付 強，蔡明秀，丁國輝，孔憲俊，程勉宏，榮 剛，王文竹

基于CDIO與工程教育認(rèn)證融合的汽車構(gòu)造教學(xué)改革

付 強，蔡明秀，丁國輝，孔憲俊，程勉宏，榮 剛，王文竹

（沈陽航空航天大學(xué) 機電工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110136）

針對汽車構(gòu)造傳統(tǒng)教學(xué)計劃中存在的問題，以構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作（CDIO）為教學(xué)手段有效結(jié)合工程教育認(rèn)證體系核心內(nèi)容，重新制定了CDIO的教學(xué)目標(biāo)、對應(yīng)畢業(yè)要求關(guān)聯(lián)矩陣、工程教育達成度評價體系和CDIO的課程設(shè)計改進措施。采用CDIO工程教育的教學(xué)方法，加大產(chǎn)品設(shè)計問題和討論內(nèi)容，以達到認(rèn)證各項畢業(yè)要求指標(biāo)。經(jīng)過汽車構(gòu)造教學(xué)改革實踐，教學(xué)目標(biāo)達成度和解決工程問題能力得到顯著提高，驗證了CDIO教學(xué)理念和方法能夠保證工程教育認(rèn)證的核心要求。

汽車構(gòu)造；CDIO課程設(shè)計；工程教育認(rèn)證；教學(xué)改革

構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作（Conception, Design, Implementation and Operation, CDIO）與工程教育認(rèn)證契合點皆是以學(xué)生為中心，立足工程教育培養(yǎng)工程應(yīng)用能力。將CDIO的教學(xué)理念和手段有效應(yīng)用于工程教育認(rèn)證的教育體系，達到課程大綱修訂的材料表征與課程教學(xué)內(nèi)容和過程實踐相統(tǒng)一[1]。工程教育認(rèn)證是近些年國際互認(rèn)的本科工程專業(yè)多國多校協(xié)議，該協(xié)議能實現(xiàn)各國不同高校在相同領(lǐng)域和專業(yè)學(xué)位的通用性、對比性及標(biāo)準(zhǔn)性，在國際工程師專業(yè)高校學(xué)位互認(rèn)領(lǐng)域是最權(quán)威的一種協(xié)議[2]。近期，普通高校在專業(yè)認(rèn)證環(huán)節(jié)中，存在工程教育僅在教學(xué)大綱和教學(xué)日歷等材料里體現(xiàn)，而缺乏以學(xué)生為中心，實現(xiàn)攻克復(fù)雜工程問題的具體實施手段和保證工程順利實施的措施[3]。以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，以學(xué)生為教學(xué)設(shè)計中心的CDIO就是解決這一問題的教學(xué)實施手段。CDIO的工程教育教學(xué)理念認(rèn)為，課程教學(xué)過程中讓學(xué)生以主動積極的實踐、課程討論及教師引導(dǎo)和課內(nèi)總結(jié)有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程產(chǎn)品設(shè)計。CDIO的工程教育理念是將實際工程實踐項目產(chǎn)品融入構(gòu)造類課程的教學(xué)和實踐過程中，強化學(xué)生對機構(gòu)系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)知識的領(lǐng)悟和認(rèn)知，激發(fā)專業(yè)本科生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，這些要求都與工程教育認(rèn)證核心標(biāo)準(zhǔn)一致。因此，研究二者融合對工科結(jié)構(gòu)類課程實施教學(xué)的影響，有利于達到培養(yǎng)國際工程師解決復(fù)雜工程問題的目的。

1 汽車構(gòu)造教學(xué)計劃存在的問題

汽車構(gòu)造是車輛工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在以往傳統(tǒng)的教學(xué)計劃中主要存在以下問題：教學(xué)大綱中教學(xué)目標(biāo)不清晰，缺乏解決復(fù)雜工程問題的教學(xué)目標(biāo)；制訂的教學(xué)日歷中理論教學(xué)與實踐教學(xué)內(nèi)容相互獨立，使學(xué)生在實驗內(nèi)容學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)與理論知識相脫節(jié)的問題[4]；學(xué)生對于構(gòu)造類課程主動參與度不高，故不能充分實施真正以學(xué)生為中心設(shè)計教學(xué)過程，教師主動講解很難吸引學(xué)生的注意力，且不能有效激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新設(shè)計潛能；課程理論基礎(chǔ)知識考核手段單一缺乏綜合評判學(xué)生掌握水平的真實性，傳統(tǒng)理論考試使學(xué)生更加重視課程理論知識認(rèn)知，而輕視和缺失了培養(yǎng)解決實際應(yīng)用、復(fù)雜問題的能力[5]；持續(xù)改進方法并沒有體現(xiàn)逐步培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才趨勢等。針對這些問題，根據(jù)工程教育認(rèn)證的相關(guān)要求融入CDIO工程教育方法和策略，對汽車構(gòu)造課程教學(xué)計劃進行教學(xué)改革，力圖提高學(xué)生的工程實踐能力并培養(yǎng)出具有創(chuàng)新設(shè)計意識的汽車工程專業(yè)技術(shù)人才。

