CDIO先進工程教育模式的探索與實踐

【摘要】針對當前CREO課程教學中存在的問題，將先進的CDIO工程教育模式應用于CREO教學。構建了基于CDIO理念的CREO課程教學改革方案，并結合開源3D打印機研發(fā)項目，探索和實踐了CREO課程的CDIO教學模式操作流程，實現了從構思、設計到實施、運行的一體式項目化教學，為同類相關課程教學模式的改革與創(chuàng)新提供了重要思考和借鑒。

【關鍵詞】課程改革 項目教學 探索 實踐 CDIO CREO

【基金項目】西京學院教學改革研究項目（NO. JGYB1610）；西京學院大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（NO. 127152016019）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）29-0210-02

0引言

長期以來，工程能力培養(yǎng)的缺失一直是國內高校在課程教學過程中存在的普遍問題。在當前互聯網+和以轉變經濟發(fā)展方式為新常態(tài)的社會大背景下，企業(yè)對人才的知識、能力及素質等方面的要求也在不斷發(fā)生變化。依據我國產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略布局和對工程人才的需求，進一步深化課程教學改革和人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新，是我國高等工程教育改革成功的關鍵[1]。然而現階段我國高等工程教育還是以課程教學為主，這種培養(yǎng)模式已不能滿足企業(yè)和社會對于新型高素質工程人才的迫切需求，國內高校在工程類人才培養(yǎng)方面的教育理念亟待更新，以適應當前“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的社會發(fā)展要求。

本文將先進的CDIO工程教育模式與CREO課程相結合，通過教學模式改革和項目實踐，探索和創(chuàng)新針對CREO課程的教學方法及思路，為工程類人才培養(yǎng)的課程改革與教育實踐提供了重要參考。

1.CDIO教育理念

CDIO理念是近年來國際工程教育改革的最新研究成果，也是得到國內外教育界認可和推薦的先進工程教育模式。CDIO教育理念主要由四部分內容構成，即：構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）[2]。CDIO工程教育模式注重培養(yǎng)學生掌握扎實的工程基礎理論和專業(yè)知識[3]，其中，“構思”包括顧客需求分析、技術、企業(yè)戰(zhàn)略和規(guī)章制度設計、發(fā)展理念、技術程序和商業(yè)計劃制訂等；“設計”主要包括工程計劃、圖紙設計以及實施方案設計等；“實施”是將設計方案轉化為產品的過程，包括制造、解碼、測試以及設計方案的確認；“運行”則主要是通過投入實施的產品對前期程序進行評估的過程，包括對系統的修訂、改進和淘汰等。

作為當前先進的高等工程教育模式，CDIO理念在學生的系統工程技術能力培養(yǎng)方面具有很大優(yōu)勢。CDIO的設計靈感源自于工程產品的生命周期，它將教育過程放到工程領域的具體環(huán)境中，通過貫穿整個人才培養(yǎng)過程的團隊設計和創(chuàng)新實踐訓練，培養(yǎng)專業(yè)基礎扎實、職業(yè)道德高尚的高水平工程類人才[4]。多所高校的試點實踐表明，CDIO模式在新型工程類人才的教育和能力培養(yǎng)方面取得了良好成效，對于高等工程人才的培養(yǎng)具有重要的借鑒意義和推廣價值。

2.課改背景

近年來，隨著計算機輔助技術的飛速發(fā)展，越來越多的工程設計需要借助計算機進行產品設計與開發(fā)。CREO是由美國PTC公司推出的新一代三維CAD設計軟件包，它集成了產品造型設計、工程分析、加工制造、模具設計、有限元分析及運動仿真等眾多功能，現在已被廣泛應用于機械工程、汽車制造、航空航天、船舶制造及模具設計等行業(yè)[5]。

目前，CREO作為一門重要的三維CAD軟件技能操作專業(yè)課程，已在國內工科院校機電類專業(yè)的本、?？平虒W中普遍開設。筆者在長期的一線教學和與學生交流的過程中發(fā)現，傳統的教學模式存在諸多問題與缺陷，已不能適應當前社會對于應用型人才培養(yǎng)的要求，針對三維CAD軟件類課程的教學方法與理念亟待更新。

3.課程改革方案

3.1思路與目標

以本校機械設計制造及其自動化專業(yè)、工業(yè)設計專業(yè)為依托，將CDIO理念以項目化驅動方式引入CREO課程教學。通過一至兩學年的試點教學，不斷探索、研究和驗證CDIO理念與CREO課程的最佳結合模式，同時分析和解決在實際一線教學過程中出現的各類問題，最終形成基于CDIO工程教育模式的CREO課程教學思路與實現流程。

通過CREO課程的教學改革與實施，探索針對三維CAD軟件類課程的CDIO教學新模式，實現CREO課程從構思、設計到實施、運行的一體式項目化教學。同時，結合本校實際，構建適合機制專業(yè)、工設專業(yè)CREO教學的CDIO框架結構和實施流程，激發(fā)學生學習CREO課程的興趣和主動性，有效提升CREO課程的教學效果及質量，為當前應用型工程人才培養(yǎng)和相關專業(yè)CAD課程教學改革提供有力參考。

