郭長虹， 趙炳利， 李興東， 姜桂榮

（燕山大學(xué)機械工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

面向CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)改革

郭長虹， 趙炳利， 李興東， 姜桂榮

（燕山大學(xué)機械工程學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

CDIO是當(dāng)前高等教育的新型人才培養(yǎng)模式，以培養(yǎng)國際化工程師為目標(biāo)。論文介紹了當(dāng)前圖學(xué)教育中存在的弊病和 CDIO人才培養(yǎng)理念，結(jié)合燕山大學(xué)等高校實施CDIO教學(xué)改革的實踐，提出一系列基于CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)改革措施。實驗證明，該教學(xué)模式對于啟發(fā)與培養(yǎng)大學(xué)生動手能力和創(chuàng)造性十分有效，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計與科研工作奠定良好基礎(chǔ)。

工程圖學(xué)；CDIO教育模式；立體動態(tài)教學(xué)平臺；交叉授課

1 目前圖學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀分析

老師們在畢業(yè)設(shè)計中發(fā)現(xiàn)比較典型的問題是：① 方案設(shè)計階段，不少學(xué)生感到無從下手，不會表達方案草圖，徒手繪圖能力較差；② 詳細(xì)設(shè)計階段，不會表達裝配圖，如選擇主視圖和其他視圖等。拆畫零件圖時，不能把零件圖與裝配圖聯(lián)系起來，導(dǎo)致零件圖的結(jié)構(gòu)與裝配圖不一致；③ 對標(biāo)準(zhǔn)件、常用件的表達，特別是某些規(guī)定和簡化畫法沒有掌握好；④ 尺寸、尺寸公差和形位公差標(biāo)注存在較多問題，重復(fù)、漏標(biāo)、不規(guī)范等。運城學(xué)院的圖學(xué)教師曲爾光等也認(rèn)為：“許多機械制造專業(yè)畢業(yè)的大學(xué)生甚至研究生都畫不出能用于生產(chǎn)的圖紙……”[1]。

據(jù)麥肯錫咨詢公司的一份研究報告統(tǒng)計，中國工科畢業(yè)生只有不到 10%適合跨國公司的工作。在對企業(yè)所做的調(diào)查中，不少企業(yè)責(zé)怪“學(xué)校的畢業(yè)生花拳繡腿，設(shè)計出來的東西不切實際，處理問題思路理想化，如結(jié)構(gòu)不合理，裝拆不方便，表達不完善等”。

造成這種局面的原因是傳統(tǒng)的工程教育，在很大程度上重理論輕實踐，忽視團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)不相吻合。而CDIO的工程教育模式的改革顯然符合了當(dāng)前工程教育改革的趨勢。這一改革使知識傳授與能力培養(yǎng)融合在一體化的教育過程與課程實施之中。為此，燕山大學(xué)機械工程學(xué)院參照外資企業(yè)和國產(chǎn)大中型企業(yè)對高技能人才的界定，積極借鑒國內(nèi)外先進教育理念，不斷實踐，形成具有特色的CDIO工程圖學(xué)課程體系。

2 CDIO工程教育模式的借鑒和引入

2.1 CDIO的工程教育理念

20世紀(jì)末一些國家紛紛進行工程教育模式改革的探索。2000年，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)，經(jīng)過四年的探索研究后，提出了CDIO工程教育模式，并成立CDIO國際合作組織。2005年，加拿大工程院院士顧佩華率先將CDIO教學(xué)理念引入汕頭大學(xué)。2008年5月在汕頭大學(xué)召開了“中國 CDIO工程教育模式研討會”，出席研討會近一百所院校的二百多位高校校長一致認(rèn)為：中國的工程教育，需要學(xué)習(xí)國際先進經(jīng)驗，加大改革力度以適應(yīng)創(chuàng)新型國家建設(shè)的需要[2]。由此，我國工程教育改革應(yīng)用 CDIO模式掀起新高潮。

2.2 注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)