2 CDIO工程教育的教學(xué)目標(biāo)

工程教育認(rèn)證的核心理念在工程問題分析、產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)解決方案、社會環(huán)境和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等畢業(yè)要求中多次提到針對車輛工程領(lǐng)域內(nèi)的復(fù)雜問題進行分析并設(shè)計解決方案。為達到這一畢業(yè)工程要求，融合CDIO的工程教育理念重新制定教學(xué)目標(biāo)，CDIO正是以產(chǎn)品設(shè)計為主教學(xué)思路培養(yǎng)解決復(fù)雜工程設(shè)計問題能力，以實現(xiàn)COIO教學(xué)思路與工程教育認(rèn)證有機契合。新制定的教學(xué)目標(biāo)以系統(tǒng)化的CDIO工程項目產(chǎn)品為主導(dǎo)，使討論式理論教學(xué)和交流與實驗實操考核緊密結(jié)合，并將專業(yè)知識、學(xué)生專業(yè)個人能力和素質(zhì)融入CDIO工程教育課程體系。根據(jù)個人能力（包括技術(shù)知識、人際交往等）在企業(yè)和社會環(huán)境下實施CDIO教學(xué)，明確課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系[6]。依據(jù)CDIO的教學(xué)手段和目標(biāo)要求重新修訂的汽車構(gòu)造教學(xué)目標(biāo)依次包括：1）認(rèn)識汽車的分類、發(fā)展歷史和新技術(shù)，提高本科學(xué)生汽車結(jié)構(gòu)組成認(rèn)知能力，增強其專業(yè)設(shè)計技術(shù)知識和分析結(jié)構(gòu)能力。2）認(rèn)識汽車四大組成基本結(jié)構(gòu)和工作過程，掌握汽車各系統(tǒng)總成和主要零部件的結(jié)構(gòu)組成、主要功用、工作原理和系統(tǒng)性能技術(shù)特點。3）認(rèn)識汽車各系統(tǒng)和各主要零部件之間的有機邏輯聯(lián)系，明確動力系統(tǒng)產(chǎn)生和傳遞路線，了解動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的動力傳遞路線和過程；了解汽車的制造新工藝、各領(lǐng)域新技術(shù)，并以產(chǎn)品設(shè)計為目的培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)能力。4）掌握前期的基礎(chǔ)理論知識，提高汽車構(gòu)造的實踐應(yīng)用能力和人際交往能力，以及在企業(yè)及社會環(huán)境下具有一定的設(shè)計開發(fā)能力，以提高和專業(yè)有關(guān)的工作適應(yīng)性，同時考慮實施過程、運行產(chǎn)品對社會的影響。5）有較好的實踐技能和解決工程復(fù)雜問題的能力，提高學(xué)生實施和環(huán)保協(xié)調(diào)能力，同時具備一定的可持續(xù)運行創(chuàng)新意識。

3 畢業(yè)要求與教學(xué)目標(biāo)關(guān)聯(lián)對應(yīng)分析

依據(jù)車輛工程專業(yè)工程教育認(rèn)證的核心理念明確本科生的培養(yǎng)目標(biāo)，即車輛工程學(xué)生畢業(yè)時要達到的國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（相同專業(yè)）。車輛工程教研室教學(xué)團隊針對車輛工程專業(yè)既往教學(xué)經(jīng)驗和實際情況確定了12個畢業(yè)基本要求和37個分解指標(biāo)點，其中汽車構(gòu)造是車輛工程專業(yè)本科生專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，也是后續(xù)理論和設(shè)計課程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)課程，共34個支撐畢業(yè)要求和4個分解指標(biāo)點，其中兩個高強度支撐3個、中強度支撐1個。汽車構(gòu)造的CDIO教學(xué)目標(biāo)所能支撐的車輛工程本科生畢業(yè)要求和指標(biāo)點如表1所示。

