基于CDIO的机械专业课程体系的设计与实施

尹晓伟等

摘要：针对应用型本科院校培养应用型工程人才的特点，引入CDIO工程教育理念，重构了机械设计制造及其自动化专业的课程体系，强调学生知识、能力和素质的全面提高，在实施过程中应用项目教学法，将离散的知识点进行有目的的衔接与训练，变成学生易接受和掌握的知识群，效果显著。

关键词：工程教育；课程体系；项目教学法

作者简介：尹晓伟（1976-），女，吉林公主岭人，沈阳工程学院机械学院，副教授；张陈（1963-），男，辽宁沈阳人，沈阳工程学院机械学院院长，教授。（辽宁 沈阳 110136）

基金项目：本文系2012年度遼宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“基于CDIO理念的机械类卓越工程师人才培养模式改革与创新研究”（项目编号：2012-151）的研究成果。

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0134-03

应用型本科院校是实施应用型本科教育，培养应用型本科人才的高等学校，它是在经济社会发展和高等教育大众化的必然产物，它不同于研究性大学、职业技师院校的大学类型，肩负着推进中国高等教育大众化，培养“数以千计的高级专门人才”的历史重任。应用型本科院校面向现场、面向实际、重在培养具有高深知识、实践能力和职业道德的应用型人才，他们将从事科技含量高、综合性强的技术工作和经营管理工作，解决工程或生产中的实际问题，并逐渐成长为工业工程现场或企业一线的骨干力量。[1]

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）

和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立以CDIO命名的国际合作组织。[2，3]2006年初，汕头大学工学院成为中国第一个CDIO国际合作组织成员。2008年12月以来，在教育部高教司理工处倡议和课题组的框架下组成了由39所院校参加的CDIO工程教育试点工作组，分机械、土木、电气和化工四大类试点实施CDIO工程教育模式。几年来，第一批、第二批试点高校在推进CDIO工程教育改革方面取得了良好的进展和成效。

我国许多高校吸收欧美先进的CDIO工程教育理念，结合一般工科院校应用型本科人才培养的特点，开展以“CDIO为特色”的工程教育模式的研究与实践，实现实用型人才培养的整体目标。国内外的经验都表明CDIO的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。CDIO工程教育模式的研究与实践在我国才刚刚起步，还有许多问题需要解决。因此，开展基于CDIO的工程教育人才培养模式改革，并结合学校、专业的实际情况进行创新，不但有利于丰富CDIO的理论研究，更有利于提高工程教育人才培养质量，满足经济发展对工程人才的需求。同时，对其他工科院校的工程教育改革也具有非常重要的借鉴与推广意义。

沈阳工程学院（以下简称“我院”）作为一所新建应用型本科院校，一直在培养应用型高级人才的道路上不断学习和探索，试图找出一条适合我院发展的道路。几年来，笔者不断地学习，不断地总结和改进，取得了一定的成绩，但是落后的教学模式和课程体系从根本上制约了我院教育改革的深入。2011年机械系成立“CDIO”研究室，正式将CDIO工程教育模式引入我院，通过学习研讨，重新思考了工程教育改革的模式与路径，参照汕头大学和一些试点高校的改革方案，对我院机械专业人才培养的课程体系做了改革和实践，取得了可喜的成果。[4]

一、创建以项目为依托的课程体系

按照CDIO的培养模式，机械设计制造及其自动化专业结合自身专业特色，提出了以一级、二级、三级设计项目为依托的课程体系。通过以项目为纽带的设计，将学生的理论知识学习和实践能力训练系统融合，将扎实的专业知识学习和工程实践能力培养系统结合起来，将知识学习和实践能力培养、团队合作精神等有机地结合起来。图1是基于CDIO模式的机械设计制造及自动化专业课程计划鱼骨图。[5]

整个培养方案和课程体系，围绕机械产品设计与制造展开，组织学生参与数个特定机械设计与制造项目课程安排，如减速箱测绘、缝纫机拆装、机械装备设计、齿轮制造、产品创新设计、模具设计与制造和机械产品设计与制造综合项目等。将CDIO项目按规模和范围划分为三个层次：一级项目为包含机械专业主干课程和能力要求的项目，通过几门主干课程的系统融合，是学生掌握专业知识的总体思路，加强学生对专业主旨的把握；二级为包含一组相关课程（课程群）、能力要求的项目，课程门数不限，关键是通过课程群使学生对某一专门知识有充分的理解和掌握，包括理论上的理解和实际的操作；三级为单门课程内为增强学生对某门课程的理解和能力的掌握而设的项目，在课程教学环节中增加项目设计，使学生对该门课程达到真正掌握并能够将知识应用与实践。

