基于CDIO的機(jī)械設(shè)計(jì)類課程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系及方法研究

馮 勇 張 杰 薛小強(qiáng)

南京工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 江蘇南京 210067

機(jī)械設(shè)計(jì)類基礎(chǔ)課程是培養(yǎng)工科學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)，由于受傳統(tǒng)教學(xué)方法的影響及考核形式的限制，這類課程的教學(xué)效果一直不盡如人意。其主要原因是課程的內(nèi)容、教授方法、過(guò)程未得到有效的基于工程的實(shí)踐質(zhì)量監(jiān)督及反饋，導(dǎo)致影響教學(xué)效果的負(fù)面因素惡性循環(huán)。

1 國(guó)內(nèi)外工程教育現(xiàn)狀及分析

1.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

較多歐美高校的工程教育比較關(guān)注學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的掌握及其與實(shí)踐相結(jié)合的能力培養(yǎng)，這對(duì)我國(guó)工程類教育具有很好的借鑒作用。即便如此，近些年通過(guò)對(duì)歐美多家企業(yè)的調(diào)查結(jié)果表明，工程類課程的教學(xué)效果仍不盡如人意：調(diào)查的39 000多家公司中有31%的企業(yè)表示無(wú)法完成所需工程人才的招聘計(jì)劃，有49%的企業(yè)認(rèn)為未來(lái)5年高技能人才大量短缺，而70%的德國(guó)企業(yè)則表示將面臨工程類專業(yè)人才缺乏問(wèn)題(數(shù)據(jù)來(lái)源美國(guó)萬(wàn)寶盛華公司)。

圖1為國(guó)內(nèi)外獲得工程學(xué)士學(xué)位數(shù)量對(duì)比情況。從中可見(jiàn)，在中國(guó)獲得工程學(xué)士學(xué)位的人數(shù)遠(yuǎn)高于歐美國(guó)家及其他亞洲國(guó)家。但這并不意味著我國(guó)已解決歐美缺乏工程技術(shù)人員的困境，相反，我國(guó)機(jī)械或其他工程行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀更令人擔(dān)憂：行業(yè)不僅缺少領(lǐng)軍人物，更缺少大量的具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的工程技術(shù)人才。

圖1 國(guó)內(nèi)外獲得工程學(xué)士學(xué)位人數(shù)

1.2 存在的問(wèn)題

根據(jù)國(guó)內(nèi)外工程類課程教學(xué)質(zhì)量現(xiàn)狀分析，影響工程技術(shù)人才素質(zhì)培養(yǎng)的主要問(wèn)題如下：

(1)工程教育培養(yǎng)目標(biāo)不夠清晰，學(xué)生素質(zhì)結(jié)構(gòu)難以適合企業(yè)需要。企業(yè)十分注重的創(chuàng)新能力、敬業(yè)精神、團(tuán)隊(duì)合作、溝通能力、學(xué)習(xí)能力等未能通過(guò)高校教育得到有效培養(yǎng)和形成。

(2)高校與企業(yè)間的聯(lián)系不夠緊密，學(xué)生工程實(shí)踐能力不足。現(xiàn)有工程教育不能給學(xué)生提供充分的工程訓(xùn)練，工科學(xué)生實(shí)踐和設(shè)計(jì)能力有待進(jìn)一步提高。

(3)高校師資隊(duì)伍整體水平不高，教材內(nèi)容不適合工程教育需要，缺少有豐富企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)的教師，尚未建立企業(yè)人員來(lái)高校任教的制度，教師整體水平與國(guó)際化教育存在較大差距。

(4)管理體制與機(jī)制落后，教師忙于“事務(wù)”(項(xiàng)目申報(bào)、非專業(yè)學(xué)術(shù)性活動(dòng)等)，導(dǎo)致教師的教學(xué)精力投入不足，直接影響工程教育質(zhì)量。

1.3 解決途徑及方法

美國(guó)波音公司認(rèn)為能夠滿足企業(yè)需求的工程技術(shù)人員應(yīng)具備的能力為：較好掌握工程學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)、較好了解設(shè)計(jì)和制造流程、具有復(fù)合學(xué)科和系統(tǒng)的觀點(diǎn)、良好的溝通能力、較高的道德水準(zhǔn)、創(chuàng)新的思維能力，既能獨(dú)立思考，又能博采眾家之長(zhǎng)，具有終身學(xué)習(xí)的愿望以及深刻了解團(tuán)隊(duì)工作的重要性。因此，進(jìn)行基于CDIO(Conceive，Design，Implement，Operate)理念(構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作)的工程類課程改革與建設(shè)是解決上述不足的有效方法，而借鑒全面質(zhì)量管理(Total Quality Management，TQM)的思路構(gòu)建課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與決策體系，指導(dǎo)課程組織形式及課程內(nèi)容的不斷優(yōu)化調(diào)整則是該方法得以有效實(shí)施的保障，具體模式如圖2所示。

