基于CDIO的工程圖學(xué)教育改革探索

梁瑛娜　董志奎

摘要：本文提出了基于CDIO工程教育理念的工程圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及學(xué)習(xí)評估體系，該體系強調(diào)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實踐動手能力、跨文化溝通交流能力、團隊協(xié)作能力、社會責(zé)任與領(lǐng)導(dǎo)力的培養(yǎng)。本文對工程圖學(xué)教育改革進行的初步探索，希望可以起到一定的啟示和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué)；CDIO；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）31-0086-02

CDIO（Conceive—構(gòu)思、Design—設(shè)計、Implement—實施、Operate—運行）工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，它以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。將CDIO工程教育理念貫穿到工程圖學(xué)的教學(xué)過程當(dāng)中，采用項目式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生積極快樂地學(xué)習(xí)。

一、架構(gòu)CDIO特色的工程圖學(xué)教育體系

（一）目標(biāo)明確的教學(xué)內(nèi)容

企業(yè)要求培養(yǎng)的設(shè)計師不僅應(yīng)掌握繪圖知識，更應(yīng)當(dāng)對產(chǎn)品成本、效益、市場、銷售以及國內(nèi)外環(huán)境均具有適應(yīng)能力、想象力、創(chuàng)造力、計劃能力、預(yù)測能力，不能孤立地講授圖學(xué)知識，而應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。

1.三維造型設(shè)計。隨著工程系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加和計算機軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法在工程規(guī)模、設(shè)計質(zhì)量、設(shè)計工期和數(shù)據(jù)整合等方面都顯得力不從心，因此，三維造型技術(shù)逐漸成為設(shè)計發(fā)展的主流趨勢。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T26099.1-2010，2011年10月實施）規(guī)定：所有視圖應(yīng)由三維模型投影生成，不推薦在工程圖環(huán)境下繪制產(chǎn)生；除非某些無法用投影直接生成的示意圖和原理圖才允許在工程圖環(huán)境下繪制產(chǎn)生。

我院“畫法幾何與機械制圖”課程共有104學(xué)時，第一學(xué)期“畫法幾何”部分40學(xué)時，第二學(xué)期“機械制圖”部分64學(xué)時。我們選用Solidworks三維造型設(shè)計軟件，并將其貫穿到教學(xué)實踐中。在“畫法幾何”介紹到立體及其交線時，課堂教學(xué)中開始引入Solidworks三維造型軟件，幫助學(xué)生建立“體”的概念、體會立體交線的形成過程，目的是讓學(xué)生熟悉軟件界面，了解三維造型設(shè)計的基本思路。真正系統(tǒng)地講授并實踐三維造型是從“機械制圖”中的組合體開始，復(fù)雜立體的三維造型過程正好與組合體畫圖及讀圖所用的形體分析法不謀而合，使學(xué)生能夠更深刻的理解三維造型過程和形體分析法，同時進行基于實例的操作練習(xí)，為后續(xù)零件圖、裝配圖的三維造型設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。

三維造型的引入必將使傳統(tǒng)的畫法幾何受到壓縮，其中工程實際應(yīng)用不多的圖解法將被削弱。但三維造型與二維表達并非對立的兩部分，而應(yīng)是相輔相成、互相促進的。

2.徒手繪圖。在產(chǎn)品設(shè)計初期，徒手繪制二維或三維草圖可以迅速、便捷地表達設(shè)計意圖；在裝配、維修現(xiàn)場，由于缺少繪圖儀器和計算機，需要先徒手繪制草圖，再形成規(guī)范的工程圖樣；在進行參觀、學(xué)習(xí)、交流時，徒手繪圖可以快速捕捉學(xué)習(xí)信息和設(shè)計靈感。同時，有研究表明，在提高學(xué)生的空間視覺能力方面，徒手繪圖比計算機三維造型更為有效。徒手繪圖的教學(xué)應(yīng)側(cè)重于學(xué)生對基本方法和基本技巧的掌握，而不是對目測尺寸準(zhǔn)確性的強調(diào)。

3.基于工程實際的項目式教學(xué)。在進行了投影基本原理、組合體及表達方法的講授之后，學(xué)生已經(jīng)具備了基本的制圖能力，后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)件、零件圖及裝配圖的內(nèi)容實踐性較強，采用與工程實際相結(jié)合的項目式訓(xùn)練，可以達到更好的教學(xué)效果。

