吳晨剛，王慶禮，張樂平，譚欣珍

（江西理工大學(xué) 能源與機(jī)械工程學(xué)院，江西南昌 330013）

新工科建設(shè)的核心任務(wù)之一是新工科專業(yè)建設(shè)及人才培養(yǎng)，其中人才培養(yǎng)是新工科建設(shè)滿足行業(yè)、產(chǎn)業(yè)和未來發(fā)展需要的核心任務(wù)[1]。新工科專業(yè)建設(shè)注重信息通信、電子控制、軟件開發(fā)等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化[2，3]。

CDIO模式的愿景是為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)，并建立在真實(shí)世界產(chǎn)品和系統(tǒng)“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)行”過程基礎(chǔ)上的工程教育[4]，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，采用以工作過程為導(dǎo)向的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法。

“計(jì)算機(jī)輔助+X”課程是需要計(jì)算機(jī)的輔助才能最大限度發(fā)揮作用的一類課程，涉及課程包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助工程、三維造型、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，是很多工科專業(yè)的必修課程[5]。本文以江西理工大學(xué)軟件工程+機(jī)械背景類專業(yè)開設(shè)的“計(jì)算機(jī)輔助+X”類課程為例展開分析，課程主要培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行三維建模、加工、仿真以及二次開發(fā)的能力。希望本研究能起到拋磚引玉的作用，為新工科背景下 CDIO模式在“計(jì)算機(jī)輔助+ X”類課程中的應(yīng)用提供一種新思路。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)不合理，缺乏前瞻性、綜合性

“計(jì)算機(jī)輔助+X”課程主要講授計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造等知識，是未來智能制造行業(yè)發(fā)展的核心技術(shù)之一。近年來知識更新越來越快，對學(xué)生綜合能力的要求也越來越高。如果課堂上講述的知識僅限于某一種軟件的用法，而不教授軟件的二次開發(fā)及與各項(xiàng)技術(shù)的融合[6]，那么學(xué)生進(jìn)入社會(huì)后，其發(fā)展前景有限。只純粹介紹軟件使用方法，而不能將專業(yè)理論（比如連桿的截面尺寸為什么是這個(gè)尺寸，能否大一些或者小一些，原因是什么？）融入設(shè)計(jì)和制造過程中，最后可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)的作品不符合工程實(shí)際情況。

1.2 教學(xué)模式落后，對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)有限，學(xué)生主動(dòng)性不足

課程教學(xué)過程一般以課堂學(xué)習(xí)為主，學(xué)生在課堂上掌握課程內(nèi)容，“一講一練”，側(cè)重于講解軟件的簡單操作應(yīng)用，忽略了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)。有些甚至只講理論、算法，沒有實(shí)踐，更談不上對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)生課內(nèi)學(xué)、課外閑，沒有充分利用課外時(shí)間開展活動(dòng)，比如引導(dǎo)學(xué)生參加各類與課程相關(guān)的工作室；參與各類創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、軟件開發(fā)大賽等，沒有與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)得分、綜合素質(zhì)得分等充分結(jié)合起來。課程之間的融合不夠，實(shí)際應(yīng)用能力培養(yǎng)不足，無法有效激發(fā)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。

1.3 課程考核、評價(jià)方式單一，未能客觀、全面評價(jià)學(xué)生能力

課程考核方式依舊采用平時(shí)成績30%-40%，期末考試60%-70%[7]的方式。平時(shí)成績集中于出勤、課堂表現(xiàn)及作業(yè)，考查范圍有限。期末考試全班學(xué)生“一張卷”“一臺電腦”，學(xué)習(xí)的深度和廣度有限，缺少探索性、個(gè)性化教育和因材施教。重視基本知識點(diǎn)的考查，缺少對高素質(zhì)工匠型人才應(yīng)具有的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、工匠精神等的培養(yǎng)和評價(jià)。

2 課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

項(xiàng)目以軟件工程+機(jī)械背景專業(yè)“計(jì)算機(jī)輔助+X”類課程為例。以項(xiàng)目分析、理論學(xué)習(xí)、軟件開發(fā)、使用軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)品到產(chǎn)品運(yùn)行的整個(gè)生命周期為主線，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、相關(guān)課程之間有機(jī)聯(lián)系、一體式[8]方式學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)輔助+X”類課程；以“三三制”為手段開展教學(xué)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)、實(shí)踐、教學(xué)評價(jià)三方面的內(nèi)容；課程教學(xué)將教學(xué)內(nèi)容、教師、學(xué)生三者有機(jī)地聯(lián)系起來；教師與教學(xué)內(nèi)容之間進(jìn)行知識更新的交互，教師與學(xué)生之間進(jìn)行知識交換創(chuàng)新的交互，學(xué)生與教學(xué)內(nèi)容之間進(jìn)行知識獲?。ㄖR點(diǎn)和獲取知識途徑等）的交互，如圖1所示。