在机械设计制造及其自动化专业设计了四个一级设计项目，六个二级设计项目，每门课程一个或几个三级设计项目为导向的一体化课程体系。

二、项目的构思和设计

1.一级项目的构思和设计

一级项目是专业知识的汇总，贯穿专业主干课程全部知识，从产品构思、设计、制造到使用、维修、保养、报废的系统知识，使学生有机会把所有知识有机地联系起来，让学生在获取知识的同时，更要掌握知识的运用。“专业导论”课程作为大学课程中的第一个一级项目，以减速器为例介绍机械产品全生命周期，从产品的市场调查、需求分析、方案设计、机构设计，到产品试制和测试、调试等。以减速器为例，分析产品在全生命周期过程中设计到的相关知识，进而向学生介绍为使学生获得这些知识而开设的相关课程，及专业课程体系的设置，并进一步向学生介绍专业培养目标、培养要求以及专业的招生、就业和师资队伍建设。具体内容见图2所示。通过专业导论课程，是学生在进行本科课程学习之前，就能够对本专业的知识获取与课程设置紧密联系起来，使学生对大学四年的学习有个整体的规划和认识，为学生设计一个学习愿景，提高学生的学习兴趣。

一级项目“机械产品设计与制造综合项目”采用循序渐进、层层深入的方式，从一级减速器设计、二级减速器设计、工程承力结构设计、钻床设计、C6140车床机械、电气的设计、总装、调试和故障诊断、模具设计与制造、设计和数控机床改造、数控机床设计等，从简入繁，将所学的专业知识逐渐应用到更复杂的一级项目设计中，从而将大学四年所学的知识做了最有效的连接，实现了从基于知识的教学向基于项目的教学转变。

2.二级项目的构思和设计

二级项目是基于课程群的综合性设计项目，它把原来零散的知识点有机地结合起来，使学生认识到有机的、关联的知识群而不是孤立的知识点，加深学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解和运用。比如，材料力学课程，四大变形的讲解原来只限于理论讲解和解题思路，没有与实际相关的实例和范例，导致学生在学完力学课程后不知道如何使用力学知识。进行二级项目设计后，笔者将力学课程与后续的机械原理、机械设计专业基础课程联系起来，用后续课程中的应用范例，如减速器系统中的高速轴的变形分析来讲解力学中的弯曲变形，做到理论知识和实际应用结合。如图3、4、5所示分别为产品创新设计课程群、模具设计制造课程群、减速器设计课程群。其中产品创新设计课程群将大学生创新大赛产品设计与3D工程制图、力学、机械原理和机械设计等课程联系起来，建立理论联系实践和具有创新特色的课程群改革方案。

3.项目驱动法应用于三级项目

“项目驱动法”是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，包括知识讲授、实践教学、演示、评价等完整的过程，其目的是在课堂教学中把讲授理论知识与实践教学有机地结合起来，实现知识、技能之间的联结，发展完整的职业能力。[6]

三级项目以单门课程为基础，如专业必修课“模具设计与制造”在教学过程中采用项目驅动法，在为学生提供模具基础知识基础上，根据该门课程教学需要设立了一门贯穿课程的实践项目，项目设计内容丰富、完整、全面，从设计、工艺到制造，给同学提供了充分的实践锻炼的平台，要求学生在课程教学过程中，完成一副典型零件冲压模具的设计，难度适度，旨在加深和强化学生对课程内容的理解，掌握模具基本设计方法，改变过去单纯的理论课程讲授，学生缺少动手环节，知识掌握不够系统和灵活的现象。

又如“机械制造装备设计”课程也采用了项目驱动法，用主轴箱设计项目来驱动教学过程，使学生在知识和能力上都有了提高，教学效果显著。

三、结论

应用型本科院校重在培养知识面较宽、基础较扎实、应用能力强、综合素质好的高级技术人才，这样才能在高教生态中找到发展空间。结合应用型本科院校的办学特点和我院“工程教育，职业取向”的教学理念，充分发挥CDIO工程教育的优势，认真研究具有特色的CDIO教学方法和人才培养标准，能够尽快提高我院学生的整体水平和工程应用能力。改革课程体系，强调理论知识和实践结合，提高学生的知识、能力和素质，对培养工程教育人才具有重要的意义。

参考文献：

[1]杨兴林.应用型人才及其培养模式的研究[J].黑龙江高教研究，

2007，（6）：50-51.

[2]陈冬松，孙阳春.CDIO工程教育模式下的工科院校人才培养途径[J].现代教育管理，2011，11（12）.

[3]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[4]尹晓伟.谢刚.张陈.基于模具课程的项目教学法的研究与应用[J].沈阳工程学院学报，2012，8（1）：100-102.

[5]吴鸣，熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010，29（3）：54-59.

[6]张红兵.基于工程项目的教学方法研究与应用[J].苏州市职业大学学报，2008，19（2）：112-114.

（责任编辑：王意琴）