以工程能力為導向的CDIO項目式教學模式探索

1、以工程能力為導向的 CDIO項目式教學模式探索摘要 工程能力培養(yǎng)的缺失在我國高等教育中較為突出，達到專業(yè)培養(yǎng)目標規(guī)定的實踐能力，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，針對機械制造專業(yè)方向構建了CDIO項目式專業(yè)課程體系，以分級CDIO項目為主線建立了核心專業(yè)課的相互聯(lián)系。設計了 “機械制造工藝及夾具設計"CDIO二級項目，對項目目標、內(nèi)容、實施、節(jié)點考核以及實施效果進行了介紹。實踐證明，該項目式教學模式將理論和專業(yè)知識與工程實踐融 為一體，有利于培養(yǎng)學生的工程能力和綜合素質(zhì)。關鍵詞CDIO;教學模式；工程能力；課程體系中圖分類號G642.4文獻標識碼

2、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(20102020)和教育部關于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見中加強高等教育內(nèi)涵建設、大力提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求， 燕山大學結合辦學定位、 學科特色和服務面向等，明確應用型、復合型人才培養(yǎng)的目標定位，全面實施素質(zhì)教育。 以人才培養(yǎng)模式改革為核心， 推進教學團隊、 教學模式、課程體系、課程教材、教學內(nèi)容、教學方法、教學管理等綜 合改革。以國家“機械工程學研產(chǎn)互動與做中學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)” 、國家特色專業(yè)、國家專業(yè)綜合改革試點等11 項國家級本科教學質(zhì)量工程建設項目以及 7

3、項河北省本科教學質(zhì)量工程項目為依托，以機械工程類專業(yè)為試點，開展了工程類人才培養(yǎng)模式改革的一系列探索與實踐，取得了明顯成效。本文以機械制造及其自動化專業(yè)方向為例，并以二級項目為重點，介紹以工程能力為導向的項目式教學模式改革。1CDIO項目式專業(yè)課程體系按照機械制造工程師培養(yǎng)目標要求，遵循知識學習與能力培養(yǎng)并重的原則，構建了基于團隊的分級CDIO （構思一設計一實施一運行）項目式課程體系 1, 2。機械制造及其自 動化專業(yè)方向的項目式課程體系框圖見圖 1 。CDIO項目共分為三級3, 4。（1）三級項目設置于單門 專業(yè)課內(nèi)，以加強課程重點知識和技術的理解與應用為目的。可以作為一級或二級項目的子項

4、目； （ 2）二級項目是基于多門課專業(yè)知識有機融合、包含CDIO全過程的項目。旨在提高學生利用專業(yè)知識解決實際問題的能力和素質(zhì)； （ 3）一級項目是以專業(yè)知識綜合應用和創(chuàng)新為目的的項目。一級項目有兩類，即創(chuàng)新設計和畢業(yè)設計。創(chuàng)新設計一級項目旨在培養(yǎng)學生專業(yè)興趣和創(chuàng)新意識，以具有一定創(chuàng)意的簡單機電產(chǎn)品研制為主，可以是國家、省、校以及學院不同層次的創(chuàng)新項目，優(yōu)秀作品可以參加各類創(chuàng)新設計大賽；畢業(yè)設計一級項目主要是讓學生參與教師承擔的企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)及技術改造項目，提高學生的綜合實踐能力與素質(zhì)。上述三個層次的項目都具有獨立的研究設計內(nèi)容、考核節(jié)點、考評標準、項目報告和演示匯報等。各級項目與各教學環(huán)節(jié)緊密

5、銜接，項目間相互關聯(lián)，項目內(nèi)容和實施從課內(nèi)延伸到課外，從易到難、從基礎到專業(yè)分層次進行，涵蓋了專業(yè)基礎知識和專業(yè)技能5 。2CDIO二級項目設計2.1 項目目標本項目針對機械制造及其自動化專業(yè)方向設置，名稱為“機械制造工藝及夾具設計” 。項目以典型零件機械加工為主線，形成機械制造工藝及工裝設計的完整知識鏈，鞏固已有專業(yè)技能、強化實踐環(huán)節(jié)，為畢業(yè)設計和就業(yè)奠定基礎。圖 2 為二級項目知識結構。第 2 期王軍吳鳳和以工程能力為導向的CDIO項目式教學模式探索一一以機械制造及其自動化專業(yè)方向為例項目的具體目標是： （ 1）加深理解“機械制造工藝學”“切削原理與刀具” 、 “機械制造裝備” 、 “數(shù)控

6、技術與應用”等專業(yè)課的聯(lián)系及其在實際中的綜合應用，強化設計一制造一體化及 “產(chǎn)品全生命周期” 理念； （ 2） 初步掌握文獻檢索、手冊和圖冊等資料查詢以及運用現(xiàn)代信息技術獲取相關信息的基本方法； （ 3）注重理論聯(lián)系實際的工程應用，初步具備分析與解決工程問題的能力。初步掌握綜合運用所學知識進行機械加工藝規(guī)程制訂及夾具設計；具備夾具三維建模能力； 熟悉夾具制造、 檢驗與裝配； （ 4） 鍛煉結構設計和制造、檢測的實際動手能力；（ 5）引導學生主動學習，鍛煉和提高組織能力、 交流能力以及團隊合作與競爭能力， 培養(yǎng)責任感。圖 2 機械制造工藝及夾具設計二級項目知識結構2.2 項目內(nèi)容項目包括工藝制訂