CDIO是“構(gòu)思(Conceive )—設(shè)計(Design)—執(zhí)行(Implement)—運作(Operate)”的英文縮寫，其本意是代表一種工程教育模式。構(gòu)思即針對工程實踐，讓學(xué)生掌握專業(yè)知識的基本原理，確定未來發(fā)展方向；設(shè)計即以產(chǎn)品設(shè)計與規(guī)劃為核心，通過研發(fā)，擬解決某一具體的問題；執(zhí)行即以制造或建造為核心，組織一體化的課程實踐，其中包括學(xué)生必須掌握的理論知識與實踐能力；運作即產(chǎn)品應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)。它以產(chǎn)品的研發(fā)到運行的生命周期為載體，通過系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技術(shù)知識、個人能力、職業(yè)能力和態(tài)度、團隊工作和交流能力等。CDIO培養(yǎng)大綱，將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面。這些要求，是直接參照工業(yè)界的要求。如波音公司的素質(zhì)要求，以及ABET（美國工程與技術(shù)認(rèn)證委員會）的標(biāo)準(zhǔn)EC2000而制定的。這個目標(biāo)是全方位的，涵蓋了在組織中從事工程工作所需的綜合素質(zhì)。目前一些公司專門為CDIO畢業(yè)生制定了高于其他教育模式畢業(yè)生15%的工資標(biāo)準(zhǔn)，表明產(chǎn)業(yè)界對此種CDIO教育模式的肯定[3]。

2.3 密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)

CDIO教育模式以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，教學(xué)內(nèi)容和方法與產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步，理論和實踐相結(jié)合，以培養(yǎng)適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合格的工程人才為目標(biāo)。CDIO標(biāo)準(zhǔn)直接參照工業(yè)界需求，其中構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行4個環(huán)節(jié)就是企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)流程。同時CDIO模式要求教師具有較好的工程實踐能力，能夠不斷更新工程能力。CDIO模式也要求不斷聽取來自產(chǎn)業(yè)的反饋信息，不斷完善教育教學(xué)。CDIO模式是融于產(chǎn)業(yè)發(fā)展并與之同步的工程教育模式。

3 基于CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)改革

CDIO模式強調(diào)對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)等特點，對我國工程教育有較好的啟示和借鑒作用，并在我國工程教育界產(chǎn)生了很大的反響，汕頭大學(xué)、清華大學(xué)等率先進行了CDIO工程教育改革，并取得較好的成效，目前已有更多的高校參與到CDIO工程教育改革之中。2005年燕山大學(xué)機械工程學(xué)院院長趙永生教授也帶頭提出各門課程的CDIO教學(xué)改革。我們重新審視了多年來制圖改革所取得的長處和不足，參照CDIO模式又切合我校特點制定了基于CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)改革措施，并不斷完善，已取得了可喜成績。

3.1 加強教學(xué)團隊建設(shè)，提倡交叉授課，注重教師隊伍綜合素質(zhì)的培養(yǎng)

學(xué)習(xí)發(fā)達國家做法打破教研室概念，組建復(fù)合型制圖教學(xué)團隊，吸收專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)教師加入，更貼近專業(yè)發(fā)展。同時原制圖教師通過學(xué)習(xí)提高，不再單一從事制圖類課程教學(xué)，也從事相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課和生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)等教學(xué)工作。

復(fù)合型制圖教學(xué)團隊的建立，以制圖類課程為主線，搭建了基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的橋梁，實現(xiàn)了制圖課程和專業(yè)課程的縱向貫通，促進學(xué)科基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識的互相滲透和有機結(jié)合，有利于合理使用教師資源。同時積極提倡教師進行課程交叉，優(yōu)化和整合教學(xué)內(nèi)容，承擔(dān)機械原理和機械設(shè)計等課程的課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，這樣可以極大豐富和充實制圖教師的講課內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和工程實踐能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情。

CDIO模式的實施也對教師提出極高的要求，要求教師們具備豐富的工程實踐經(jīng)驗，能長期地與企業(yè)在各個領(lǐng)域開展合作，并且要對CDIO模式有深刻理解。因此，我院做出相關(guān)培育師資力量的規(guī)定，比如讓教師尤其是青年教師到企業(yè)掛職鍛煉，并與職稱評定、考核晉升等管理制度掛鉤，為教師提供很好的發(fā)展機遇和機制，到企業(yè)進行工程實踐，提高自身的教學(xué)能力、工程實踐能力等綜合能力，進一步促進CDIO模式的有效實施。