3.2主要研究內容

結合機制專業(yè)、工設專業(yè)的CREO課程教學，試點CDIO工程教育模式的實施流程和教學效果，構建基于構思、設計、實施和運行的CREO課程新型教學模式，主要研究內容包括：CDIO工程教育模式的內涵與運行機理、CDIO理念與CREO課程的結合模式與實現流程、CDIO工程教育模式下的CREO課程項目化教學及過程優(yōu)化、基于CDIO理念的機制專業(yè)和工設專業(yè)CREO課程教學模式改革試點。

3.3實施方案

針對以往CREO課程教學過程中存在的問題與弊端，通過企業(yè)、高校調研及相關專業(yè)試點教學，逐步探索CREO課程從構思、設計到實施、運行的項目化教學流程，在此基礎上不斷優(yōu)化、改進CREO課程的CDIO運行模式，直至建立科學的、切合實際的最佳實施方案。

首先通過研究CDIO工程教育模式的整體框架結構及內涵，初步構建基于CDIO理念的CREO課程新型教學模式；然后在機制專業(yè)、工設專業(yè)的CREO課程教學中進行試點，以機械產品設計和工業(yè)產品設計為切入點，驗證和評估CDIO模式在CREO教學中的科學性、可行性及合理性；在此基礎上分析、總結CDIO教學模式運行過程中的出現的問題，對原有CDIO教育模式的框架結構、邏輯關系和實施方案進行優(yōu)化；再次對機制專業(yè)、工設專業(yè)進行試點教學，逐步改進、完善針對CREO課程的CDIO教學模式；最后評估CDIO模式教學效果，整理、總結CREO課程的CDIO教學模式實現方法和基本流程，并將研究成果在本校相關專業(yè)CAD軟件類課程教學中進行推廣。

4.探索與實踐

以近年來市場上興起的開源3D打印機為研究對象，構建基于CDIO理念的CREO課程項目化教學實施方案。由機制專業(yè)學生組成設計團隊（3～5人），在CREO環(huán)境下對3D打印機進行系統設計與樣機開發(fā)。

通過前期的企業(yè)考察、市場調研和設計構思，確定針對開源3D打印機的系統設計方案，并在CREO平臺上進行三維CAD建模和裝配設計。從最初項目構思到樣機開發(fā)完成歷時近1個半月，設計過程由團隊成員分工協作完成，不僅將機械原理、機械設計、電工學等相關知識應用于實踐之中，而且鍛煉了學生的創(chuàng)新能力與團隊意識，有效提高了學生綜合素質和應用知識的能力。

在項目實施階段，根據3D打印機工程圖紙和數字樣機結構，直接購置所需的標準件和相關耗材；對于非標件和一般零部件，可借助3D打印進行快速成型制造。在此過程中，要求項目組成員分工協作、積極動手和實踐。通過3周時間的探索與努力，不斷解決項目實施過程中遇到的種種困難與問題，最終實現了設計方案向產品的轉化。

項目運行階段的主要任務是對3D打印機進行系統性能測試。首先利用實物打印來評估機械傳動系統、電氣控制系統及熱熔裝置的運行狀態(tài)，然后以此反饋信息為依據對前期設計方案進行優(yōu)化與改進，這一過程主要涉及CREO環(huán)境下的工程圖、三維零部件模型、數字樣機結構及裝配關系等。通過設計、測試、反饋及改進的優(yōu)化模式來精制3D打印機物理樣機模型，直至達到預期性能要求。

5.結語

實踐探索表明，由CDIO模式培養(yǎng)出來的學生具有較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力，符合當前社會和企業(yè)對于創(chuàng)新應用型人才的要求。通過將CDIO模式引入CREO課程教學，不僅能夠有效提高學生對CREO課程的學習興趣和主動性，而且在教學效果方面較之以往也有很大提升，為工科類院校的課程改革與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新提供了重要參考。

參考文獻：

[1]胡文龍. 基于CDIO的工科探究式教學改革研究[J]. 高等工程教育研究， 2014， 01：163-168.

[2]胡志剛， 任勝兵， 吳斌.構建基于CDIO理念的一體化課程教學模式[J]. 中國高等教育， 2010， 22：44-45.

[3]韓智， 張振虹， 李興娟.基于CDIO理念的軟件工程課程教學改革[J].計算機工程， 2010，11：56-59.

[4]郭長虹， 趙炳利， 李東興.面向CDIO的工程圖學教學改革[J].工程圖學學報， 2011，05：56-60.

[5]王向麗， 朱曉飛.任務驅動教學法在CREO課程中的實施[J].科技視界， 2013，05：141.

作者簡介：

邱海飛（1983-），男，陜西寶雞人，碩士，講師，主要研究方向為3D打印技術、機電產品數字化設計與開發(fā)。