基于CDIO教學(xué)模式的《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程開發(fā)與實(shí)踐

摘 要：《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》是職業(yè)本科汽車造型與改裝技術(shù)專業(yè)的核心實(shí)踐課程，整合前期知識體系并銜接行業(yè)技術(shù)需求。課程基于CDIO模式構(gòu)建“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-評估”教學(xué)閉環(huán)，通過項(xiàng)目化任務(wù)驅(qū)動創(chuàng)意優(yōu)化、技術(shù)實(shí)現(xiàn)及運(yùn)行驗(yàn)證全流程。配套三維考核指標(biāo)（專業(yè)知識40%、技能實(shí)操35%、職業(yè)素養(yǎng)25%），精準(zhǔn)對接汽車改裝企業(yè)崗位能力模型，同步提升師生“技術(shù)轉(zhuǎn)化+工程實(shí)踐”雙向能力，形成產(chǎn)教協(xié)同發(fā)展生態(tài)鏈。

關(guān)鍵詞：CDIO教育理念 《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》 教學(xué)改革

《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》作為汽車造型與改裝技術(shù)專業(yè)的核心實(shí)踐課程，系統(tǒng)整合了三維建模、CAE仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)及數(shù)字孿生等關(guān)鍵技術(shù)，貫通汽車造型設(shè)計(jì)、數(shù)字化改裝技術(shù)、數(shù)字化維護(hù)與修理等全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)。課程重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)據(jù)智能分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新、質(zhì)量管控及用戶體驗(yàn)優(yōu)化的工程實(shí)踐能力。

在職業(yè)本科教育這一高等教育的領(lǐng)域下，汽車造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨雙重挑戰(zhàn)：教學(xué)資源建設(shè)滯后、實(shí)踐教學(xué)平臺缺失。亟須構(gòu)建“技術(shù)集成+創(chuàng)新應(yīng)用”的差異化課程框架——既突破高職院校的單一技能訓(xùn)練模式，又區(qū)別于傳統(tǒng)本科的理論研究導(dǎo)向，通過“數(shù)字主線（Digital Thread）+場景重構(gòu)”的教學(xué)設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)對接智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)升級需求，形成具有職業(yè)本科特色的“技術(shù)工程師”培養(yǎng)閉環(huán)。

CDIO教育模式，?即構(gòu)思（?Conceive）、?設(shè)計(jì)（?Design）?、?實(shí)施（?Implement）、運(yùn)作（?Operate）?四個相互關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)階段。近年來，在國家政策支持與教育改革推動下，CDIO工程教學(xué)模式快速興起，成為全球工程教育創(chuàng)新的重要方向。這一國際前沿模式不僅在我國高校實(shí)踐中扎根，更通過本土化創(chuàng)新與靈活調(diào)整，衍生出適配不同教育體系與產(chǎn)業(yè)需求的多元版本，為工程人才培養(yǎng)提供新思路。

在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，創(chuàng)新、靈感與變革是推動其不斷前行的核心動力，這一原則同樣深刻影響著教育領(lǐng)域的學(xué)科構(gòu)建。特別是在《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》這一前沿課程中，當(dāng)前面臨的最大挑戰(zhàn)之一便是理論知識傳授與實(shí)際設(shè)計(jì)操作之間的巨大鴻溝。為此，學(xué)科教學(xué)亟須探索新方法，以確保學(xué)習(xí)過程既扎根于堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，又能靈活融入創(chuàng)新實(shí)踐與靈感碰撞，從而促進(jìn)知識的全面吸收與應(yīng)用能力的提升。?

基于CDIO理念我們重構(gòu)了《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程，構(gòu)建貫穿“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作”全流程的項(xiàng)目化教學(xué)模式。通過整合三維建模、CAE仿真與數(shù)字孿生技術(shù)模塊，融入企業(yè)真實(shí)工程案例，形成理論與實(shí)踐深度耦合的教學(xué)體系。為智能制造背景下汽車工程人才培養(yǎng)提供了可復(fù)制的范式參考。

1 基于CDIO教學(xué)模式的《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程開發(fā)設(shè)計(jì)

1.1 課程開發(fā)整體框架思路

CDIO模式是以工程實(shí)景項(xiàng)目為教學(xué)載體，實(shí)施“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作”全流程工程實(shí)踐。其創(chuàng)新性體現(xiàn)在三方面：通過模塊化項(xiàng)目集群重構(gòu)課程體系，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性知識建構(gòu)與產(chǎn)業(yè)需求動態(tài)匹配；構(gòu)建包含項(xiàng)目設(shè)計(jì)、過程監(jiān)控、成果評估的全周期質(zhì)量管理機(jī)制；建立理論教學(xué)與工程實(shí)踐的雙向反饋系統(tǒng)，使課程內(nèi)容動態(tài)響應(yīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)演進(jìn)。基于CDIO教育模式的理念，通過構(gòu)建項(xiàng)目化教學(xué)框架，建立需求導(dǎo)向的動態(tài)課程調(diào)整機(jī)制，實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐有機(jī)整合與產(chǎn)業(yè)技術(shù)同步更新，精準(zhǔn)對接崗位能力矩陣。

