基于CDIO模式“概念车制作”课程教学设计

姚喜贵+杜君+姚焕新

【摘要】通过分析当前高校尤其是工科类高校存在的重理论、轻实践等弊端，造成高校培养的工程技术人才不适应社会需求。为此，本文从课程教学创新切入，提出基于 CDIO 模式的“概念车制作”课程教学，从构思、设计、实施和运行四个方面较详细地阐述“概念车制作”教学过程，实施以学生为主，教师为辅的教学思想，培养学生团队合作意识、创新意识、动手能力、自学能力以及初步管理能力，使学生成为高素质工程技术人才。

【关键词】CDIO 概念车制作 课程 教学 设计

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0107-02

一、引言

据麦肯锡咨询公司（ McKinsey Global Institute） 的研究报告统计[1]，我国的工科毕业生只有不到 10% 适合在跨国公司工作。高素质工程技术人才的缺乏是不适合跨国公司工作的关键。与欧洲等国家工程类大学毕业生相比，中国高等教育在培养高素质工程技术人才方面存在三大弊端：一是教育重理论、轻实践，工程教育的师资队伍普遍缺乏行业背景，二是课程设置僵硬，缺乏知识的融合与交叉，创新教育不足；三是缺乏对工程科技与创新的兴趣培养，缺少职业能力及职业道德教育。这样的状况导致培养的工程技术人才创新能力不足，缺乏动手和解决问题的能力，团队合作意识和人际沟通能力不强。中国提出在2020年前完成建立创新型国家的目标，这就需要培养出基于工程实践的新型工程技术人才，因此，更新教育观念、实施工程教育改革成为第一要务[2]。实现第一要务要从最基本的课程教学改革和创新开始，课程创新是教育改革的关键，没有课程教学创新，教育改革就是空中楼阁。

2000年，美国爱德华·克劳利教授研究组开始对工程教育改革进行研究。经过四年探索和实践，他们合作幵发出了的一个新型的工程教育模式——CDIO[3]。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运行（Operate），以CDIO教学大纲和标准为基础，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习和获取工程能力。CDIO模式为国际工程教育提供了一个新的思路和研究方向，也为我国的工程教育改革提供一些有益的借鉴[4]。

将CDIO模式应用到课程教学上进行改革和创新，是课程改革和创新的新尝试。“概念车制作”是新开设校级综合性专业校选课程，所涉及的内容是概念车制作的整个过程，教学方法采用学生主动研究和学习，教师指导方式。将CDIO模式应用到“概念车制作”课程中，以学生团队在工作室（课堂）针对概念车为情境的理论学习、分析、思考为重点，构建一个“构思-设计-实施-运行”的重理论又重实践的工程教育环境。

二、课程设置的目的

设置“概念车制作”课程，旨在培养学生综合运用专业知识的能力；培养学生思考问题的逻辑性、灵活性与广泛性，培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。该课程要求学生树立工程的概念，同时了解在完成工程的过程中，所涉及到的相关内容，使学生了解作为一名工程技术人员，不仅需要具有相关的技术技能，同时更重要的是具有良好的职业道德、团队合作能力、书面及口头交流能力、资料的使用及查阅能力等，还有自我学习和管理等相关能力。使学生在系统分析与设计、制作、调试、信息处理、文档写作和团队合作等方面的能力都有一个质的飞跃，为从事技术和管理工作积累实践经验，为造就出高素质工程技术人才打下良好的基础。

三、课程的组织

“概念车制作”是一个复杂的设计、制作和调试的过程，将概念车制作分成多项目（或系统）。该课程分成五组，每组学生 3～5人，包括车身组、传动组、转向及车架组、发动机组以及电器组。要求汽车服务工程和车辆工程专业学生基本安排在传动组、转向及车架组、发动机组以及电器组，成型专业学生安排在车身组，机械制造及自动化专业分派到各组承担零部件的制作。

四、CDIO模式下的课程

1.课程的构思（C）

概念车就是最先进、前卫、环保、最能代表造车工艺的技术与科技发展设计的未来汽车。教学内容的构思是以概念车制作为平台，课程教学内容包括技术和管理两个方面。

该课程技术内容构思是概念车的制作项目，制作概念车要求每循环教学都有创新，在汽车节能、环保，轻量化等方面进行改进和创新。概念车主要包括发动机、底盘、电器和车身四大部分，每循环教学创新都要从这四个方面考虑。基于比赛和教学规律的考虑，每循环教学项目都在变化，构思概念车的系统创新是关键，这就是项目任务书。如2015年是转向系统的优化，2016年是发动机电控系统的开发。

该课题管理内容构思以质量管理体系ISO9001进行管理，使学生团队受现代企业管理方式的熏陶。

2.课程的设计（D）

根据构思的项目任务书，对构思课程教学进行设计。

（1）教学过程的设计

“概念车制作”教学过程的设计与传统的课程教学过程有很大差别，时间不固定，按照项目计划时间运行。主讲教师不站在讲台上将知识或技术灌输给学生，深入到学生团队中去，引导学生去思考和解决问题。学生团队按照项目计划书去学习和研究，推动项目逐步接近技术指标。

