基于CDIO的機(jī)械專業(yè)課程體系的設(shè)計與實施

尹曉偉等

摘要：針對應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)應(yīng)用型工程人才的特點，引入CDIO工程教育理念，重構(gòu)了機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的課程體系，強(qiáng)調(diào)學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的全面提高，在實施過程中應(yīng)用項目教學(xué)法，將離散的知識點進(jìn)行有目的的銜接與訓(xùn)練，變成學(xué)生易接受和掌握的知識群，效果顯著。

關(guān)鍵詞：工程教育；課程體系；項目教學(xué)法

作者簡介：尹曉偉（1976-），女，吉林公主嶺人，沈陽工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院，副教授；張陳（1963-），男，遼寧沈陽人，沈陽工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院院長，教授。（遼寧 沈陽 110136）

基金項目：本文系2012年度遼寧省普通高等教育本科教學(xué)改革研究項目“基于CDIO理念的機(jī)械類卓越工程師人才培養(yǎng)模式改革與創(chuàng)新研究”（項目編號：2012-151）的研究成果。

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0134-03

應(yīng)用型本科院校是實施應(yīng)用型本科教育，培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才的高等學(xué)校，它是在經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和高等教育大眾化的必然產(chǎn)物，它不同于研究性大學(xué)、職業(yè)技師院校的大學(xué)類型，肩負(fù)著推進(jìn)中國高等教育大眾化，培養(yǎng)“數(shù)以千計的高級專門人才”的歷史重任。應(yīng)用型本科院校面向現(xiàn)場、面向?qū)嶋H、重在培養(yǎng)具有高深知識、實踐能力和職業(yè)道德的應(yīng)用型人才，他們將從事科技含量高、綜合性強(qiáng)的技術(shù)工作和經(jīng)營管理工作，解決工程或生產(chǎn)中的實際問題，并逐漸成長為工業(yè)工程現(xiàn)場或企業(yè)一線的骨干力量。[1]

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）

和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立以CDIO命名的國際合作組織。[2，3]2006年初，汕頭大學(xué)工學(xué)院成為中國第一個CDIO國際合作組織成員。2008年12月以來，在教育部高教司理工處倡議和課題組的框架下組成了由39所院校參加的CDIO工程教育試點工作組，分機(jī)械、土木、電氣和化工四大類試點實施CDIO工程教育模式。幾年來，第一批、第二批試點高校在推進(jìn)CDIO工程教育改革方面取得了良好的進(jìn)展和成效。

我國許多高校吸收歐美先進(jìn)的CDIO工程教育理念，結(jié)合一般工科院校應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的特點，開展以“CDIO為特色”的工程教育模式的研究與實踐，實現(xiàn)實用型人才培養(yǎng)的整體目標(biāo)。國內(nèi)外的經(jīng)驗都表明CDIO的理念和方法是先進(jìn)可行的，適合工科教育教學(xué)過程各個環(huán)節(jié)的改革。CDIO工程教育模式的研究與實踐在我國才剛剛起步，還有許多問題需要解決。因此，開展基于CDIO的工程教育人才培養(yǎng)模式改革，并結(jié)合學(xué)校、專業(yè)的實際情況進(jìn)行創(chuàng)新，不但有利于豐富CDIO的理論研究，更有利于提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量，滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對工程人才的需求。同時，對其他工科院校的工程教育改革也具有非常重要的借鑒與推廣意義。

沈陽工程學(xué)院（以下簡稱“我院”）作為一所新建應(yīng)用型本科院校，一直在培養(yǎng)應(yīng)用型高級人才的道路上不斷學(xué)習(xí)和探索，試圖找出一條適合我院發(fā)展的道路。幾年來，筆者不斷地學(xué)習(xí)，不斷地總結(jié)和改進(jìn)，取得了一定的成績，但是落后的教學(xué)模式和課程體系從根本上制約了我院教育改革的深入。2011年機(jī)械系成立“CDIO”研究室，正式將CDIO工程教育模式引入我院，通過學(xué)習(xí)研討，重新思考了工程教育改革的模式與路徑，參照汕頭大學(xué)和一些試點高校的改革方案，對我院機(jī)械專業(yè)人才培養(yǎng)的課程體系做了改革和實踐，取得了可喜的成果。[4]

