以工程能力為導(dǎo)向的CDIO項(xiàng)目式教學(xué)模式探索

王軍++吳鳳和

[摘要]工程能力培養(yǎng)的缺失在我國高等教育中較為突出，達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)規(guī)定的實(shí)踐能力，滿足企業(yè)需求是我國高等工程教育亟待解決的問題。以現(xiàn)代工程教育理念為指導(dǎo)，針對機(jī)械制造專業(yè)方向構(gòu)建了CDIO項(xiàng)目式專業(yè)課程體系，以分級CDIO項(xiàng)目為主線建立了核心專業(yè)課的相互聯(lián)系。設(shè)計(jì)了“機(jī)械制造工藝及夾具設(shè)計(jì)”CDIO二級項(xiàng)目，對項(xiàng)目目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施、節(jié)點(diǎn)考核以及實(shí)施效果進(jìn)行了介紹。實(shí)踐證明，該項(xiàng)目式教學(xué)模式將理論和專業(yè)知識與工程實(shí)踐融為一體，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和綜合素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞]CDIO；教學(xué)模式；工程能力；課程體系

[中圖分類號]G642.4[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]10054634（2016）020098050

引言

按照國家和河北省《中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010～2020）》和教育部《關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》中加強(qiáng)高等教育內(nèi)涵建設(shè)、大力提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求，燕山大學(xué)結(jié)合辦學(xué)定位、學(xué)科特色和服務(wù)面向等，明確應(yīng)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)的目標(biāo)定位，全面實(shí)施素質(zhì)教育。以人才培養(yǎng)模式改革為核心，推進(jìn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、教學(xué)模式、課程體系、課程教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)管理等綜合改革。

以國家“機(jī)械工程‘學(xué)研產(chǎn)互動與‘做中學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)”、國家特色專業(yè)、國家專業(yè)綜合改革試點(diǎn)等11項(xiàng)國家級本科教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目以及7項(xiàng)河北省本科教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目為依托，以機(jī)械工程類專業(yè)為試點(diǎn)，開展了工程類人才培養(yǎng)模式改革的一系列探索與實(shí)踐，取得了明顯成效。本文以機(jī)械制造及其自動化專業(yè)方向?yàn)槔⒁远夗?xiàng)目為重點(diǎn)，介紹以工程能力為導(dǎo)向的項(xiàng)目式教學(xué)模式改革。

1CDIO項(xiàng)目式專業(yè)課程體系

按照機(jī)械制造工程師培養(yǎng)目標(biāo)要求，遵循知識學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)并重的原則，構(gòu)建了基于團(tuán)隊(duì)的分級CDIO（構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行）項(xiàng)目式課程體系[1，2]。機(jī)械制造及其自動化專業(yè)方向的項(xiàng)目式課程體系框圖見圖1。

CDIO項(xiàng)目共分為三級[3，4]。（1） 三級項(xiàng)目設(shè)置于單門專業(yè)課內(nèi)，以加強(qiáng)課程重點(diǎn)知識和技術(shù)的理解與應(yīng)用為目的?？梢宰鳛橐患壔蚨夗?xiàng)目的子項(xiàng)目；（2）二級項(xiàng)目是基于多門課專業(yè)知識有機(jī)融合、包含CDIO全過程的項(xiàng)目。旨在提高學(xué)生利用專業(yè)知識解決實(shí)際問題的能力和素質(zhì)；（3）一級項(xiàng)目是以專業(yè)知識綜合應(yīng)用和創(chuàng)新為目的的項(xiàng)目。一級項(xiàng)目有兩類，即創(chuàng)新設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)一級項(xiàng)目旨在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)興趣和創(chuàng)新意識，以具有一定創(chuàng)意的簡單機(jī)電產(chǎn)品研制為主，可以是國家、省、校以及學(xué)院不同層次的創(chuàng)新項(xiàng)目，優(yōu)秀作品可以參加各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽；畢業(yè)設(shè)計(jì)一級項(xiàng)目主要是讓學(xué)生參與教師承擔(dān)的企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)改造項(xiàng)目，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力與素質(zhì)。

上述三個(gè)層次的項(xiàng)目都具有獨(dú)立的研究設(shè)計(jì)內(nèi)容、考核節(jié)點(diǎn)、考評標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目報(bào)告和演示匯報(bào)等。各級項(xiàng)目與各教學(xué)環(huán)節(jié)緊密銜接，項(xiàng)目間相互關(guān)聯(lián)，項(xiàng)目內(nèi)容和實(shí)施從課內(nèi)延伸到課外，從易到難、從基礎(chǔ)到專業(yè)分層次進(jìn)行，涵蓋了專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能[5]。