7、、專用和組合夾具設計及實物制作。主要內(nèi)容如下。 （ 1） 零件的機械加工工藝規(guī)程制訂，主要進行構思（Conceive）和設計（Design）能力訓練；（2）零件的某工序?qū)Ｓ? 組合夾具的設計，主要進行構思（Conceive ）和設計 （ Design） 能力訓練； （ 3） 專用 / 組合夾具的虛擬裝配，根據(jù)夾具結構的正式圖， 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，主要進行實施（Implement ）能力訓練； （4）專用 /組合夾具的實際制造與裝配，主要進行實施（ Implement ）和操作（ Operate ）能力訓練；（5）撰寫項目報告和制作答辯PP

8、T,主要進行設計（Design）和實施（Implement）能力訓練。2.3 項目能力矩陣根據(jù)專業(yè)能力培養(yǎng)目標制定項目能力矩陣， 如表 1 所示，通過項目實施實現(xiàn)能力與任務的統(tǒng)一。 1 了解機械制造工藝、工裝與刀具現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢； 初步掌握文獻檢索、 資料查詢、調(diào)研及運用現(xiàn)代信息技術獲取相關信息的基本方法。了解認知初步掌握+綜合運用 2 熟練運用專業(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問題。了解認知初步掌握綜合運用 +3掌握夾具的設計方法、 步驟、 要點以及夾具制造與裝配工藝，初步具備設計結構合理、高效經(jīng)濟夾具的能力；了解創(chuàng)新

9、設計方法。了解認知初步掌握綜合運用+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；學會有關檢具和測量儀器的操作使用。了解認知初步掌握+綜合運用5 具備較強的計算機應用能力，基本掌握機械設計與仿真軟件如CAD PROE的使用，初步具備建模及仿真能力，實現(xiàn)夾具的虛擬裝配和分析。了解認知初步掌握+綜合運用6 了解機械制造行業(yè)的設計、 生產(chǎn)、開發(fā)以及環(huán)境保護的法律、法規(guī)，能正確認識機械工程對客觀世界和社會的影響（對應專業(yè)能力要求 8 ）了解認知初步掌握+綜合運用7 培養(yǎng)主動學習習慣及終身學習能力；培養(yǎng)責任感、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。了解認知初步掌握+綜合

10、運用2.4項目考核方式項目小組成績采取節(jié)點考核方式。 共設置 3 個考核節(jié)點：節(jié)點一包括零件分析、工藝規(guī)劃；節(jié)點二包括夾具設計，夾具虛擬裝配，夾具加工制造；節(jié)點三包括項目報告及PPT匯報答辯。各節(jié)點考核的依據(jù)為是否符合工程實際要求，重點是精度保證與結構工藝性。按照考核內(nèi)容完成情況分為五檔，如表 2 所示。三次節(jié)點成績和為小組總成績。每個學生的項目成績由小組成績和組內(nèi)成績綜合確定。組內(nèi)成績由組長負責與小組成員依據(jù)在組內(nèi)的貢獻討論確定。3.1 項目實施規(guī)劃機械制造工藝及夾具設計二級項目以小組形式進行，實施進程如表3 所示。 3.2 項目實施效果圖 3 為學生完成的項目成果實例， 項目內(nèi)容涵蓋了 C

11、DIO全過程，使學生得到了從構思、設計、實施到運行全方位的培養(yǎng)和鍛煉。注重專業(yè)知識的實踐應用，加強設計制造質(zhì)量的審核，讓學生深刻體會面向制造的設計理念。項目實施中有分工有合作，提高了學生的興趣和競爭意識。圖 3 夾具實物、裝配模型與裝配圖4 結束語教學改革實踐證明，以實踐能力為導向、以分級項目為載體的工程技術人才培養(yǎng)模式，將理論知識融于豐富的實踐活動，建立了核心專業(yè)知識的有機聯(lián)系，鞏固了已有的教學成果，體現(xiàn)了專業(yè)特色。基于小組的學習與實踐極大地調(diào)動了學生學習的主動性，有助于學生創(chuàng)新意識、實踐能力、團隊精神和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。需要完善之處：進一步調(diào)動學生的學習主動性，使學生逐漸克服依賴心理， 鼓勵

12、學生大膽創(chuàng)新； 提高實物加工能力，縮短加工時限，保證加工質(zhì)量。參考文獻1胡志剛.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): 4445.2 M John ， E Kristina， O Soren.The application of CDIO standards in the evaluation of Swedish engineering degree programmersJ. World Transaction on Engineering and Technology Education， 2012 ， 5(2) ： 361364.3 顧佩華，沈

13、民奮，陸小華，譯.重新認識工程教育國際CDIO培養(yǎng)模式與方法M.北京：高等教育由版社，2009:2125.4 范丹紅，嚴文清.創(chuàng)新教學模式實現(xiàn)理論與實踐一體化J.中國高等教育，2013, (12): 4244.5 陳飛，孫斌，趙玉曉.基于卓越工程師計劃的三性實驗教學改革J.教學研究，2013, 36 (5): 106109.Exploration on abilityoriented teaching mode based on CDIO projects Take specialized direction of mechanical manufactureand automation fo

14、r instanceWANG Jun， WU FengheSchool 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 educat

15、ion 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 interrelations

16、hips 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 teachi