和素质；（ 3）一级项目是以专业知识综合应用和创新为目的的项目。一级项目有两类，即创新设计和毕业设计。创新设计一级项目旨在培养学生专业兴趣和创新意识，以具有一定创意的简单机电产品研制为主，可以是国家、省、校以及学院不同层次的创新项目，优秀作品可以参加各类创新设计大赛；毕业设计一级项目主要是让学生参与教师承担的企业产品开发及技术改造项目，提高学生的综合实践能力与素质。上述三个层次的项目都具有独立的研究设计内容、考核节点、考评标准、项目报告和演示汇报等。各级项目与各教学环节紧密衔接，项目间

5、相互关联，项目内容和实施从课内延伸到课外，从易到难、从基础到专业分层次进行，涵盖了专业基础知识和专业技能5 。2CDIO 二级项目设计2.1 项目目标本项目针对机械制造及其自动化专业方向设置，名称为“机械制造工艺及夹具设计” 。项目以典型零件机械加工为主线，形成机械制造工艺及工装设计的完整知识链，巩固已有专业技能、强化实践环节，为毕业设计和就业奠定基础。图 2 为二级项目知识结构。第 2 期王军吴凤和以工程能力为导向的 CDIO 项目式教学模式探索以机械制造及其自动化专业方向为例项目的具体目标是： （1）加深理解“机械制造工艺学” 、“切削原理与刀具” 、“机械制造装备” 、“数控技术与应用”

6、等专业课的联系及其在实际中的综合应用，强化设计制造一体化及 “产品全生命周期” 理念；（ 2）初步掌握文献检索、手册和图册等资料查询以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法； （3）注重理论联系实际的工程应用，初步具备分析与解决工程问题的能力。初步掌握综合运用所学知识进行机械加工艺规程制订及夹具设计；具备夹具三维建模能力；熟悉夹具制造、 检验与装配；（ 4）锻炼结构设计和制造、检测的实际动手能力； （ 5）引导学生主动学习，锻炼和提高组织能力、 交流能力以及团队合作与竞争能力， 培养责任感。图 2 机械制造工艺及夹具设计二级项目知识结构2.2 项目内容项目包括工艺制订、专用和组合夹具设计及实

7、物制作。主要内容如下。 （ 1） 零件的机械加工工艺规程制订，主要进行构思（ Conceive）和设计（ Design）能力训练；（ 2）零件的某工序专用/ 组合夹具的设计，主要进行构思（Conceive）和设计（ Design）能力训练；（ 3）专用 / 组合夹具的虚拟装配，根据夹具结构的正式图，绘制零件3D 图、完成夹具3D 模型的虚拟装配及装配过程的动态展示，主要进行实施（ Implement ）能力训练；（ 4）专用 / 组合夹具的实际制造与装配，主要进行实施（ Implement ）和操作（ Operate ）能力训练；（5）撰写项目报告和制作答辩 PPT，主要进行设计（ Desig

8、n）和实施（ Implement ）能力训练。2.3 项目能力矩阵根据专业能力培养目标制定项目能力矩阵，如表 1 所示，通过项目实施实现能力与任务的统一。1 了解机械制造工艺、工装与刀具现状及发展趋势；初步掌握文献检索、 资料查询、调研及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法。了解认知初步掌握 +综合运用 2 熟练运用专业知识， 通过零件定位、夹紧及工艺路线制定，保证零件的加工质量；能够分析和解决生产中出现的工艺和工装的相关问题。了解认知初步掌握综合运用 +3 掌握夹具的设计方法、步骤、要点以及夹具制造与装配工艺，初步具备设计结构合理、高效经济夹具的能力；了解创新设计方法。了解认知初步掌握综合