2CDIO二級項(xiàng)目設(shè)計(jì)

2.1項(xiàng)目目標(biāo)

本項(xiàng)目針對機(jī)械制造及其自動化專業(yè)方向設(shè)置，名稱為“機(jī)械制造工藝及夾具設(shè)計(jì)”。項(xiàng)目以典型零件機(jī)械加工為主線，形成機(jī)械制造工藝及工裝設(shè)計(jì)的完整知識鏈，鞏固已有專業(yè)技能、強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)奠定基礎(chǔ)。圖2為二級項(xiàng)目知識結(jié)構(gòu)。第2期王軍吳鳳和以工程能力為導(dǎo)向的CDIO項(xiàng)目式教學(xué)模式探索——以機(jī)械制造及其自動化專業(yè)方向?yàn)槔?img alt="" src="https://cimg.fx361.com/images/2017/03/15/jayy201602jayy20160220-1-l.jpg" style="">

項(xiàng)目的具體目標(biāo)是：（1）加深理解“機(jī)械制造工藝學(xué)”、“切削原理與刀具”、“機(jī)械制造裝備”、“數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用”等專業(yè)課的聯(lián)系及其在實(shí)際中的綜合應(yīng)用，強(qiáng)化設(shè)計(jì)—制造一體化及“產(chǎn)品全生命周期”理念；（2）初步掌握文獻(xiàn)檢索、手冊和圖冊等資料查詢以及運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；（3）注重理論聯(lián)系實(shí)際的工程應(yīng)用，初步具備分析與解決工程問題的能力。初步掌握綜合運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行機(jī)械加工藝規(guī)程制訂及夾具設(shè)計(jì)；具備夾具三維建模能力；熟悉夾具制造、檢驗(yàn)與裝配；（4）鍛煉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造、檢測的實(shí)際動手能力；（5）引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，鍛煉和提高組織能力、交流能力以及團(tuán)隊(duì)合作與競爭能力，培養(yǎng)責(zé)任感。圖2機(jī)械制造工藝及夾具設(shè)計(jì)二級項(xiàng)目知識結(jié)構(gòu)

2.2項(xiàng)目內(nèi)容

項(xiàng)目包括工藝制訂、專用和組合夾具設(shè)計(jì)及實(shí)物制作。主要內(nèi)容如下。（1） 零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程制訂，主要進(jìn)行構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計(jì)（Design）能力訓(xùn)練；（2）零件的某工序?qū)Ｓ?組合夾具的設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計(jì)（Design）能力訓(xùn)練；（3）專用/組合夾具的虛擬裝配，根據(jù)夾具結(jié)構(gòu)的正式圖，繪制零件3D圖、完成夾具3D模型的虛擬裝配及裝配過程的動態(tài)展示，主要進(jìn)行實(shí)施（Implement）能力訓(xùn)練；（4）專用/組合夾具的實(shí)際制造與裝配，主要進(jìn)行實(shí)施（Implement）和操作（Operate）能力訓(xùn)練；（5）撰寫項(xiàng)目報(bào)告和制作答辯PPT，主要進(jìn)行設(shè)計(jì)（Design）和實(shí)施（Implement）能力訓(xùn)練。

2.3項(xiàng)目能力矩陣

根據(jù)專業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)制定項(xiàng)目能力矩陣，如表1所示，通過項(xiàng)目實(shí)施實(shí)現(xiàn)能力與任務(wù)的統(tǒng)一。1了解機(jī)械制造工藝、工裝與刀具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；初步掌握文獻(xiàn)檢索、資料查詢、調(diào)研及運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法。了解認(rèn)知初步掌握++綜合運(yùn)用2熟練運(yùn)用專業(yè)知識，通過零件定位、夾緊及工藝路線制定，保證零件的加工質(zhì)量；能夠分析和解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的工藝和工裝的相關(guān)問題。了解認(rèn)知初步掌握綜合運(yùn)用+++++++++3掌握夾具的設(shè)計(jì)方法、步驟、要點(diǎn)以及夾具制造與裝配工藝，初步具備設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、高效經(jīng)濟(jì)夾具的能力；了解創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。了解認(rèn)知初步掌握綜合運(yùn)用+++++++++4初步掌握精度檢測的方案制定、測試、數(shù)據(jù)處理與分析的能力；學(xué)會有關(guān)檢具和測量儀器的操作使用。了解認(rèn)知初步掌握++++綜合運(yùn)用5具備較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，基本掌握機(jī)械設(shè)計(jì)與仿真軟件如CAD、PROE的使用，初步具備建模及仿真能力，實(shí)現(xiàn)夾具的虛擬裝配和分析。了解認(rèn)知初步掌握++++++綜合運(yùn)用6了解機(jī)械制造行業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、開發(fā)以及環(huán)境保護(hù)的法律、法規(guī)，能正確認(rèn)識機(jī)械工程對客觀世界和社會的影響（對應(yīng)專業(yè)能力要求8）了解認(rèn)知初步掌握++++++綜合運(yùn)用7培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)習(xí)慣及終身學(xué)習(xí)能力；培養(yǎng)責(zé)任感、職業(yè)道德及組織管理能力；初步具備交流、競爭與合作能力。了解認(rèn)知初步掌握+++++++++++綜合運(yùn)用2.4項(xiàng)目考核方式