表1 汽車構(gòu)造支撐的指標(biāo)點

畢業(yè)要求指標(biāo)點教學(xué)目標(biāo) 內(nèi)容強度支撐 問題分析能夠運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和車輛工程專業(yè)的基本原理，識別和判斷復(fù)雜車輛工程的關(guān)鍵問題H1、2 設(shè)計/開發(fā)解決方案掌握車輛產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計或開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素H2、3 工程與社會能夠分析和評價車輛設(shè)計、制造等實踐過程對社會、健康、安全、法律和文化的影響以及這些制約因素對項目實施的影響，并理解工程技術(shù)人員應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任H3、4 環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展能夠站在環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的角度思考專業(yè)工程實踐的可持續(xù)性，評價產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的損害和隱患M4、5

注：H、M分別表示高強度支撐和低強度支撐。

4 CDIO工程教育的現(xiàn)場教學(xué)方法

依據(jù)CDIO要求對汽車構(gòu)造課程內(nèi)容進行分析和選取，研判各系統(tǒng)各章節(jié)是否符合項目產(chǎn)品理實討論課堂的應(yīng)用。選擇汽車構(gòu)造典型設(shè)計系統(tǒng)為項目產(chǎn)品目標(biāo)，以產(chǎn)品開發(fā)為先導(dǎo)調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和設(shè)計參與度。為凸顯汽車構(gòu)造解決復(fù)雜問題能力的培養(yǎng)傾向，選取汽車實驗室作為CDIO現(xiàn)場教學(xué)場地，使理論教學(xué)與實踐認(rèn)識及實踐考核有機融合。課前提出產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)想和設(shè)計具體要求及問題，學(xué)生針對工程產(chǎn)品提出設(shè)計結(jié)構(gòu)方案并回答提出的問題，開展CDIO討論和交流，之后理論教師總結(jié)和講解補充，即自主創(chuàng)新理實討論式學(xué)習(xí)模式。理論教室在汽車構(gòu)造隨堂開展多樣化的研究性教學(xué)案例、試運行理論實驗一體化模式，同時實驗教師開展實驗實操多樣化的考核，讓學(xué)生以小組為單位進行討論，教師結(jié)合知識點，設(shè)置實踐動手環(huán)節(jié)。強調(diào)“以學(xué)生為中心”“以系統(tǒng)為對象”“以產(chǎn)品為目標(biāo)”，增加實物教學(xué)時間，并在教師指導(dǎo)下通過產(chǎn)品設(shè)計方案討論、教學(xué)設(shè)備提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決工程復(fù)雜問題的能力，達到工程專業(yè)認(rèn)證內(nèi)涵要求。

CDIO現(xiàn)場理實教學(xué)課堂產(chǎn)品設(shè)計討論時間比例為30％、現(xiàn)場教學(xué)課堂中實物教學(xué)時間比例為50％左右、現(xiàn)場實踐操作考核教學(xué)實踐為20%左右，加大平時和實驗實操所占比例才能重點突出CDIO理念的理實現(xiàn)場教學(xué)優(yōu)勢和特點。

5 工程教育達成度評價

以往傳統(tǒng)汽車構(gòu)造課程考核的三個方面各自占比依次為期末理論筆試期末成績（70％）、平時考核成績（20%）、實驗成績（10%），這種比例直接導(dǎo)致學(xué)生非常注重理論知識記憶和原理背誦，而忽視專業(yè)解決實際工程問題能力的培養(yǎng)，具體表現(xiàn)為學(xué)生只會背誦講解構(gòu)造組成，而對邏輯關(guān)系和設(shè)計理論一無所知。因此，CDIO工程教育側(cè)重對汽車項目產(chǎn)品設(shè)計運行與平時設(shè)計應(yīng)用能力的考核，增加課內(nèi)隨堂考核問題和實驗實操考核所占比重（理實教學(xué)筆試成績占總成績的50％、平時考核成績占總成績的30%、實驗與實操成績占總成績的20%），以提高學(xué)生對課前產(chǎn)品設(shè)計、課堂討論學(xué)習(xí)及實踐操作能力重視程度。實踐CDIO的教學(xué)內(nèi)容側(cè)重實踐實操考核過程，強化學(xué)生對產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)能力，經(jīng)過一個學(xué)期的教學(xué)過程實踐，統(tǒng)計分析車輛專業(yè)1801—1803三個班級本科生汽車構(gòu)造筆試、平時考核、實驗與實操各項分?jǐn)?shù)。依據(jù)工程教育認(rèn)證課程達成度計算教學(xué)目標(biāo)達成度，以評判CDIO與工程認(rèn)證融合教學(xué)目標(biāo)程度，即