（2）教学方法的设计

“概念车制作”授课在 CDIO 模式框架内进行，需将 CDIO 精神灵活地贯穿于教学活动中，突出以学生为中心的观念。采用以学生动手和自行思考为主，教师指导为辅的教学方式。在整个教学过程中学生学习、研究和思考自行完成，遇到问题，教师引导学生思考研讨，和学生一起寻找解决问题的方法和手段，最后解决问题。在教学过程中教师不仅要引入工程的概念，而且还要按照ISO9001质量管理体系严格要求学生。

（3）教学内容的设计

教学内容包括技术方面和管理方面的教学内容。技术方面包括，调研、构思、设计、制作、调试和比赛（若有比赛）或总结等内容；管理方面包括大学生日常管理、经费管理、数据管理、设备管理以及基地管理等。

（4）实训基地的设计

实训基地设计是按照ISO9001管理体系进行现场设计，将占地面积500平方米制作基地划分为车身成型区、学习区、加工区、组装台架调试区以及设备存放区。

3.课程的实施（I）

（1）技术方面的实施

实施过程按照项目计划时间进行。制作过程主要在实训基地。首先，学生团队调研和检索材料，了解和掌握该任务的技术动态和发展趋势。如2016年的主要任务是发动机电控系统的开发，就要了解发动机电控知识和技术，掌握电控技术动态和发展趋势。学生团队要出去调研，记录和撰写调研报告。

根据比赛和教学的要求，撰写项目任务书。首先，设定本学期概念车需要解决的关键问题。如2016年关键技术是发动机电控部分，其他系统进行优化。其次，对概念车进行总体布局，如2016年概念车采用三轮行驶系统，转向系统采用阿克曼转向方式，车架采用前一字后井字结构以及车身采用锥形流线型等。第三、零部件设计采用CAI设计并进行仿真车身强度、刚度进行有限元分析和计算。第四、按照已经学过的《机械零件》的知识，对零部件选型。

按照零部件的要求以及计算分析结果，对零部件进行绘制，设计零部件的加工工艺和工装夹具。根据图纸的内容进行制作，制作大部分都是学生团队在学院加工中心自行完成。

零部件全部制作完毕进行组装，组装后进行调试，调试先进行台架测试，台架测试通过后，再进行路试，如果有问题或效果不理想，再进行零部件优化，然后再调试，直到达到比较理想状态为止。学生团队在计算分析、制作以及调试过程中遇到技术问题查资料或看讲义以及教师指导。

课程技术内容讲义总计九章，主要包括车架设计与制作、车身设计与制作、转向系统的设计与制作、制动系统设计与选型、传动系统的设计与选型、电动车动力系统的设计与选择、燃油车动力系统的设计与选择、电动车测试过程以及燃油车测试过程。

（2）管理方面的实施

大学生日常管理、经费管理主要管理者是学生辅导员承担。数据管理、设备管理、以及管理实训基地的管理按照ISO9001质量管理体系实施，主要管理者由主讲教师或其助教承担。

4.课程的运行（O）

逐步建立较完善的“概念车制作”教学体系和实训体系，构建与现代企业较为一致的行业质量管理体系（ISO9001），使“概念车制作”课程能够正常运行，并逐步完善，实现培养学生创新能力和人文素质的目标。

五、课程考核方法

考核方式按照平时考核、平时记录情况、月汇报情况、会议纪要、以及总结报告相结合考核方法实施。即每阶段或过程都有记录，记录作为考核的依据（20%）；不定期或定期讨论问题和措施有会议纪要，纪要也作为考核的依据（20%）；每月有各组汇报，汇报情况也是考核依据（20%）；最后总结报告也是考核依据（20%）。平时有考核记录（20%），平时考核成绩由学生辅导员确定，其他考核由主讲教师确定。

六、结语

“概念车制作”课程经过2015年的试验，取得了一些成绩和效果，积累了一些课堂教学经验，为2016年正式确定校级选修课程打下良好的基础。2016年开课已经开始，制定了教学大纲和考试大纲，自编了课程讲义，制定了课程考勤管理办法以及定期汇报制度，基本建立了课程教学体系和实训体系，构建与现代企业较为一致的行业质量管理体系（ISO9001）。仅一年的课堂教学经验只是雏形，持续的改进并逐步完善“概念车制作”课程，才能培养出更多的高素质工程技术人才。

参考文献

[1] 麦肯锡.Addressing China's Looming Talent Shortage，McKin-sey Global Institute，October 2005

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

[3]Crawley E. etal. Rethinking Engineering Education： The CDIO Approach[M].NewYork： Springer Science+Business Media，2007

[4]胡志刚，任胜兵，吴斌.构建基于CDIO理念的一体化课程教学模式[J].中国高等教育，2010，（22）.