基于CDIO模式“概念車制作”課程教學設計

姚喜貴+杜君+姚煥新

【摘要】通過分析當前高校尤其是工科類高校存在的重理論、輕實踐等弊端，造成高校培養(yǎng)的工程技術人才不適應社會需求。為此，本文從課程教學創(chuàng)新切入，提出基于 CDIO 模式的“概念車制作”課程教學，從構思、設計、實施和運行四個方面較詳細地闡述“概念車制作”教學過程，實施以學生為主，教師為輔的教學思想，培養(yǎng)學生團隊合作意識、創(chuàng)新意識、動手能力、自學能力以及初步管理能力，使學生成為高素質工程技術人才。

【關鍵詞】CDIO 概念車制作 課程 教學 設計

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0107-02

一、引言

據麥肯錫咨詢公司（ McKinsey Global Institute） 的研究報告統(tǒng)計[1]，我國的工科畢業(yè)生只有不到 10% 適合在跨國公司工作。高素質工程技術人才的缺乏是不適合跨國公司工作的關鍵。與歐洲等國家工程類大學畢業(yè)生相比，中國高等教育在培養(yǎng)高素質工程技術人才方面存在三大弊端：一是教育重理論、輕實踐，工程教育的師資隊伍普遍缺乏行業(yè)背景，二是課程設置僵硬，缺乏知識的融合與交叉，創(chuàng)新教育不足；三是缺乏對工程科技與創(chuàng)新的興趣培養(yǎng)，缺少職業(yè)能力及職業(yè)道德教育。這樣的狀況導致培養(yǎng)的工程技術人才創(chuàng)新能力不足，缺乏動手和解決問題的能力，團隊合作意識和人際溝通能力不強。中國提出在2020年前完成建立創(chuàng)新型國家的目標，這就需要培養(yǎng)出基于工程實踐的新型工程技術人才，因此，更新教育觀念、實施工程教育改革成為第一要務[2]。實現第一要務要從最基本的課程教學改革和創(chuàng)新開始，課程創(chuàng)新是教育改革的關鍵，沒有課程教學創(chuàng)新，教育改革就是空中樓閣。

2000年，美國愛德華·克勞利教授研究組開始對工程教育改革進行研究。經過四年探索和實踐，他們合作幵發(fā)出了的一個新型的工程教育模式——CDIO[3]。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate），以CDIO教學大綱和標準為基礎，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習和獲取工程能力。CDIO模式為國際工程教育提供了一個新的思路和研究方向，也為我國的工程教育改革提供一些有益的借鑒[4]。

將CDIO模式應用到課程教學上進行改革和創(chuàng)新，是課程改革和創(chuàng)新的新嘗試。“概念車制作”是新開設校級綜合性專業(yè)校選課程，所涉及的內容是概念車制作的整個過程，教學方法采用學生主動研究和學習，教師指導方式。將CDIO模式應用到“概念車制作”課程中，以學生團隊在工作室（課堂）針對概念車為情境的理論學習、分析、思考為重點，構建一個“構思-設計-實施-運行”的重理論又重實踐的工程教育環(huán)境。

二、課程設置的目的

設置“概念車制作”課程，旨在培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識的能力；培養(yǎng)學生思考問題的邏輯性、靈活性與廣泛性，培養(yǎng)和提高學生的科研素質、工程意識和創(chuàng)新精神。該課程要求學生樹立工程的概念，同時了解在完成工程的過程中，所涉及到的相關內容，使學生了解作為一名工程技術人員，不僅需要具有相關的技術技能，同時更重要的是具有良好的職業(yè)道德、團隊合作能力、書面及口頭交流能力、資料的使用及查閱能力等，還有自我學習和管理等相關能力。使學生在系統(tǒng)分析與設計、制作、調試、信息處理、文檔寫作和團隊合作等方面的能力都有一個質的飛躍，為從事技術和管理工作積累實踐經驗，為造就出高素質工程技術人才打下良好的基礎。

三、課程的組織

“概念車制作”是一個復雜的設計、制作和調試的過程，將概念車制作分成多項目（或系統(tǒng)）。該課程分成五組，每組學生 3～5人，包括車身組、傳動組、轉向及車架組、發(fā)動機組以及電器組。要求汽車服務工程和車輛工程專業(yè)學生基本安排在傳動組、轉向及車架組、發(fā)動機組以及電器組，成型專業(yè)學生安排在車身組，機械制造及自動化專業(yè)分派到各組承擔零部件的制作。

四、CDIO模式下的課程

1.課程的構思（C）

概念車就是最先進、前衛(wèi)、環(huán)保、最能代表造車工藝的技術與科技發(fā)展設計的未來汽車。教學內容的構思是以概念車制作為平臺，課程教學內容包括技術和管理兩個方面。

該課程技術內容構思是概念車的制作項目，制作概念車要求每循環(huán)教學都有創(chuàng)新，在汽車節(jié)能、環(huán)保，輕量化等方面進行改進和創(chuàng)新。概念車主要包括發(fā)動機、底盤、電器和車身四大部分，每循環(huán)教學創(chuàng)新都要從這四個方面考慮。基于比賽和教學規(guī)律的考慮，每循環(huán)教學項目都在變化，構思概念車的系統(tǒng)創(chuàng)新是關鍵，這就是項目任務書。如2015年是轉向系統(tǒng)的優(yōu)化，2016年是發(fā)動機電控系統(tǒng)的開發(fā)。