目前高校在固定資產(chǎn)管理這一環(huán)節(jié)操作相對混亂，由于大部分工作由人工操作完成，再加之管理理念的相對落后，所以管理權(quán)責(zé)存在分配不清、落實不到位等等問題。有些高校表現(xiàn)出固定資產(chǎn)管理工作人心渙散或人手不夠等等問題，這導(dǎo)致他們在固定資產(chǎn)科學(xué)管理配備方面無法保證工作任務(wù)執(zhí)行到位，且在科學(xué)管理與價值管理方面也無法做到有效兼容，不能做到“誰使用、誰管理”。同時，其固定資產(chǎn)的采購合理性也相對偏差，在入庫登記保管手續(xù)方面缺乏健全性，許多固定資產(chǎn)內(nèi)容隨意放置，這造成了校內(nèi)固定資產(chǎn)的嚴(yán)重流失，間接促使高校出現(xiàn)嚴(yán)重經(jīng)濟損失。

3.2 拓展教學(xué)空間，引入典型科研項目

在學(xué)院統(tǒng)一安排下，制圖教師擔(dān)當(dāng)相關(guān)課程的課程設(shè)計、機械創(chuàng)新大賽、專業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)等實踐教學(xué)工作，使圖學(xué)課程的教學(xué)空間得到拓展和延伸，形成了臺階式的教學(xué)模式。實踐證明，這種模式使學(xué)生工程應(yīng)用能力得以分階段逐步提高。我校通過指導(dǎo)學(xué)生參加全國計算機三維數(shù)字建模大賽、大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”等等活動，增強學(xué)生就業(yè)創(chuàng)新能力。

完善教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，將創(chuàng)新意識切實引入教學(xué)各個環(huán)節(jié)之中。首先習(xí)題集中補充和設(shè)計了一題多解構(gòu)型設(shè)計題和結(jié)構(gòu)創(chuàng)意設(shè)計等習(xí)題訓(xùn)練。其次豐富實踐教學(xué)內(nèi)容，在組合體、零件測繪等環(huán)節(jié)中引入創(chuàng)新設(shè)計和討論，并將工程實際圖紙引入到教學(xué)中，在裝配圖中也引入典型科研實例進行分析和研討，使學(xué)生對工程圖學(xué)課程的重要性和工程意識有了全新認(rèn)識。

重新設(shè)計有關(guān)實驗和項目訓(xùn)練，將校內(nèi)教師典型創(chuàng)新科研項目進行篩選歸類、解剖和綜合分析及合理簡化，分解出有個性的又簡單易懂的裝置，制作出示意模型，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，設(shè)計動畫和計算機仿真試驗等，將其恰如其分的引入圖學(xué)教學(xué)實踐中，進行各部件創(chuàng)作思想的推理、構(gòu)思新想法。通過課題討論提煉總結(jié)創(chuàng)新成果，書寫條理清晰的方案分析、創(chuàng)作文擋，使學(xué)生達到理解、消化、吸收的目的，并理解科研創(chuàng)新的思路和過程，達到激發(fā)學(xué)生實踐創(chuàng)新興趣。這些訓(xùn)練都布置給學(xué)生以小組為單位作為課外大作業(yè)，考核成績占期末成績部分比例。學(xué)生通過項目創(chuàng)新設(shè)計思路的描述和分析討論，將圖學(xué)課程與專業(yè)課程體系有機的結(jié)合起來。

3.3 加強教學(xué)資源和網(wǎng)絡(luò)化課程建設(shè)，搭建立體動態(tài)教學(xué)平臺

工程圖學(xué)網(wǎng)絡(luò)在線系統(tǒng)的建于 2000年，與校園網(wǎng)相連，目前已建成教學(xué)軟件包、學(xué)習(xí)軟件包、虛擬實驗室和教學(xué)管理軟件包等。

教學(xué)軟件包包括電子教案和計算機輔助答疑系統(tǒng)等，電子教案包括機器或部件的工作過程和分解的動畫、視頻，反映機械零件加工過程的錄像、動畫、圖片和文字等信息。計算機輔助答疑系統(tǒng)是學(xué)生學(xué)習(xí)特別是遠(yuǎn)程教學(xué)必備的輔助教學(xué)軟件，包括各種題型分析、解題指導(dǎo)、例題、動畫和參考答案、習(xí)題解答等，并為相應(yīng)習(xí)題配備了三維立體模型。

學(xué)習(xí)軟件包包括電子教材和電子模型庫。電子教材包含完整的課堂板書、動態(tài)解題過程和詳盡的文字注解，還有平面圖形和立體對照，可以模擬二維和三維之間的圖形轉(zhuǎn)化。拍攝了教學(xué)錄像和實踐認(rèn)知錄像等，最終形成多層次立體化的課程教材體系。電子模型庫包含常見機械結(jié)構(gòu)庫、零件加工仿真庫和裝配體模型庫等。最后還精選了162張畫法幾何和機械制圖掛圖，創(chuàng)建了優(yōu)秀的三維動畫教學(xué)掛圖系統(tǒng)，適用于多媒體教學(xué)。