一、創(chuàng)建以項目為依托的課程體系

按照CDIO的培養(yǎng)模式，機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)結(jié)合自身專業(yè)特色，提出了以一級、二級、三級設(shè)計項目為依托的課程體系。通過以項目為紐帶的設(shè)計，將學(xué)生的理論知識學(xué)習(xí)和實踐能力訓(xùn)練系統(tǒng)融合，將扎實的專業(yè)知識學(xué)習(xí)和工程實踐能力培養(yǎng)系統(tǒng)結(jié)合起來，將知識學(xué)習(xí)和實踐能力培養(yǎng)、團(tuán)隊合作精神等有機(jī)地結(jié)合起來。圖1是基于CDIO模式的機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)課程計劃魚骨圖。[5]

整個培養(yǎng)方案和課程體系，圍繞機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計與制造展開，組織學(xué)生參與數(shù)個特定機(jī)械設(shè)計與制造項目課程安排，如減速箱測繪、縫紉機(jī)拆裝、機(jī)械裝備設(shè)計、齒輪制造、產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、模具設(shè)計與制造和機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計與制造綜合項目等。將CDIO項目按規(guī)模和范圍劃分為三個層次：一級項目為包含機(jī)械專業(yè)主干課程和能力要求的項目，通過幾門主干課程的系統(tǒng)融合，是學(xué)生掌握專業(yè)知識的總體思路，加強(qiáng)學(xué)生對專業(yè)主旨的把握；二級為包含一組相關(guān)課程（課程群）、能力要求的項目，課程門數(shù)不限，關(guān)鍵是通過課程群使學(xué)生對某一專門知識有充分的理解和掌握，包括理論上的理解和實際的操作；三級為單門課程內(nèi)為增強(qiáng)學(xué)生對某門課程的理解和能力的掌握而設(shè)的項目，在課程教學(xué)環(huán)節(jié)中增加項目設(shè)計，使學(xué)生對該門課程達(dá)到真正掌握并能夠?qū)⒅R應(yīng)用與實踐。

在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)設(shè)計了四個一級設(shè)計項目，六個二級設(shè)計項目，每門課程一個或幾個三級設(shè)計項目為導(dǎo)向的一體化課程體系。

二、項目的構(gòu)思和設(shè)計

1.一級項目的構(gòu)思和設(shè)計

一級項目是專業(yè)知識的匯總，貫穿專業(yè)主干課程全部知識，從產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計、制造到使用、維修、保養(yǎng)、報廢的系統(tǒng)知識，使學(xué)生有機(jī)會把所有知識有機(jī)地聯(lián)系起來，讓學(xué)生在獲取知識的同時，更要掌握知識的運(yùn)用。“專業(yè)導(dǎo)論”課程作為大學(xué)課程中的第一個一級項目，以減速器為例介紹機(jī)械產(chǎn)品全生命周期，從產(chǎn)品的市場調(diào)查、需求分析、方案設(shè)計、機(jī)構(gòu)設(shè)計，到產(chǎn)品試制和測試、調(diào)試等。以減速器為例，分析產(chǎn)品在全生命周期過程中設(shè)計到的相關(guān)知識，進(jìn)而向?qū)W生介紹為使學(xué)生獲得這些知識而開設(shè)的相關(guān)課程，及專業(yè)課程體系的設(shè)置，并進(jìn)一步向?qū)W生介紹專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)要求以及專業(yè)的招生、就業(yè)和師資隊伍建設(shè)。具體內(nèi)容見圖2所示。通過專業(yè)導(dǎo)論課程，是學(xué)生在進(jìn)行本科課程學(xué)習(xí)之前，就能夠?qū)Ρ緦I(yè)的知識獲取與課程設(shè)置緊密聯(lián)系起來，使學(xué)生對大學(xué)四年的學(xué)習(xí)有個整體的規(guī)劃和認(rèn)識，為學(xué)生設(shè)計一個學(xué)習(xí)愿景，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

一級項目“機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計與制造綜合項目”采用循序漸進(jìn)、層層深入的方式，從一級減速器設(shè)計、二級減速器設(shè)計、工程承力結(jié)構(gòu)設(shè)計、鉆床設(shè)計、C6140車床機(jī)械、電氣的設(shè)計、總裝、調(diào)試和故障診斷、模具設(shè)計與制造、設(shè)計和數(shù)控機(jī)床改造、數(shù)控機(jī)床設(shè)計等，從簡入繁，將所學(xué)的專業(yè)知識逐漸應(yīng)用到更復(fù)雜的一級項目設(shè)計中，從而將大學(xué)四年所學(xué)的知識做了最有效的連接，實現(xiàn)了從基于知識的教學(xué)向基于項目的教學(xué)轉(zhuǎn)變。

