新工科背景下CDIO理念在“计算机辅助+X”类课程中的改革及实践

吴晨刚，王庆礼，张乐平，谭欣珍

（江西理工大学 能源与机械工程学院，江西南昌 330013）

新工科建设的核心任务之一是新工科专业建设及人才培养，其中人才培养是新工科建设满足行业、产业和未来发展需要的核心任务[1]。新工科专业建设注重信息通信、电子控制、软件开发等新技术与传统工业技术的紧密结合，实现机械的数字化、网络化、智能化[2，3]。

CDIO模式的愿景是为学生提供一种强调工程基础，并建立在真实世界产品和系统“构思-设计-实现-运行”过程基础上的工程教育[4]，强调以学生为主体，采用以工作过程为导向的项目驱动教学方法。

“计算机辅助+X”课程是需要计算机的辅助才能最大限度发挥作用的一类课程，涉及课程包括计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程、三维造型、计算机图形学、虚拟现实技术等，是很多工科专业的必修课程[5]。本文以江西理工大学软件工程+机械背景类专业开设的“计算机辅助+X”类课程为例展开分析，课程主要培养学生使用计算机辅助进行三维建模、加工、仿真以及二次开发的能力。希望本研究能起到抛砖引玉的作用，为新工科背景下 CDIO模式在“计算机辅助+ X”类课程中的应用提供一种新思路。

1 课程教学现状

1.1 教学内容设计不合理，缺乏前瞻性、综合性

“计算机辅助+X”课程主要讲授计算机技术、软件开发技术、计算机图形学、机械制图、机械设计与制造等知识，是未来智能制造行业发展的核心技术之一。近年来知识更新越来越快，对学生综合能力的要求也越来越高。如果课堂上讲述的知识仅限于某一种软件的用法，而不教授软件的二次开发及与各项技术的融合[6]，那么学生进入社会后，其发展前景有限。只纯粹介绍软件使用方法，而不能将专业理论（比如连杆的截面尺寸为什么是这个尺寸，能否大一些或者小一些，原因是什么？）融入设计和制造过程中，最后可能导致设计的作品不符合工程实际情况。

1.2 教学模式落后，对学生创新能力培养有限，学生主动性不足

课程教学过程一般以课堂学习为主，学生在课堂上掌握课程内容，“一讲一练”，侧重于讲解软件的简单操作应用，忽略了学生自主学习能力和团队合作能力的培养。有些甚至只讲理论、算法，没有实践，更谈不上对创新能力的培养。学生课内学、课外闲，没有充分利用课外时间开展活动，比如引导学生参加各类与课程相关的工作室；参与各类创新设计大赛、软件开发大赛等，没有与创新创业得分、综合素质得分等充分结合起来。课程之间的融合不够，实际应用能力培养不足，无法有效激发学生的积极性和主动性。

1.3 课程考核、评价方式单一，未能客观、全面评价学生能力

课程考核方式依旧采用平时成绩30%-40%，期末考试60%-70%[7]的方式。平时成绩集中于出勤、课堂表现及作业，考查范围有限。期末考试全班学生“一张卷”“一台电脑”，学习的深度和广度有限，缺少探索性、个性化教育和因材施教。重视基本知识点的考查，缺少对高素质工匠型人才应具有的创新能力、团队协作能力、工匠精神等的培养和评价。

2 课程设计与实践

项目以软件工程+机械背景专业“计算机辅助+X”类课程为例。以项目分析、理论学习、软件开发、使用软件设计产品到产品运行的整个生命周期为主线，让学生以主动的、实践的、相关课程之间有机联系、一体式[8]方式学习“计算机辅助+X”类课程；以“三三制”为手段开展教学，强调教学、实践、教学评价三方面的内容；课程教学将教学内容、教师、学生三者有机地联系起来；教师与教学内容之间进行知识更新的交互，教师与学生之间进行知识交换创新的交互，学生与教学内容之间进行知识获取（知识点和获取知识途径等）的交互，如图1所示。

图1 “三三制”模型

2.1 构建教学新模式

以工程项目、学科竞赛等为手段，以问题为先导设计课程，整合知识点，让学生有一个完整的工程实践经历。以项目实施作为主线，将其贯穿课程设置全过程。学生对目标进行分析研究，并设计内容和实施方案，将方案转化为产品或系统。然后经过不断调试、修改，形成一个完善的产品或系统。如图2所示。

图2 CDIO理念下“计算机辅助+X”类课程教学模式设计

2.2 搭建教学新内容

以项目为引导，以工程能力培养为目标，根据课程大纲[9]要求，将新技术、新方法、新理论（二次开发、语音绘图、人工智能）等有效融入“计算机辅助+X”类课程当中，强调课程内容的动态性和时效性。设立综合性、热门的实践项目，让学生学习与该项目有关的知识和新技能。

实践项目主要包括基于知识点的实践项目（知识点验证）、基于创新的实践项目（与时下热门技术的融合）、基于竞赛的实践项目（学科竞赛等）。

2.3 创建考评新体系[10-11]

“计算机辅助+X”类课程基于CDIO理念的一体化内容教学，强调实践环节，培养学生解决实际工程问题的能力、自我学习知识能力和创新能力。课程考核从平时表现（30%-40%）、课程考试（论文）（35%-45%）、附加分（15%-35%）等方面进行综合评价，大大降低课程总评中考试卷面分的比重[12]，附加分中的部分考核业绩如图3所示。

图3 课程实例及部分成果

3 实践结果及结论

项目从2018年开始实践，“计算机辅助+X”类课程深受学生喜爱，课程教学效果良好，课程平均分在73.2-83.6分之间，课程评教优秀。截至目前，基于该课程孵化的成果丰硕。授权发明专利7项，实用型新型多项，授权软件著作权20余项，制作“精准射门”模型1件。获三维创新设计大赛（国赛、省赛）二等奖以上40余项，先进成图大赛（省赛）5项，“互联网+ ”校级铜奖3项，节能减排奖5项。国家级、省级创新创业项目10项，校级线上线下精品课程3项，出版教材2部。同时课程积累了丰富的素材库和资源库

新工科对工程教育有新要求，不仅仅是理念上的更新，更重要的是在实现学科交叉、专业智能的同时，使教师、学生适应时代需求。本次改革探索，基于CDIO理念，以项目、竞赛等为引导，以“三三制”为手段，在一体化课程设计的指导下，充分调动了学生的学习兴趣和积极性，学生团队均取得良好成绩，实现了新工科背景下的课程培养目标和教学要求。