汽車構(gòu)造筆試試卷包括四種題型合計100分，根據(jù)優(yōu)化考核構(gòu)造內(nèi)容分為發(fā)動機系統(tǒng)、傳動與行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)，并將其作為四個平時考核指標(biāo)（每個平時考核為百分制，各系統(tǒng)各占25%，按占比計算合計100分），實驗和實操考核100分[8]，考核內(nèi)容、各項得分及支撐的教學(xué)目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系如表2所示。例如計算教學(xué)目標(biāo)1，將全部對應(yīng)支撐教學(xué)目標(biāo)1的理論得分和平均得分代入式（1）內(nèi)計算出教學(xué)目標(biāo)1的達成度，以此類推計算出教學(xué)目標(biāo)2—教學(xué)目標(biāo)5的達成度。

表2 考核內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系

理論得分平均得分支撐的教學(xué)目標(biāo) 筆試（50%）一題3519.301、2 二題107.612、3 三題2010.803、4 四題3516.104、5 卷面成績10053.81 平時考核（30%）考核110093.701、2 考核210092.702、3 考核310092.603－5 考核410092.804、5 平時總成績10092.97 實驗和實操（20%）10081.901－5 總評成績10064.45

為了更直觀地了解每個教學(xué)目標(biāo)對應(yīng)的理論指標(biāo)總分，計算指標(biāo)平均分差距和達成度波動變化情況，課程目標(biāo)達成度結(jié)果如圖1所示。指標(biāo)總分與指標(biāo)平均分差值越大說明學(xué)生得分越低，達成度降低。反之，差值越小說明學(xué)生掌握知識牢固得分高，達成度也升高，同時也可以反映5個教學(xué)目標(biāo)達成度的波動變化情況，波動越小說明全部教學(xué)目標(biāo)的考核內(nèi)容支撐度均衡，得分率均勻；如某個達成度波動大，表示該教學(xué)目標(biāo)的考核內(nèi)容支撐過度，得分率過高或者過低。

圖1 課程目標(biāo)達成度結(jié)果

6 CDIO課程設(shè)計改進

CDIO工程教育強調(diào)運行與實現(xiàn)、設(shè)計產(chǎn)品和課前問題是依據(jù)上一輪達成度數(shù)值進行修改，以達到持續(xù)改進的目的。因此，在教學(xué)過程中引入不同設(shè)計案例，將汽車市場中一些先進汽車技術(shù)的結(jié)構(gòu)與原理和當(dāng)今汽車結(jié)構(gòu)討論的熱點問題作為案例與學(xué)生進行討論，以提高學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的興趣和積極性[9]，同時提高學(xué)生對構(gòu)造知識的了解與解決實際工程復(fù)雜問題的能力[10]。每一輪次教學(xué)后持續(xù)改進也是工程教育認(rèn)證的核心要求之一，分析車輛19級本科生汽車構(gòu)造課程的達成度計算結(jié)果報告，針對CDIO設(shè)計提出以下幾點改進意見：

1）針對教學(xué)目標(biāo)1達成度較前一輪次值略低的情況，設(shè)計新的CDIO產(chǎn)品問題，增加汽車分類和系統(tǒng)組成分類題目，以提高學(xué)生對汽車結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識掌握程度。

2）加強引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的看書學(xué)習(xí)和回答課前問題的習(xí)慣，圍繞產(chǎn)品設(shè)計等重點內(nèi)容復(fù)習(xí)，注重平時考核和實驗及實操考核。

3）繼續(xù)加強教學(xué)過程與實驗實操內(nèi)容緊密結(jié)合，多提供實物教學(xué)設(shè)備，如：展示更多零件的三維模型，同時增加平時考核次數(shù)至8～10次。

CDIO課前產(chǎn)品問題信息于課前2日發(fā)布于教學(xué)一體化平臺（雨課堂和超星數(shù)字化教學(xué)平臺），學(xué)生以小組為單位分工合作對系統(tǒng)產(chǎn)品做出設(shè)計和回答問題，課堂上在教師的引導(dǎo)下展開對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功用的討論，把設(shè)計產(chǎn)品與解決工程問題有機結(jié)合在構(gòu)造教學(xué)的過程中，符合工程教育認(rèn)證的核心要求。經(jīng)過一年的汽車構(gòu)造CDIO的教學(xué)改革實踐，5個教學(xué)目標(biāo)達成度普遍得到提高，本輪與上一輪次教學(xué)目標(biāo)達成度對比如表3所示。

表3 教學(xué)目標(biāo)達成度對比

教學(xué)類型教學(xué)目標(biāo)1教學(xué)目標(biāo)2教學(xué)目標(biāo)3教學(xué)目標(biāo)4教學(xué)目標(biāo)5 上一輪教學(xué)0.810.720.820.730.78 本輪教學(xué)0.800.840.850.790.82