該課題管理內容構思以質量管理體系ISO9001進行管理，使學生團隊受現代企業(yè)管理方式的熏陶。

2.課程的設計（D）

根據構思的項目任務書，對構思課程教學進行設計。

（1）教學過程的設計

“概念車制作”教學過程的設計與傳統(tǒng)的課程教學過程有很大差別，時間不固定，按照項目計劃時間運行。主講教師不站在講臺上將知識或技術灌輸給學生，深入到學生團隊中去，引導學生去思考和解決問題。學生團隊按照項目計劃書去學習和研究，推動項目逐步接近技術指標。

（2）教學方法的設計

“概念車制作”授課在 CDIO 模式框架內進行，需將 CDIO 精神靈活地貫穿于教學活動中，突出以學生為中心的觀念。采用以學生動手和自行思考為主，教師指導為輔的教學方式。在整個教學過程中學生學習、研究和思考自行完成，遇到問題，教師引導學生思考研討，和學生一起尋找解決問題的方法和手段，最后解決問題。在教學過程中教師不僅要引入工程的概念，而且還要按照ISO9001質量管理體系嚴格要求學生。

（3）教學內容的設計

教學內容包括技術方面和管理方面的教學內容。技術方面包括，調研、構思、設計、制作、調試和比賽（若有比賽）或總結等內容；管理方面包括大學生日常管理、經費管理、數據管理、設備管理以及基地管理等。

（4）實訓基地的設計

實訓基地設計是按照ISO9001管理體系進行現場設計，將占地面積500平方米制作基地劃分為車身成型區(qū)、學習區(qū)、加工區(qū)、組裝臺架調試區(qū)以及設備存放區(qū)。

3.課程的實施（I）

（1）技術方面的實施

實施過程按照項目計劃時間進行。制作過程主要在實訓基地。首先，學生團隊調研和檢索材料，了解和掌握該任務的技術動態(tài)和發(fā)展趨勢。如2016年的主要任務是發(fā)動機電控系統(tǒng)的開發(fā)，就要了解發(fā)動機電控知識和技術，掌握電控技術動態(tài)和發(fā)展趨勢。學生團隊要出去調研，記錄和撰寫調研報告。

根據比賽和教學的要求，撰寫項目任務書。首先，設定本學期概念車需要解決的關鍵問題。如2016年關鍵技術是發(fā)動機電控部分，其他系統(tǒng)進行優(yōu)化。其次，對概念車進行總體布局，如2016年概念車采用三輪行駛系統(tǒng)，轉向系統(tǒng)采用阿克曼轉向方式，車架采用前一字后井字結構以及車身采用錐形流線型等。第三、零部件設計采用CAI設計并進行仿真車身強度、剛度進行有限元分析和計算。第四、按照已經學過的《機械零件》的知識，對零部件選型。

按照零部件的要求以及計算分析結果，對零部件進行繪制，設計零部件的加工工藝和工裝夾具。根據圖紙的內容進行制作，制作大部分都是學生團隊在學院加工中心自行完成。

零部件全部制作完畢進行組裝，組裝后進行調試，調試先進行臺架測試，臺架測試通過后，再進行路試，如果有問題或效果不理想，再進行零部件優(yōu)化，然后再調試，直到達到比較理想狀態(tài)為止。學生團隊在計算分析、制作以及調試過程中遇到技術問題查資料或看講義以及教師指導。

課程技術內容講義總計九章，主要包括車架設計與制作、車身設計與制作、轉向系統(tǒng)的設計與制作、制動系統(tǒng)設計與選型、傳動系統(tǒng)的設計與選型、電動車動力系統(tǒng)的設計與選擇、燃油車動力系統(tǒng)的設計與選擇、電動車測試過程以及燃油車測試過程。

（2）管理方面的實施

大學生日常管理、經費管理主要管理者是學生輔導員承擔。數據管理、設備管理、以及管理實訓基地的管理按照ISO9001質量管理體系實施，主要管理者由主講教師或其助教承擔。

4.課程的運行（O）

逐步建立較完善的“概念車制作”教學體系和實訓體系，構建與現代企業(yè)較為一致的行業(yè)質量管理體系（ISO9001），使“概念車制作”課程能夠正常運行，并逐步完善，實現培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和人文素質的目標。

五、課程考核方法

考核方式按照平時考核、平時記錄情況、月匯報情況、會議紀要、以及總結報告相結合考核方法實施。即每階段或過程都有記錄，記錄作為考核的依據（20%）；不定期或定期討論問題和措施有會議紀要，紀要也作為考核的依據（20%）；每月有各組匯報，匯報情況也是考核依據（20%）；最后總結報告也是考核依據（20%）。平時有考核記錄（20%），平時考核成績由學生輔導員確定，其他考核由主講教師確定。

六、結語

“概念車制作”課程經過2015年的試驗，取得了一些成績和效果，積累了一些課堂教學經驗，為2016年正式確定校級選修課程打下良好的基礎。2016年開課已經開始，制定了教學大綱和考試大綱，自編了課程講義，制定了課程考勤管理辦法以及定期匯報制度，基本建立了課程教學體系和實訓體系，構建與現代企業(yè)較為一致的行業(yè)質量管理體系（ISO9001）。僅一年的課堂教學經驗只是雛形，持續(xù)的改進并逐步完善“概念車制作”課程，才能培養(yǎng)出更多的高素質工程技術人才。

參考文獻

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

[2] 查建中. 論“做中學”戰(zhàn)略下的 CDIO 模式[J].武漢：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]胡志剛，任勝兵，吳斌.構建基于CDIO理念的一體化課程教學模式[J].中國高等教育，2010，（22）.