除了教學(xué)網(wǎng)站，我們還建有2個模型室，模型室里有各種典型組合體、零部件和各種裝配體模型，如減速器、安全閥和齒輪泵等，可保證學(xué)生測繪等實踐環(huán)節(jié)的順利進行。該圖學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息平臺和豐富的教學(xué)資源，使得學(xué)生和老師們始終保持“不斷線”的學(xué)習(xí)狀態(tài)，有助于學(xué)生課堂之外的解惑解疑，是對課堂教學(xué)極有力的補充。

3.4 創(chuàng)建教學(xué)工廠實習(xí)基地，營造真實的教學(xué)情境

CDIO教育體系旨在培養(yǎng)工程素質(zhì)，應(yīng)將項目的全過程置于真實的生產(chǎn)環(huán)境中。為此，我院注重教學(xué)工廠型實習(xí)基地的建設(shè)，依托真實的生產(chǎn)環(huán)境實現(xiàn)教學(xué)與實習(xí)、學(xué)習(xí)與工作、理論與實踐的有機結(jié)合。校園內(nèi)建有實習(xí)工廠、引進符合專業(yè)發(fā)展方向的企業(yè)、各種國家重點實驗室，校園外有燕大科技園和一些高科技企業(yè)，讓學(xué)生在等同生產(chǎn)環(huán)境的教學(xué)環(huán)境下“真槍真刀”地學(xué)習(xí)和實訓(xùn)。這些教學(xué)工廠既是教室又是生產(chǎn)車間，真正做到“車間和實驗室合一”。

在教學(xué)工廠中進行實際生產(chǎn)，讓學(xué)生在真實的生產(chǎn)過程中掌握專業(yè)技能；讓教師參與項目研制與生產(chǎn)，使教師的技術(shù)更新與企業(yè)同步；讓學(xué)生參與項目制作，讓學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做，構(gòu)建屬于自我的過程性知識。

引進企業(yè)的管理理念和企業(yè)文化，用之管理教學(xué)工廠中的教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在企業(yè)環(huán)境中養(yǎng)成良好素養(yǎng)，掌握管理知識，形成企業(yè)管理經(jīng)驗，真正做到教學(xué)管理與企業(yè)運營合一。

3.5 建立模塊化教學(xué)方案，保證項目制教學(xué)的運行

為保證CDIO課程體系的運行，必須制定可執(zhí)行的教學(xué)方案。我院各專業(yè)每年3～4月召開企業(yè)專家研討會，傾聽企業(yè)專家對專業(yè)課程體系建設(shè)的意見，梳理教學(xué)工作任務(wù)；5月舉辦專業(yè)教學(xué)計劃修訂研討會；6月舉辦由企業(yè)與學(xué)院共同參與的教學(xué)方案審定會議，進而形成了模塊化、項目制的教學(xué)方案，推進了CDIO工程教育模式在我院的施行，切實加強學(xué)生的綜合職業(yè)能力培養(yǎng)。

3.6 增強合作意識，培養(yǎng)學(xué)生團隊精神

美國國家自然基金會資助康乃爾大學(xué)、斯坦福大學(xué)、加州伯克利大學(xué)等8所院校承擔(dān)的工程教育綜合改革項目。其中斯坦福大學(xué)的工程圖學(xué)教學(xué)內(nèi)容與我們相近，但制圖和構(gòu)形設(shè)計融在其他課程設(shè)計中，使該課程與工程實踐緊密相連。課程設(shè)置強調(diào)對能力的培養(yǎng)，并貫穿整個培養(yǎng)體系，這對我們很有啟示[4]。

為了培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和團隊精神，在工程圖學(xué)增加的構(gòu)形測繪環(huán)節(jié)和小型設(shè)計作業(yè)，我們安排學(xué)生以小組為單位，一個小組合通常由4～6個學(xué)生組成，共同完成不同規(guī)格、類型的減速器等裝配體的零部件的尺寸測繪和構(gòu)形設(shè)計，計算機建模，最終繪制裝配圖和計算機模擬仿真，最后每人提交一份設(shè)計報告或小論文，進行項目總結(jié)交流，實現(xiàn)經(jīng)驗分享，并拓展學(xué)生的知識，培養(yǎng)了學(xué)生的語言表達等溝通協(xié)調(diào)能力。讓學(xué)生自由組合，確定組長，明確分工，從而讓學(xué)生學(xué)會分工、學(xué)會計劃、學(xué)會協(xié)調(diào)、學(xué)會溝通，提高學(xué)生的組織能力、團隊合作，最終的成績是以小組的設(shè)計作品為評分依據(jù)，同組組員得分相同。通過類似的這些活動，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，并增強了與他人合作的意識，培養(yǎng)了團隊精神。