7 結(jié)論

CDIO工程教育的引入為專業(yè)工程教育認(rèn)證提供了強有力的教學(xué)手段支撐，有效地解決了工程教育認(rèn)證體系實施保證問題，本文通過CDIO與工程教育認(rèn)證有效結(jié)合對教學(xué)目標(biāo)進行修訂，將CDIO工程教育的教學(xué)手段融入工程認(rèn)證體系之中。汽車構(gòu)造的教學(xué)改革實施一年后，學(xué)生筆試成績和總成績都得到了提升，教學(xué)目標(biāo)的達成度明顯升高。通過CDIO的產(chǎn)品設(shè)計與運行及實施，同時加大平時考核的強度和次數(shù)，實踐教學(xué)證明這種融合有效提高了學(xué)生解決工程復(fù)雜問題的能力和團隊協(xié)作意識，契合了工程教育認(rèn)證的核心要求，為培養(yǎng)國際工程師提供了CDIO的理論與實踐的教學(xué)途徑。

[1] 劉超,吳娜.基于CDIO工程教育理念的汽車構(gòu)造課程教學(xué)模式改革的研究與實踐[J].教育教學(xué)論壇, 2019(46):116-117.

[2] 穆浩志,王曉菲,薛立軍,等.工程教育專業(yè)認(rèn)證對于有效落實課程教學(xué)目標(biāo)的促進研究[J].中國輕工教育,2017(2):59-62.

[3] 陳濤,邵云飛.理念與現(xiàn)實:我國高等工程教育加入《華盛頓協(xié)議》后的發(fā)展趨向探析[J].高校教育管理, 2018,12(1):54-60.

[4] 胡亞楠.汽車構(gòu)造課程教學(xué)改革研究[J].大學(xué)教育, 2018(6):81-83.

[5] 劉世達,馬洪新,劉豪睿.以培養(yǎng)卓越人才為核心的地方性本科院校汽車構(gòu)造課程改革探討[J].汽車實用技術(shù),2018,43(20):242-244.

[6] 王鑫,楊亞萍,鄭穎.應(yīng)用型本科院校汽車構(gòu)造課程多維度教學(xué)模式探討[J].西安航空學(xué)院學(xué)報,2016,34 (1):90-95.

[7] 王文竹,劉剛,龔鵬,等.基于工程教育認(rèn)證的汽車制造工藝學(xué)教學(xué)改革實踐[J].汽車實用技術(shù),2021,46 (6):156-158.

[8] 李紀(jì)雄.以“學(xué)生為中心”的汽車構(gòu)造課程教學(xué)改革程[J].科教導(dǎo)刊,2019,33(11):125-126.

[9] 李軍,梁宇.對汽車構(gòu)造教學(xué)模式改革過程出現(xiàn)問題的思考與建議[J].山西青年,2019(11):65.

[10] 李洲稷,程廣偉,陳智勇.基于CDIO工程教育模式的汽車構(gòu)造課程改革探索[J].中國教育技術(shù)裝備,2018 (10):99-97.

Teaching Reform of Automobile Structure Based on the Integration of CDIO and Engineering Education Certification

FU Qiang, CAI Mingxiu, DING Guohui, KONG Xianjun, CHENG Mianhong,RONG Gang, WANG Wenzhu

( School of Mechatronics Engineering, Shenyang Aerospace University, Shenyang 110136, China )

Aiming at the problems existing in the traditional teaching plan of automobile structure,takes conception, design, implementation and operation (CDIO) as the teaching method and effectivelycombinescontent of engineering education certification system,and formulate the CDIO teaching objectives,corresponding graduation requirements correlation matrix, engineering educationevaluation system,and re-establishes CDIO curriculum design improvement measures.The teaching method of CDIO engineering education is adopted to increase the content of product design questions and discussions, so as to achieve the graduation requirements of certification. Through the practice of automobile structure teaching reform, the teaching objectives and the ability to solve engineering problems have been significantly improved, which verifies that CDIO teaching ideas and methods can meet the core requirements of engineering education certification.

Automobile structure; CDIO curriculum design; Egineering education certification; Teaching reform

G420

B

1671-7988(2023)12-176-05

付強（1976－），男，碩士，副教授，研究方向為汽車防滑控制技術(shù)，E-mail:fuqiang@sau.edu.cn。

沈陽航空航天大學(xué)本科教學(xué)改革研究項目（JG2022069）。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.012.033