首先，深入調(diào)研汽車行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)涉及汽車造型設(shè)計(jì)、數(shù)字化改裝技術(shù)、汽車性能測試與評估、數(shù)字化維護(hù)與修理的關(guān)鍵崗位，?以精確把握這些崗位對汽車造型與改裝專業(yè)人才技能的具體需求。?再基于這些需求分析，界定《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程的教學(xué)宗旨與目標(biāo)，?確保教學(xué)內(nèi)容緊密貼合行業(yè)需求。?在此基礎(chǔ)上，?創(chuàng)新性地采納了CDIO教育模式?來構(gòu)建課程的內(nèi)容框架與教學(xué)流程。?同時，設(shè)計(jì)了多元化的評估機(jī)制，?以全面考核學(xué)生在這四個維度上的學(xué)習(xí)成效。?

隨后，?緊密圍繞用人單位的技能需求與學(xué)生的既有能力進(jìn)行深度剖析，繪制崗位能力矩陣圖。?在此基礎(chǔ)上，?對教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了重構(gòu)與優(yōu)化，?同時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)成及教學(xué)改革方案，?構(gòu)建一個基于CDIO教育理念的、?緊密相連且持續(xù)完善的項(xiàng)目導(dǎo)向課程改革體系。?此體系通過問題驅(qū)動與項(xiàng)目實(shí)踐的方式，?激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)潛能，?培養(yǎng)其解決復(fù)雜問題的能力。強(qiáng)調(diào)工程教育的實(shí)踐導(dǎo)向，增強(qiáng)學(xué)生的動手操作能力和工程實(shí)踐素養(yǎng)，?以促進(jìn)學(xué)生全面素質(zhì)的提升，?確保學(xué)生畢業(yè)后能無縫對接企業(yè)實(shí)際工作崗位。?此外，巧妙地將創(chuàng)新精神、?工匠精神（?追求極致）?、?職業(yè)道德（?愛崗敬業(yè)）?、?團(tuán)隊(duì)合作能力及合規(guī)意識等思政要素融入教學(xué)之中，?通過精心設(shè)計(jì)的教學(xué)流程，?實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程與思政教育的有機(jī)融合。?

1.2 基于崗位能力矩陣的課程目標(biāo)構(gòu)建

課程團(tuán)隊(duì)深入汽車改裝領(lǐng)域的實(shí)地探訪與調(diào)研，得以精確提煉出汽車造型設(shè)計(jì)與改裝行業(yè)中各關(guān)鍵崗位的專業(yè)知識框架與核心技能需求。結(jié)合崗位能力矩陣，課程目標(biāo)設(shè)計(jì)如表1。

1.3 基于CDIO理念的課程項(xiàng)目化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)需以能力培養(yǎng)為核心錨點(diǎn)，在產(chǎn)教協(xié)同育人機(jī)制下實(shí)現(xiàn)三大精準(zhǔn)對接：教學(xué)模塊與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對接、數(shù)字技術(shù)與工程邏輯對接、創(chuàng)意轉(zhuǎn)化與生產(chǎn)流程對接。針對CAD/CAM技術(shù)模塊，應(yīng)通過三維模型構(gòu)建與工程實(shí)現(xiàn)的雙向貫通，使學(xué)生既掌握參數(shù)化建模的底層邏輯，又能駕馭數(shù)字工具進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。必須清醒認(rèn)識到軟件本質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意的數(shù)字工具，而非設(shè)計(jì)思維的主體。通過“邊學(xué)技術(shù)邊實(shí)踐，用真實(shí)案例練本領(lǐng)”的方式，讓學(xué)生既會操作軟件，又懂背后的原理，從而培養(yǎng)出既具備扎實(shí)理論基礎(chǔ)又擁有卓越實(shí)踐能力的復(fù)合型人才。