對于零件圖的講授，采用課堂教學(xué)與工廠實踐相結(jié)合的方式。課堂上對核心內(nèi)容進行講解后，帶領(lǐng)學(xué)生到校工廠進行參觀實習(xí)。學(xué)生通過對實際零件的觀察、思考，可以加深對軸套類、箱體類零件結(jié)構(gòu)特點及典型表達方案的理解；通過對各種加工方法及零件加工過程的參觀和實踐，體會不同加工方法所能形成的表面結(jié)構(gòu)及組織結(jié)構(gòu)，理解零件圖技術(shù)要求所規(guī)范內(nèi)容的必要性。將學(xué)生置于真實的生產(chǎn)環(huán)境中，不僅讓學(xué)生通過實際的動手操作對課堂講授的理論知識很快有了全面、深刻的理解，對學(xué)生形成工程責(zé)任感和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)也具有極其積極的意義。

在裝配圖的教學(xué)中，選用不同規(guī)格的齒輪油泵或減速器等實體模型，安排學(xué)生分組完成查閱資料、測繪、零件圖及裝配圖的三維造型、生成二維工程圖、撰寫項目報告及答辯等一系列過程，作為三級項目計入期末成績。在這個過程中，學(xué)生通過查閱資料了解齒輪油泵或減速器的用途、工作原理及性能等；每人要對裝配體中一個典型零件進行測繪，并繪制二維工程圖樣；全組同學(xué)合作進行裝配體三維造型，分析裝配關(guān)系、拆裝順序、各零件結(jié)構(gòu)特點和功用；撰寫項目日志、項目報告，制作PPT匯報答辯。三級項目強調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，強調(diào)在“做中學(xué)”、“做中思”，通過各個環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力、解決實際問題的能力、團隊協(xié)作的能力。

CDIO的培養(yǎng)計劃旨在設(shè)置豐富的實踐項目并輔以工業(yè)實習(xí)，利用課堂和現(xiàn)代化學(xué)習(xí)場所使其具有活潑的、實踐的、團隊的特色，及時與外界溝通，通過廣泛評估與評價不斷改進計劃。

（二）全面立體的教學(xué)方法

多媒體以其圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的表現(xiàn)形式，在展現(xiàn)圖解過程、立體模型、零件結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系方面有著不可比擬的優(yōu)勢，甚至有完全取代板圖教學(xué)和實體模型的趨勢。但是，多媒體動畫解題過程過快、交互性不夠等不足之處也是顯而易見的。相比之下，教師通過板圖則可以更清晰地將解題思路、作圖規(guī)范展示給學(xué)生，同時又便于觀察學(xué)生的接受程度，及時進行調(diào)整，師生之間能夠形成良好的互動。

目前，學(xué)院設(shè)有實體模型室1個，定期補充典型組合體、零部件及裝配體模型，供學(xué)生觀察、測繪使用?？紤]到模型成本及開放時間的限制，我們建立了虛擬模型庫，其中包括組合體模型、典型零部件及其加工視頻、零件測繪操作視頻、裝配仿真視頻、計算機繪圖教程視頻等，在學(xué)校網(wǎng)站上開放，供學(xué)生使用。我們還在學(xué)校網(wǎng)站上建設(shè)了輔助教學(xué)系統(tǒng)，包括與教材配套的CAI課件及習(xí)題解動畫。此外，我們還利用實時通訊工具以教學(xué)班為單位建立群，對普遍性問題及時進行在線答疑，了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，對教學(xué)做出適時調(diào)整。

（三）科學(xué)嚴(yán)格的評估體系

CDIO的學(xué)習(xí)評估體系指出，不同的能力應(yīng)用不同的方式進行考核：專業(yè)知識可用試卷或口頭測驗；CDIO相關(guān)的能力則可以用記錄、報告、自評、互評等形式進行。如果能將100分鐘的期末考試延伸至平時的學(xué)習(xí)、實踐過程中，可促進教學(xué)的高效實施。