2.二級項目的構(gòu)思和設(shè)計

二級項目是基于課程群的綜合性設(shè)計項目，它把原來零散的知識點有機(jī)地結(jié)合起來，使學(xué)生認(rèn)識到有機(jī)的、關(guān)聯(lián)的知識群而不是孤立的知識點，加深學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對知識的理解和運(yùn)用。比如，材料力學(xué)課程，四大變形的講解原來只限于理論講解和解題思路，沒有與實際相關(guān)的實例和范例，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)完力學(xué)課程后不知道如何使用力學(xué)知識。進(jìn)行二級項目設(shè)計后，筆者將力學(xué)課程與后續(xù)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計專業(yè)基礎(chǔ)課程聯(lián)系起來，用后續(xù)課程中的應(yīng)用范例，如減速器系統(tǒng)中的高速軸的變形分析來講解力學(xué)中的彎曲變形，做到理論知識和實際應(yīng)用結(jié)合。如圖3、4、5所示分別為產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計課程群、模具設(shè)計制造課程群、減速器設(shè)計課程群。其中產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計課程群將大學(xué)生創(chuàng)新大賽產(chǎn)品設(shè)計與3D工程制圖、力學(xué)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計等課程聯(lián)系起來，建立理論聯(lián)系實踐和具有創(chuàng)新特色的課程群改革方案。

3.項目驅(qū)動法應(yīng)用于三級項目

“項目驅(qū)動法”是通過實施一個完整的項目而進(jìn)行的教學(xué)活動，包括知識講授、實踐教學(xué)、演示、評價等完整的過程，其目的是在課堂教學(xué)中把講授理論知識與實踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，實現(xiàn)知識、技能之間的聯(lián)結(jié)，發(fā)展完整的職業(yè)能力。[6]

三級項目以單門課程為基礎(chǔ)，如專業(yè)必修課“模具設(shè)計與制造”在教學(xué)過程中采用項目驅(qū)動法，在為學(xué)生提供模具基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)上，根據(jù)該門課程教學(xué)需要設(shè)立了一門貫穿課程的實踐項目，項目設(shè)計內(nèi)容豐富、完整、全面，從設(shè)計、工藝到制造，給同學(xué)提供了充分的實踐鍛煉的平臺，要求學(xué)生在課程教學(xué)過程中，完成一副典型零件沖壓模具的設(shè)計，難度適度，旨在加深和強(qiáng)化學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，掌握模具基本設(shè)計方法，改變過去單純的理論課程講授，學(xué)生缺少動手環(huán)節(jié)，知識掌握不夠系統(tǒng)和靈活的現(xiàn)象。

又如“機(jī)械制造裝備設(shè)計”課程也采用了項目驅(qū)動法，用主軸箱設(shè)計項目來驅(qū)動教學(xué)過程，使學(xué)生在知識和能力上都有了提高，教學(xué)效果顯著。

三、結(jié)論

應(yīng)用型本科院校重在培養(yǎng)知識面較寬、基礎(chǔ)較扎實、應(yīng)用能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)好的高級技術(shù)人才，這樣才能在高教生態(tài)中找到發(fā)展空間。結(jié)合應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)特點和我院“工程教育，職業(yè)取向”的教學(xué)理念，充分發(fā)揮CDIO工程教育的優(yōu)勢，認(rèn)真研究具有特色的CDIO教學(xué)方法和人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，能夠盡快提高我院學(xué)生的整體水平和工程應(yīng)用能力。改革課程體系，強(qiáng)調(diào)理論知識和實踐結(jié)合，提高學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)，對培養(yǎng)工程教育人才具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊興林.應(yīng)用型人才及其培養(yǎng)模式的研究[J].黑龍江高教研究，

2007，（6）：50-51.

[2]陳冬松，孫陽春.CDIO工程教育模式下的工科院校人才培養(yǎng)途徑[J].現(xiàn)代教育管理，2011，11（12）.

[3]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[4]尹曉偉.謝剛.張陳.基于模具課程的項目教學(xué)法的研究與應(yīng)用[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報，2012，8（1）：100-102.

[5]吳鳴，熊光晶.以工程能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010，29（3）：54-59.

[6]張紅兵.基于工程項目的教學(xué)方法研究與應(yīng)用[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，19（2）：112-114.

（責(zé)任編輯：王意琴）