圖2 基于CDIO的課程改革與建設(shè)模式

2 借鑒全面質(zhì)量管理的課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系與評(píng)價(jià)方法

2.1 借鑒全面質(zhì)量管理的課程教學(xué)效果影響因素分析

全面質(zhì)量管理TQM由美國(guó)質(zhì)量管理專家菲根堡姆于1961年提出。其核心思想認(rèn)為企業(yè)經(jīng)營(yíng)應(yīng)是一種全員、全過(guò)程、全企業(yè)的品質(zhì)經(jīng)營(yíng)。它以質(zhì)量為中心，以全員參與為基礎(chǔ)，目的在于通過(guò)讓顧客滿意和本組織所有成員及社會(huì)受益而達(dá)到永續(xù)經(jīng)營(yíng)的管理途徑。培育優(yōu)化具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本是全面質(zhì)量管理的關(guān)鍵概念，只有從影響具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本因素研究入手，才能夠提供高素質(zhì)且不斷改進(jìn)的產(chǎn)品及服務(wù)。

從機(jī)械設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)特點(diǎn)分析：教學(xué)內(nèi)容及教師素養(yǎng)等是影響課程質(zhì)量具有競(jìng)爭(zhēng)力成本的主要因素。因此，若要建立基于CDIO的課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系必須首先從以下幾個(gè)主要方面入手。

2.1.1 理論教學(xué)內(nèi)容

國(guó)內(nèi)高校的機(jī)械設(shè)計(jì)類基礎(chǔ)課程主要是：機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)械原理課程。由于兩門課程內(nèi)容存在較大的重疊性且課程往往安排在不同的學(xué)期，導(dǎo)致整個(gè)教學(xué)時(shí)間及資源的浪費(fèi)，教學(xué)效果下降。為此，必須從認(rèn)知規(guī)律出發(fā)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的合理調(diào)整，達(dá)到基本機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的完備，并突出創(chuàng)新設(shè)計(jì)和現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)的訓(xùn)練。

2.1.2 項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容

項(xiàng)目式教學(xué)應(yīng)貫穿整個(gè)課程教學(xué)過(guò)程，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的項(xiàng)目研究與實(shí)踐的過(guò)程。其中，三級(jí)項(xiàng)目(隨課進(jìn)行)應(yīng)以促進(jìn)專業(yè)核心課程知識(shí)的學(xué)習(xí)為目的。二級(jí)項(xiàng)目(專業(yè)課程設(shè)計(jì)等)應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用專業(yè)核心知識(shí)模塊能力為目的。二級(jí)項(xiàng)目同時(shí)應(yīng)支持學(xué)科性知識(shí)和工程實(shí)踐能力專業(yè)教育和素質(zhì)教育，努力營(yíng)造職場(chǎng)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)符合企業(yè)需求產(chǎn)品和系統(tǒng)的能力。

2.1.3 教師素養(yǎng)

圖3 教師精力與教學(xué)效果的關(guān)系

教師是理論教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容得以有效教授的實(shí)施者。教師的教學(xué)方法、講解方式的選擇直接影響到理論教學(xué)內(nèi)容、項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容的傳授效果。但是目前國(guó)內(nèi)高校大多數(shù)教師存在不了解職場(chǎng)要求，不了解課程在全局中的作用、地位，尤其是教師的教學(xué)精力投入不足等問(wèn)題，直接影響工程教育質(zhì)量。因此，教師應(yīng)與企業(yè)保持緊密聯(lián)系，并以企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目為二級(jí)項(xiàng)目課題培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)的能力、運(yùn)用知識(shí)的能力、共享知識(shí)的能力及發(fā)現(xiàn)知識(shí)的能力。圖3為教師教學(xué)精力、科研精力對(duì)教學(xué)效果的影響關(guān)系。

2.2 基于層次分析法的課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系及評(píng)價(jià)方法

層次分析法AHP(Analytic Hierarchy Process)是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家薩迪(T.L.Saaty)于20世紀(jì)70年代初所提出。該方法把復(fù)雜問(wèn)題分解成各個(gè)組成因素，又將這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu)。通過(guò)兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對(duì)重要性。然后綜合有關(guān)人員的判斷，確定備選方案相對(duì)重要性的總排序。整個(gè)過(guò)程體現(xiàn)了人類分解—判斷—綜合的問(wèn)題求解思維特征。

