CDIO理念在工程制图课程中的应用

牟志然，陈彩萍，俞晓峰

（太原学院，山西 太原 030032）

1 引言

CDIO 工程教育模式是麻省理工学院和瑞典的查尔摩斯工业大学、林雪平大学以及瑞典皇家工学院，通过探索与研究，一起创立了CDIO 工程教育理念，并且成立了以CDIO 命名的国际合作组织。CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到运行周期为载体，建立起相互联系的课程体系，让学生以主动的、实践的方式学习工程理论、工程技术以及工程实践经验[1]。CDIO 的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的教学标准。

截至2013年，已有几十所世界著名大学加入了CDIO 组织，其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念，取得了良好效果，按CDIO 模式培养的学生深受社会与企业欢迎。我国最早是在汕头大学、南京工程学院等十八所院校作为试点进行CDIO理念教学模式，目前也取得了一定实践的经验。因此，为了培养学生综合实践能力以及实践创新能力，CDIO 工程教育模式是未来工科院校发展的主要方向。

2 我国高等工科教育现状

科学技术是生产力，而且是第一生产力，这充分说明科学技术在国民经济发展过程中的重要地位。工科教育是提高科学技术非常关键的一步，因此工科教育必须与当今的工程实际相结合，服务于工程实际，同时在服务工程实际过程中发现问题，并且解决问题，反过来再丰富和补充理论知识。

现在工科教育出现的主要问题，首先，多数高校向研究型大学转型，这必然导致工作重心向科研方向倾斜，进而淡化应用教育，盲目地追求科研创新能力，而忽略工程应用能力的培养，这是本末倒置的。其次，高校教师的引进，多数是学校刚毕业的学生，他们理论基础比较扎实，但是对现实中的最新技术、最新设备，以及最新加工方法，缺少必要的认识，这样教师不能把最新的科技成果融入到授课过程中，不能够充分提高学生上课的积极主动性，同时教师如果科研任务过重，必然没有足够精力开展实践应用教学。再次，随着科研成分的加重，学校在购置实验设备方面，更加向研究性设备倾斜，减少工科实验设备的购置，这样必然弱化对学生实践能力的培养，导致学生对工程教育的重要性的认识及作用缺乏解决实际工程问题的能力，缺乏对工程问题所涉及的决策能力、协调能力以及管理能力[2-3]。此外，由于学校经费有限，同时学校与企业联合办学的意识不足，导致学生毕业生产实习环节以参观为主，学生的工程实践能力不能够得到充分的锻炼。因此，工科教育还需要不断发展，还需要解决工科教育的主要矛盾，不断改进工科教育理念，提高教育教学质量。

3 基于CDIO理念的工程制图课程

工程制图是工科院校开设的一门重要的专业基础课，其目的在于培养学生的空间想象能力，最终达到读图和设计图纸的能力，在整个学习过程中逐步了解产品的设计、产品的规范标准，对以后的工程实践和职业生涯有一个初步的了解。

3.1 工程制图课程主要存在的问题

《工程制图》课程通常设在大学一年级学习，他们既缺乏机械方面的专业知识，又没有经过金工实习的实践训练，而本课程又是一门实践性较强的技术基础课。工程制图课程在授课过程中主要采取多媒体、板书以及挂图相结合的方式进行，这种传统授课模式属于灌输式授课模式，一般是在理论授课结束后，再安排学生进行零部件测绘和CAD（Computer Aided Design）课程学习。这种授课模式无法使学生的理论学习与技能训练交融并进，学生是被动式的学习，往往感到枯燥难懂，积极性和主动性难以调动，甚至产生厌学情绪。同时，学生的实际技能培养不到位，不具备独立工作的能力，灵活应用知识的能力更显不足，难以达到预期的培养目标。因此，工程制图课程需要一种全新的工程教育理念，来提高学生学习的主动性，同时培养学生自主学习能力、创新思维能力以及动手实践能力。

3.2 CDIO理念在工程制图课程中的应用

首先，培养学生学习工程制图课程的兴趣。工程制图课程是一门比较抽象的专业基础课，目的在于培养学生的看图和画图的能力，教师在授课过程中，可以将自身的工程实践经验及经历讲授给学生，使同学们对工程实际有一个初步的了解，同时对以后的职业生涯有一个感性认识，提升学生对工程制图课程的学习兴趣。其次，将灌输式授课向启发式授课方式转变。灌输式授课方式是一种被动学习方式，这种授课方式学生积极性不高、互动性不强，学生容易产生厌学情绪，学习效果会大打折扣。启发式授课就是要改变这种被动的授课方式，教师在授课过程中起启发引导作用，让同学们自己发现问题，自己解决问题[4]。学生在发现问题和解决问题过程中，主动去查阅有关资料，在解惑的过程中来积累知识，而这种自己通过发现问题而积累的知识，往往掌握的最扎实牢靠。这种授课方式，更注重培养学习主动学习的能力，这种主动学习的能力在以后的学习和工作过程中恰恰是最重要的。第三，将工程实践融入到工程制图课程中。工程制图课程主要是培养学生的空间想象能力，学生将老师所讲授的知识消化吸收，必须经过实践训练，而且要反复多次，形成学习到实践，再学习到再实践的教学方法[5]。只有通过实践才能充分吸收所学习的知识，学生才能更好地掌握所学的知识。此外，积极鼓励同学们参加课外科研活动，提高学生的动手能力。工程制图课程在教学过程中，我们要求学生做到手脑并用，熟练使用绘图仪器，按照规范方法进行绘图，提高了学生的动手能力。同时在课余时间，教师可以鼓励学生多参加课外科研活动，使同学们充分运用所学的知识，提高学生运用所学知识来解决实际工程问题的能力[4]。第四，鼓励学校与企业联合办学。请企业的工程师指导学生构思以及设计产品，让同学们再到企业中去参观，使同学们了解如何将工程技术图纸转化为实际产品，让同学们亲身感受产品从设计到成品的整个过程。