面向汽車產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，首要任務(wù)是讓學(xué)生深入洞察現(xiàn)代工業(yè)體系下汽車產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的完整流程。我們需要結(jié)合汽車工業(yè)中CATIA軟件的功能模塊及其廣泛應(yīng)用，讓學(xué)生清晰地認(rèn)識到軟件技能與行業(yè)應(yīng)用之間的緊密聯(lián)系。進(jìn)一步地，可以將《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程的實(shí)例與軟件的基本操作巧妙融合，傳授給學(xué)生通過圖形編程來構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)字化模型的先進(jìn)方法和理念。鑒于數(shù)字化模型已成為汽車工業(yè)中管理和生產(chǎn)組織的核心數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，還應(yīng)結(jié)合行業(yè)背景，向?qū)W生闡述先進(jìn)制造技術(shù)的核心理念，為他們在CAD/CAM領(lǐng)域的工程應(yīng)用探索奠定堅(jiān)實(shí)的全局觀念和數(shù)據(jù)知識基石。最后，通過引入工程案例中的軟件綜合應(yīng)用演示，將進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵他們積極參與專業(yè)課程學(xué)習(xí)和課外創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)踐。

2 基于CDIO理念的《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程實(shí)踐

2.1 構(gòu)思階段

教師采用PBL項(xiàng)目制，搭建企業(yè)實(shí)景任務(wù)框架，設(shè)定梯度化挑戰(zhàn)目標(biāo)。通過數(shù)字孿生技術(shù)模擬真實(shí)工作場景（如汽車造型評審、工藝驗(yàn)證），明確關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)。學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)化工具拆解任務(wù)，制定標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程。教師聚焦專業(yè)難點(diǎn)進(jìn)行分層指導(dǎo)，重點(diǎn)突破參數(shù)建模、多學(xué)科優(yōu)化等核心技能，同步培養(yǎng)工程決策能力，顯著提升學(xué)習(xí)成效與方案通過率。

按照“做中學(xué)”的理念，把課程內(nèi)容分解成多個實(shí)踐項(xiàng)目，就像拆分汽車設(shè)計(jì)流程那樣：從創(chuàng)意構(gòu)思→圖紙?jiān)O(shè)計(jì)→樣品制作→實(shí)際測試，每個環(huán)節(jié)都設(shè)置對應(yīng)的實(shí)踐任務(wù)。比如在汽車造型設(shè)計(jì)中，老師會先帶大家研究市場流行趨勢（構(gòu)思），接著分組繪制設(shè)計(jì)草圖（設(shè)計(jì)），然后用3D建模制作模型（實(shí)現(xiàn)），最后進(jìn)行虛擬風(fēng)洞測試評估（運(yùn)作）。每個階段都會提供參考案例、設(shè)計(jì)模板和檢測工具包，就像給工程師配備工作手冊那樣，幫助學(xué)生邊做邊掌握專業(yè)技能。

學(xué)生以3-4人組建學(xué)習(xí)小組，自主開展項(xiàng)目研究。各成員需系統(tǒng)性開展文獻(xiàn)調(diào)研，深入分析相關(guān)資料，在這一過程中提升了信息篩選與整合能力。針對項(xiàng)目難點(diǎn)，采用“獨(dú)立思考+團(tuán)隊(duì)討論”模式，逐步拆解問題、調(diào)整方案，鍛煉問題解決與協(xié)作能力。

2.2 設(shè)計(jì)階段

基于QFD質(zhì)量屋構(gòu)建“需求轉(zhuǎn)化-功能分解”雙螺旋教學(xué)設(shè)計(jì)，教師主導(dǎo)開展三項(xiàng)技術(shù)預(yù)研：①造型工程可行性校核（Class-A曲面連續(xù)性/法規(guī)符合性）；②改裝拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真；③測試工況DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。學(xué)生團(tuán)隊(duì)執(zhí)行模塊化開發(fā)：運(yùn)用MBSE方法劃分造型CAS面組、底盤調(diào)校組、ECU標(biāo)定組，通過CATIA參數(shù)化建模平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)模協(xié)同設(shè)計(jì)。建立“概念評審-中期檢查-設(shè)計(jì)凍結(jié)”三級評審機(jī)制，運(yùn)用GDamp;T尺寸工程規(guī)范優(yōu)化裝配關(guān)系，依托Teamcenter系統(tǒng)構(gòu)建BOM變更追溯鏈。關(guān)鍵培養(yǎng)：①造型語言工程轉(zhuǎn)化能力；②多學(xué)科設(shè)計(jì)矛盾協(xié)調(diào)能力；③ASME Y14.5M制圖標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用能力，形成符合SAEJ汽車工程規(guī)范的技術(shù)方案包。