圖1 “三三制”模型

2.1 構(gòu)建教學(xué)新模式

以工程項(xiàng)目、學(xué)科競賽等為手段，以問題為先導(dǎo)設(shè)計(jì)課程，整合知識點(diǎn)，讓學(xué)生有一個(gè)完整的工程實(shí)踐經(jīng)歷。以項(xiàng)目實(shí)施作為主線，將其貫穿課程設(shè)置全過程。學(xué)生對目標(biāo)進(jìn)行分析研究，并設(shè)計(jì)內(nèi)容和實(shí)施方案，將方案轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品或系統(tǒng)。然后經(jīng)過不斷調(diào)試、修改，形成一個(gè)完善的產(chǎn)品或系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 CDIO理念下“計(jì)算機(jī)輔助+X”類課程教學(xué)模式設(shè)計(jì)

2.2 搭建教學(xué)新內(nèi)容

以項(xiàng)目為引導(dǎo)，以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，根據(jù)課程大綱[9]要求，將新技術(shù)、新方法、新理論（二次開發(fā)、語音繪圖、人工智能）等有效融入“計(jì)算機(jī)輔助+X”類課程當(dāng)中，強(qiáng)調(diào)課程內(nèi)容的動(dòng)態(tài)性和時(shí)效性。設(shè)立綜合性、熱門的實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生學(xué)習(xí)與該項(xiàng)目有關(guān)的知識和新技能。

實(shí)踐項(xiàng)目主要包括基于知識點(diǎn)的實(shí)踐項(xiàng)目（知識點(diǎn)驗(yàn)證）、基于創(chuàng)新的實(shí)踐項(xiàng)目（與時(shí)下熱門技術(shù)的融合）、基于競賽的實(shí)踐項(xiàng)目（學(xué)科競賽等）。

2.3 創(chuàng)建考評新體系[10-11]

“計(jì)算機(jī)輔助+X”類課程基于CDIO理念的一體化內(nèi)容教學(xué)，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力、自我學(xué)習(xí)知識能力和創(chuàng)新能力。課程考核從平時(shí)表現(xiàn)（30%-40%）、課程考試（論文）（35%-45%）、附加分（15%-35%）等方面進(jìn)行綜合評價(jià)，大大降低課程總評中考試卷面分的比重[12]，附加分中的部分考核業(yè)績?nèi)鐖D3所示。

圖3 課程實(shí)例及部分成果

3 實(shí)踐結(jié)果及結(jié)論

項(xiàng)目從2018年開始實(shí)踐，“計(jì)算機(jī)輔助+X”類課程深受學(xué)生喜愛，課程教學(xué)效果良好，課程平均分在73.2-83.6分之間，課程評教優(yōu)秀。截至目前，基于該課程孵化的成果豐碩。授權(quán)發(fā)明專利7項(xiàng)，實(shí)用型新型多項(xiàng)，授權(quán)軟件著作權(quán)20余項(xiàng)，制作“精準(zhǔn)射門”模型1件。獲三維創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽（國賽、省賽）二等獎(jiǎng)以上40余項(xiàng)，先進(jìn)成圖大賽（省賽）5項(xiàng)，“互聯(lián)網(wǎng)+ ”校級銅獎(jiǎng)3項(xiàng)，節(jié)能減排獎(jiǎng)5項(xiàng)。國家級、省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目10項(xiàng)，校級線上線下精品課程3項(xiàng)，出版教材2部。同時(shí)課程積累了豐富的素材庫和資源庫

新工科對工程教育有新要求，不僅僅是理念上的更新，更重要的是在實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉、專業(yè)智能的同時(shí)，使教師、學(xué)生適應(yīng)時(shí)代需求。本次改革探索，基于CDIO理念，以項(xiàng)目、競賽等為引導(dǎo)，以“三三制”為手段，在一體化課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，學(xué)生團(tuán)隊(duì)均取得良好成績，實(shí)現(xiàn)了新工科背景下的課程培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)要求。