4 CDIO工程圖學(xué)教學(xué)改革的效果

基于CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)改革，強化了學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，尤其是對現(xiàn)代企業(yè)所需工程技能的培養(yǎng)方面起到很大的作用，有利于培養(yǎng)高素質(zhì)、具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ膭?chuàng)新人才。我們經(jīng)過不斷的教學(xué)改革和實踐，完成了兩項工程圖學(xué)教學(xué)成果，并獲得省級優(yōu)秀教學(xué)成果獎。指導(dǎo)的學(xué)生在機械創(chuàng)新設(shè)計大賽和全國大學(xué)生先進制圖技術(shù)與技能大賽等大賽中多次獲獎。工程圖學(xué)課程也被評為河北省省級精品課程。

[1]章毓文. 工程圖學(xué)教學(xué)體制現(xiàn)狀分析與解決辦法的思考[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報, 2006, 27(4)：145-149.

[2]焦永和, 張 彤. 我國高校圖學(xué)教育的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].工程圖學(xué)學(xué)報, 2004, 25(4)：126-130.

[3]章毓文. 工程教育要與國際接軌[C]//機械類課程報告論壇交流文集. 武漢：華中科技大學(xué)出版社,2006：56-57.

[4]梁圣復(fù), 李慧莉. 設(shè)計圖學(xué)課程教學(xué)改革與實踐[C]//機械類課程報告論壇論文集. 北京：高等教育出版社, 2009：3-8.

[5]張瑞林, 魏曉波. 制圖類課程發(fā)揮教師主導(dǎo)作用培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的探索與實踐[C]//機械類課程報告論壇論文集. 北京：高等教育出版社, 2009：52-54.

[6]郭坤州, 尚建中, 徐曉軍, 等. 基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的工程制圖學(xué)習(xí)平臺建設(shè)的探索與實踐[C]//機械類課程報告論壇論文集. 北京：高等教育出版社, 2009：29-34.

[7]劉曉杰, 李慶華, 賀春山, 等. 工程圖學(xué)教學(xué)中工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的探索[C]//機械類課程報告論壇論文集. 北京：高等教育出版社, 2009：13-15.

[8]石加聯(lián). 畫法幾何及機械制圖教學(xué)質(zhì)量保障體系的構(gòu)建與實踐[C]//機械類課程報告論壇論文集. 北京：高等教育出版社, 2009：47-51.

[9]譚建榮. 論工程圖學(xué)在建設(shè)創(chuàng)新型國家中的作用[C]//機械類課程報告論壇交流文集. 武漢：華中科技大學(xué)出版社, 2006：4.

[10]童秉樞. 十年來工程圖學(xué)教育界的若干思考與探索[C]//機械類課程報告論壇交流文集. 武漢：華中科技大學(xué)出版社, 2006：11.

Teaching Reform of Engineering Graphics Based on CDIO

GUO Chang-hong, ZHAO Bing-li, LI Xing-dong, JIANG Gui-rong
( College of Mechanical Engineering, Yanshan University, Qinghuangdao Hebei 066004, China )

CDIO is a new pattern of current higher education, aiming at cultivating international engineers. The defects of current engineering graphics education and the thought of CDIO are introduced in the paper. A series of teaching reforms of engineering graphics based on CDIO have been put forward according to CDIO reform experiences in Yanshan University. The practice shows that such teaching model is very effective to inspire and cultivate practical ability and creativity of students. Meanwhile, it has also laid a good foundation for the follow-up courses,graduation design, even future research work.

engineering graphics; CDIO educational pattern; stereo-dynamic teaching platform; cross-teaching

TB 23

A

1003-0158(2011)05-0056-05

2010-03-17

燕山大學(xué)機械工程學(xué)院教學(xué)改革資助項目（2009ZD06）；河北省圖學(xué)學(xué)會2011年資助項目

郭長虹（1977-），女，河北秦皇島人，講師，碩士，主要研究方向為航空宇航、CAD/CAM和圖學(xué)。

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