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)特點(diǎn)，應(yīng)用AHP法從理論教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、教師及學(xué)生等方面構(gòu)建一個(gè)符合CDIO理念的機(jī)械設(shè)計(jì)類課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與決策體系框架。該框架是由體系層和決策層所組成的閉環(huán)體系，具體結(jié)構(gòu)形式如圖4所示。該框架的體系層由3部分構(gòu)成：一是考核標(biāo)準(zhǔn)，即人才培養(yǎng)目標(biāo)所確定的實(shí)踐教學(xué)、理論教學(xué)部分的考核形式及標(biāo)準(zhǔn)，它是教學(xué)質(zhì)量保障的主要監(jiān)控點(diǎn)。二是過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)，即教學(xué)大綱的制定和實(shí)施、課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等各個(gè)環(huán)節(jié)、教學(xué)體系和內(nèi)容改革、教學(xué)方式與手段的選擇等。三是教學(xué)條件標(biāo)準(zhǔn)，它包括教學(xué)管理隊(duì)伍的配備、師資的配備、實(shí)踐場(chǎng)所及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的配備等。決策層則由5部分構(gòu)成，這5部分是對(duì)構(gòu)成體系層3部分的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)果由學(xué)生在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，根據(jù)個(gè)人及團(tuán)隊(duì)的主觀判斷而得到。該課程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系與評(píng)價(jià)方法既可以定量研究影響教學(xué)質(zhì)量的因素又可定性研究以完善的手段來(lái)建立健全課程質(zhì)量監(jiān)控體系。

圖4 課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與決策體系框架

2.3 算例

根據(jù)判斷矩陣標(biāo)度定義并綜合學(xué)生在課程結(jié)束并參與實(shí)踐鍛煉的基礎(chǔ)上得到表1和表2中的判斷矩陣數(shù)據(jù)。

表1 B層判斷矩陣及其權(quán)重計(jì)算

表2 C層判斷矩陣及其權(quán)重計(jì)算

由表1和表2中的內(nèi)容可以得到B層相對(duì)于A層的權(quán)重矩陣WBA以及C層相對(duì)于B層的權(quán)重矩陣WCB為如下結(jié)果：

然后按照同樣的方法，首先，建立最底層－方案層D層的判斷矩陣，由于D層的判斷矩陣的表格有6個(gè)，在此不再詳細(xì)列出；其次，計(jì)算D層各判斷矩陣相應(yīng)的相對(duì)于C層的權(quán)重矩陣WDC；最后，經(jīng)計(jì)算得到D層相對(duì)于A層的權(quán)重矩陣WDA。

從D層相對(duì)于A層的權(quán)重矩陣WDA的結(jié)果來(lái)看，可以得到如下以下幾個(gè)結(jié)論：

(1)對(duì)課程質(zhì)量影響因素的排列依次為：教師素養(yǎng)、教學(xué)設(shè)施、實(shí)踐環(huán)節(jié)及考核、教學(xué)實(shí)施方法、教學(xué)內(nèi)容、理論環(huán)節(jié)考核。

(2)教師素養(yǎng)由于直接影響到實(shí)踐環(huán)節(jié)、理論環(huán)節(jié)和教學(xué)實(shí)施等因素。因此，教師素養(yǎng)對(duì)課程質(zhì)量的影響結(jié)果占到主導(dǎo)地位。

(3)教學(xué)設(shè)施對(duì)于課程總體質(zhì)量而言有著舉足輕重的地位，是實(shí)踐環(huán)節(jié)、理論環(huán)節(jié)得以有效進(jìn)行的保證。

(4)理論考核對(duì)于課程總體質(zhì)量的影響最小，表現(xiàn)在CDIO教學(xué)思想下課程質(zhì)量偏重于知識(shí)的靈活應(yīng)用與學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中應(yīng)突出對(duì)學(xué)生“全方位全過(guò)程培養(yǎng)高素質(zhì)高技能機(jī)械設(shè)計(jì)人才”的教學(xué)方向，借鑒全面質(zhì)量管理的思路構(gòu)建了課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)框架，并應(yīng)用層次分析法對(duì)影響課程質(zhì)量諸多因素進(jìn)行了評(píng)價(jià)，得出了課程綜合教學(xué)改革的方向，對(duì)其他課程教學(xué)改革建設(shè)提供借鑒。

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