1.隨堂測驗。在講授完每章內(nèi)容過后，選取綜合本章主要內(nèi)容的一道考題，以統(tǒng)一作業(yè)紙的形式進行隨堂測驗。不僅可以使學(xué)生更深刻地掌握、運用本章知識，做到“查漏補缺”，而且可以鍛煉學(xué)生在有限時間內(nèi)作答的能力。

2.零件表達。綜合表達方法和零件圖的知識及實踐，對不同類型的零件進行測繪。每位學(xué)生需測繪2個不同類型的零件，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)、考慮其加工方法確定表達方案；按照其加工過程標(biāo)注尺寸和技術(shù)要求，最終分別繪制尺規(guī)工程圖、二維計算機工程圖各1張。

3.項目報告及匯報答辯?；谘b配圖的三級項目實訓(xùn)用時多、權(quán)重大的特點，從項目開始就明確提出具體的目標(biāo)及任務(wù)，合理安排進度，按階段提交項目日志，不僅可以確保項目按計劃順利實施，而且可以及時了解學(xué)生在項目過程中的心得與困惑，進行有效溝通。對于整個項目過程和最終的匯報答辯，都制定嚴(yán)格的評分細(xì)則，做到公平、公正，最大限度地調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性。

4.期末考試。學(xué)期末，對所有班級采取統(tǒng)一命題、統(tǒng)一考試、統(tǒng)一閱卷的方式，更公平、全面、準(zhǔn)確地考核學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。學(xué)生最終的課程成績主要由以上幾方面組成，其中隨堂測驗與平時作業(yè)成績占10%，零件表達及其他章節(jié)的工程圖樣占10%，裝配圖三級項目占20%，期末考試占60%。采用這樣的考核方式，不僅可以綜合、全面地考察學(xué)生的知識和能力，更重要的是將考核延伸到整個學(xué)習(xí)過程中，充分調(diào)動學(xué)生的積極性與主動性，取得更好的學(xué)習(xí)效果。

（四）圖學(xué)教師的工程培訓(xùn)

CDIO教學(xué)體系對圖學(xué)教師的工程素質(zhì)和工程經(jīng)驗提出了更高的要求。高校教師大多都是從高校畢業(yè)后直接踏上講臺，沒有企業(yè)工作的經(jīng)歷；而作為基礎(chǔ)課的教師，工程及科研工作又相對匱乏。因此，需全面提升圖學(xué)教師的工程素質(zhì)，鼓勵教師到企業(yè)掛職鍛煉，鼓勵教師參與圖學(xué)會議、機械論壇等相關(guān)學(xué)術(shù)活動，鼓勵教師投身科研工作等，都有利于教師工程實踐能力和自身素質(zhì)的提高。同時，組織圖學(xué)教師與專業(yè)課教師共同指導(dǎo)學(xué)生完成二級項目、一級項目或機械創(chuàng)新大賽等，不僅有利于加強教師間的交流，更有利于課程的銜接、融合。此外，聘請一支具有豐富工程經(jīng)驗的高級工程師隊伍，作為兼職輔導(dǎo)教師充實到理論及實踐教學(xué)中去，也是國內(nèi)外高校人才培養(yǎng)的成功經(jīng)驗。

二、結(jié)束語

CDIO教育模式是一種能力導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式，它強調(diào)學(xué)生在畢業(yè)時應(yīng)具備扎實的基礎(chǔ)知識，特色明顯的專業(yè)知識，自主學(xué)習(xí)和實踐動手能力強，批判與創(chuàng)造意識優(yōu)秀，溝通交流和思想表達流暢，具有跨文化交流能力與國際視野、社會責(zé)任、團隊合作精神與領(lǐng)導(dǎo)力?；陧椖康墓こ虉D學(xué)全新課程體系的引入，改變了以往重知識輕能力的培養(yǎng)模式，體現(xiàn)了“知行合一”、“做中學(xué)”、“做中思”的教育理念，同時改進教學(xué)方法、教學(xué)手段及學(xué)習(xí)評估體系，借鑒國內(nèi)外先進教學(xué)經(jīng)驗，順應(yīng)了企業(yè)、科技、經(jīng)濟發(fā)展的要求，更重要的是讓學(xué)生體會到了學(xué)習(xí)的樂趣和意義。

參考文獻：

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