9、运用+4 初步掌握精度检测的方案制定、测试、数据处理与分析的能力；学会有关检具和测量仪器的操作使用。了解认知初步掌握+综合运用5 具备较强的计算机应用能力，基本掌握机械设计与仿真软件如CAD、PROE的使用，初步具备建模及仿真能力，实现夹具的虚拟装配和分析。了解认知初步掌握 +综合运用 6 了解机械制造行业的设计、生产、开发以及环境保护的法律、法规，能正确认识机械工程对客观世界和社会的影响（对应专业能力要求8）了解认知初步掌握 +综合运用7 培养主动学习习惯及终身学习能力；培养责任感、职业道德及组织管理能力；初步具备交流、竞争与合作能力。了解认知初步掌握+综合运用 2.4项目考核方式项目小组成

10、绩采取节点考核方式。共设置 3 个考核节点：节点一包括零件分析、工艺规划；节点二包括夹具设计，夹具虚拟装配，夹具加工制造；节点三包括项目报告及PPT汇报答辩。各节点考核的依据为是否符合工程实际要求，重点是精度保证与结构工艺性。按照考核内容完成情况分为五档，如表 2 所示。三次节点成绩和为小组总成绩。每个学生的项目成绩由小组成绩和组内成绩综合确定。组内成绩由组长负责与小组成员依据在组内的贡献讨论确定。3.1 项目实施规划机械制造工艺及夹具设计二级项目以小组形式进行，实施进程如表3 所示。 3.2 项目实施效果图 3 为学生完成的项目成果实例，项目内容涵盖了CDIO全过程，使学生得到了从构思、设计

11、、实施到运行全方位的培养和锻炼。注重专业知识的实践应用，加强设计制造质量的审核，让学生深刻体会面向制造的设计理念。项目实施中有分工有合作，提高了学生的兴趣和竞争意识。图3 夹具实物、装配模型与装配图4 结束语教学改革实践证明，以实践能力为导向、以分级项目为载体的工程技术人才培养模式，将理论知识融于丰富的实践活动，建立了核心专业知识的有机联系，巩固了已有的教学成果，体现了专业特色。基于小组的学习与实践极大地调动了学生学习的主动性，有助于学生创新意识、实践能力、团队精神和综合素质的培养。需要完善之处：进一步调动学生的学习主动性，使学生逐渐克服依赖心理，鼓励学生大胆创新； 提高实物加工能力，缩短加工

12、时限，保证加工质量。参考文献1 胡志刚 .构建基于 CDIO 理念的一体化课程教学模式J.中国高等教育，2010，（ 22）： 4445.2 M John ， E Kristina，O Soren.The application of CDIO standards in the evaluation of Swedish engineering degree programmersJ. World Transaction on Engineering and Technology Education，2012， 5（2）： 361364.3 顾佩华，沈民奋，陆小华，译 .重新认识工程教育国际

13、CDIO 培养模式与方法 M. 北京：高等教育出版社， 2009：2125.4 范丹红，严文清 .创新教学模式实现理论与实践一体化J.中国高等教育， 2013，（ 12）： 4244.5 陈飞，孙斌，赵玉晓 .基于卓越工程师计划的三性实验教学改革 J.教学研究， 2013，36（5）：106109.Explorationon abilityoriented teaching mode based on CDIO projects Take specialized direction of mechanical manufactureand automation for instanceWANG

14、 Jun， WU Fenghe（ School of Mechanical Engineering ， Yanshan University，Qinhuangdao ， Hebei， 066004， China） AbstractThe lack of training engineering capacity isrelatively obvious in the higher education in our country.It has become an urgent issue to tackle in higher engineering education to achieve

15、the practical ability specified in theprofessional training aim ， meet the demands ofcompanies.CDIO projectbased course system is constructed andaims at the specialized direction of mechanical manufactureand automation ，guided by modern educational theory ，and theinterrelationships of key specialize

16、d courses are establishedaround the hierarchical CDIO projects.The second level CDIOproject of the mechanical manufacturing technology and fixtureis designed.The project objective ，content ，implementation plan ， check method and effect are introduced.The teaching reform practice has proved that this t