項(xiàng)目小組成績采取節(jié)點(diǎn)考核方式。共設(shè)置3個(gè)考核節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)一包括零件分析、工藝規(guī)劃；節(jié)點(diǎn)二包括夾具設(shè)計(jì)，夾具虛擬裝配，夾具加工制造；節(jié)點(diǎn)三包括項(xiàng)目報(bào)告及PPT匯報(bào)答辯。各節(jié)點(diǎn)考核的依據(jù)為是否符合工程實(shí)際要求，重點(diǎn)是精度保證與結(jié)構(gòu)工藝性。按照考核內(nèi)容完成情況分為五檔，如表2所示。三次節(jié)點(diǎn)成績和為小組總成績。每個(gè)學(xué)生的項(xiàng)目成績由小組成績和組內(nèi)成績綜合確定。組內(nèi)成績由組長負(fù)責(zé)與小組成員依據(jù)在組內(nèi)的貢獻(xiàn)討論確定。

3.1項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃

機(jī)械制造工藝及夾具設(shè)計(jì)二級項(xiàng)目以小組形式進(jìn)行，實(shí)施進(jìn)程如表3所示。3.2項(xiàng)目實(shí)施效果

圖3為學(xué)生完成的項(xiàng)目成果實(shí)例，項(xiàng)目內(nèi)容涵蓋了CDIO全過程，使學(xué)生得到了從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施到運(yùn)行全方位的培養(yǎng)和鍛煉。注重專業(yè)知識的實(shí)踐應(yīng)用，加強(qiáng)設(shè)計(jì)制造質(zhì)量的審核，讓學(xué)生深刻體會面向制造的設(shè)計(jì)理念。項(xiàng)目實(shí)施中有分工有合作，提高了學(xué)生的興趣和競爭意識。圖3夾具實(shí)物、裝配模型與裝配圖

4結(jié)束語

教學(xué)改革實(shí)踐證明，以實(shí)踐能力為導(dǎo)向、以分級項(xiàng)目為載體的工程技術(shù)人才培養(yǎng)模式，將理論知識融于豐富的實(shí)踐活動，建立了核心專業(yè)知識的有機(jī)聯(lián)系，鞏固了已有的教學(xué)成果，體現(xiàn)了專業(yè)特色?；谛〗M的學(xué)習(xí)與實(shí)踐極大地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，有助于學(xué)生創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)精神和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

需要完善之處：進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，使學(xué)生逐漸克服依賴心理，鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新；提高實(shí)物加工能力，縮短加工時(shí)限，保證加工質(zhì)量。參考文獻(xiàn)

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—Take specialized direction of mechanical manufacture and automation for instance

WANG Jun，WU Fenghe

（School of Mechanical Engineering，Yanshan University，Qinhuangdao，Hebei，066004，China）

AbstractThe lack of training engineering capacity is relatively obvious in the higher education in our country.It has become an urgent issue to tackle in higher engineering education to achieve the practical ability specified in the professional training aim，meet the demands of companies.CDIO projectbased course system is constructed and aims at the specialized direction of mechanical manufacture and automation，guided by modern educational theory，and the interrelationships of key specialized courses are established around the hierarchical CDIO projects.The second level CDIO project of the mechanical manufacturing technology and fixture is designed.The project objective，content，implementation plan，check method and effect are introduced.The teaching reform practice has proved that this teaching mode based on CDIO projects is helpful to train students′ engineering capacity and comprehensive quality by means of the combination of subject knowledge and engineering practice.

Key wordsCDIO；teaching mode；engineering capacity；course system