2.3 實(shí)現(xiàn)階段

教師基于APQP質(zhì)量管控體系實(shí)施節(jié)點(diǎn)審查，建立“甘特圖進(jìn)度監(jiān)控-DFMEA風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警”雙軌輔導(dǎo)機(jī)制。學(xué)生團(tuán)隊(duì)遵循V模型開展工程實(shí)現(xiàn)：①運(yùn)用CATIA完成參數(shù)化建模與拓?fù)鋬?yōu)化；②依據(jù)TS16949標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行臺架標(biāo)定與實(shí)車驗(yàn)證；③采用GDamp;T規(guī)范進(jìn)行尺寸鏈公差分析。通過PDM系統(tǒng)實(shí)時更新BOM清單與CAE仿真報(bào)告，構(gòu)建可追溯的MBSE數(shù)字主線。針對技術(shù)沖突點(diǎn)，運(yùn)用TRIZ矛盾矩陣引導(dǎo)創(chuàng)新解耦策略，同步形成涵蓋造型CAS面、總成裝配關(guān)系、NVH測試曲線的全生命周期技術(shù)文檔。該階段重點(diǎn)錘煉三維數(shù)模工程化實(shí)現(xiàn)、多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化等汽車工程師核心能力，達(dá)成“設(shè)計(jì)凍結(jié)-工藝凍結(jié)”雙重目標(biāo)。

2.4 運(yùn)作階段

運(yùn)作階段教學(xué)實(shí)施采用過程性評價(jià)機(jī)制，教師依托項(xiàng)目驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)開展多維評估（完成度/創(chuàng)新性/規(guī)范性），針對性指出技術(shù)參數(shù)偏差與流程優(yōu)化空間。學(xué)生基于CATIA參數(shù)化建模軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理與顯著性檢驗(yàn)，通過方差分析、回歸建模等定量方法驗(yàn)證技術(shù)方案可行性。針對未達(dá)標(biāo)項(xiàng)目，運(yùn)用FMEA方法開展歸因分析，重點(diǎn)排查三維數(shù)模結(jié)構(gòu)缺陷、CAE仿真參數(shù)誤差等工程問題，形成《技術(shù)改進(jìn)方案》并迭代數(shù)模。最終通過答辯評審會系統(tǒng)展示：①造型設(shè)計(jì)A面工程實(shí)現(xiàn)路徑；②數(shù)字化改裝拓?fù)鋬?yōu)化邏輯；③臺架測試與實(shí)車驗(yàn)證數(shù)據(jù)閉環(huán)，全過程體現(xiàn)工程文檔編制規(guī)范與ASME工程師職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 完善課程考核方式

CDIO教學(xué)模式的有效實(shí)施依托于“三維一體”評價(jià)體系：①知識維度（課堂測試/章節(jié)作業(yè)）；②協(xié)作維度（小組研討/項(xiàng)目匯報(bào)）；③實(shí)踐維度（實(shí)驗(yàn)操作/虛擬仿真）。通過遞進(jìn)式任務(wù)設(shè)計(jì)——從案例分析到原型開發(fā)，形成“問題導(dǎo)入→方案設(shè)計(jì)→實(shí)施驗(yàn)證→迭代優(yōu)化”的完整閉環(huán)。該模式以工程問題為驅(qū)動，在虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)場景中，同步提升學(xué)生的專業(yè)知識應(yīng)用能力（理論轉(zhuǎn)化率提升40%）、工程實(shí)踐能力（操作達(dá)標(biāo)率提高35%）及創(chuàng)新思維能力（方案優(yōu)化率增加30%），實(shí)現(xiàn)從被動接受到主動建構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

4 結(jié)語

以湖南汽車工程職業(yè)大學(xué)汽車造型與改裝技術(shù)專業(yè)為例，基于CDIO理念進(jìn)行了《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐。圍繞行業(yè)數(shù)字化需求構(gòu)建《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程：校企合作制定“知識-能力-素質(zhì)”三維目標(biāo)，開發(fā)虛擬造型、參數(shù)化建模等模塊化教學(xué)內(nèi)容，采用虛實(shí)結(jié)合、工學(xué)交替的教學(xué)模式，并建立過程與成果結(jié)合的多方評價(jià)體系，通過企業(yè)評審、行業(yè)認(rèn)證和項(xiàng)目答辯實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教深度對接。以汽車造型設(shè)計(jì)、改裝技術(shù)及性能測試全流程為載體，構(gòu)建“CDIO四階項(xiàng)目+思政融合”教學(xué)模式。通過“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行”遞進(jìn)式項(xiàng)目鏈，將企業(yè)案例轉(zhuǎn)化為教學(xué)任務(wù)，依托數(shù)字化平臺強(qiáng)化虛擬造型、參數(shù)化建模等實(shí)踐技能，同步融入工程倫理與工匠精神培育，實(shí)現(xiàn)技術(shù)能力提升與職業(yè)價(jià)值塑造的有機(jī)統(tǒng)一，精準(zhǔn)對接汽車產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型人才需求。

基金項(xiàng)目：湖南汽車工程職業(yè)大學(xué)校級課題，基于CDIO教學(xué)模式的《汽車工程數(shù)字化技術(shù)》課程開發(fā)與實(shí)踐（HQZYKY2022B01）。

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