4 基于CDIO理念工程制图课程的实施

4.1 实施过程

首先，CDIO工程培养目标的完成主要通过基于项目的授课方式。在授课过程，所使用的案例，均采用现实生活中实际的机械零件，实际中的常见零件为同学们所熟知，这样学生学习新知识更得心应手[6]。其次，授课过程中，作业的形式由以往的客观题向思维开放性主观题倾斜，培养学生主动学习的能力，同时锻炼学生的语言表达能力、团队协作能力。第三，对于不复杂的机械零件，学生可以自行动手制作三维模型，根据自己制作的三维模型，绘制三视图。第四，分阶段进行考核，根据各阶段的综合表现，给予成绩，这种考查方式更客观，更能反映学生的综合能力。

4.2 基于CDIO理念的工程制图课程实施案例

工程图学测绘是工程制图这门课必不可少的实践环节，该实践环节对学生理论知识的掌握程度进行检验，是提高学生动手能力以及知识运用能力的关键环节。以往工程图学测绘成绩的评定，主要根据学生所画图纸的质量给予评分，这往往忽略了学生绘图的过程。采用项目式授课方式，关注每一位同学，在整个工程图学测绘过程中表现情况[7]。

首先，教师选定项目式授课的主要内容，一个是柱塞泵的装配图，另一个是手压阀的装配图。其次，指导教师将学生按照学号顺序进行分组，下达测绘任务，为培养学生的自主学习能力，要求每组同学完成一张装配图、两张零件图，零件图为一张轴类零件图、一张盘类零件图，同学们也可以自行选取零件图，以发挥学生学习主动性，同时培养学生的自主学习能力。第三，同学们分组讨论，查阅有关资料，弄清楚柱塞泵和手压阀的主要工作原理，在此过程中锻炼了自学能力、语言表达能力以及团队协作能力。同学们明白工作原理之后，进行方案讨论，确定三视图的表达方案，各组之间表达方案可以不尽相同，有助于培养学生综合运用知识的能力，同学们讨论及查阅资料，最终完成指导教师所安排的测绘任务。第四，每组同学选出一名代表，讲解图中所表达的工作原理及主要内容，其他同学也要对该组同学的图样进行评价。指导教师最后进行分析指导，指出图样的优缺点，再结合每位同学平时的表现情况，给出综合成绩评分。

5 基于CDIO理念的工程制图课程所需的支撑条件

5.1 对教师能力提出更高要求

首先，教师的授课方式需要转变。教师从传统的知识的传授者向教学任务的设计者转变。在现实教学过程中理论课程相对多一些，实践动手环节相对少一些，这就要求教师设计好课程项目，使学生在动手实践环节中提升自己的动手能力，强化对理论知识的理解[8]。其次，教师与学生之间的关系需要转变。在传统教学过程中，学生一直以来是被动的接受老师所讲授的知识。CDIO 理念是培养学生主动学习的能力，这就要求教师的角色向学生学习的引导者方向转变。教师与学生的关系由管理与被管理向引导与被引导方向转变，从而激发学生的创造力，提高学生的动手能力、团队协作能力、语言表达能力。第三，要求教师自己不断学习和提高。工程制图一门专业基础课，本课程要为其他课程服务，同时也需要其他课程的知识来支撑，这就要求教师不断的学习，来加强自身的业务能力。第四，鼓励教师去企业学习。总体上看教师理论基础比较扎实，但是对现实中的最新技术、最新设备，以及最新加工方法，缺少必要的认识。鼓励教师去企业学习，有助于提高教师的实践能力素质，提升实践环节的教学水平。

5.2 对实验设施提出更高要求

为培养学生的动手能力，以及完成实践教学任务，对实验设施提出了较高的要求。实验设备必须能完成教学大纲所要求的授课任务，同时实验设备的数量必须保证每位同学都能得到充分训练。为培养学生的创造性思维，还需要购置一些培养创新性思维的设备，例如机械创新设计实验柜等。同学们在课余时间可以参加一些科研活动，以提高学生的动手能力，这就需要学校有自己的工程训练中心，同时对学校的实验设备以及实训场地也提出了较高的要求。

6 结束语

CDIO工程教育理念为工程制图课程提供了一种全新的教育理念，教师通过启发式授课方式，激发学生的创新能力，提高学生的自主学习能力、团队协作能力以及语言表达能力。CDIO 工程教育模式更注重培养学生的动手实践能力，培养出的学生更符合社会需求，使学生、教师、学校以及企业均受益，提高我校的创新能力和应用实践能力，为社会培养更多的应用型人才。