CDIO先進工程教育的探索實踐

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【摘要】針對當前CREO課程教學中存在的問題，將先進的cdio工程教育模式應用于CREO教學。構建了基于CDIO理念的CREO課程教學改革方案，并結合開源3D打印機研發項目，探索和實踐了CREO課程的CDIO教學模式操作流程，實現了從構思、設計到實施、運行的一體式項目化教學，為同類相關課程教學模式的改革與創新提供了重要思考和借鑒。

【關鍵詞】課程改革;項目教學;探索;實踐;CDIOCREO

0引言

長期以來，工程能力培養的缺失一直是國內高校在課程教學過程中存在的普遍問題。在當前互聯網+和以轉變經濟發展方式為新常態的社會大背景下，企業對人才的知識、能力及素質等方面的要求也在不斷發生變化。依據我國產業發展戰略布局和對工程人才的需求，進一步深化課程教學改革和人才培養模式創新，是我國高等工程教育改革成功的關鍵[1]。然而現階段我國高等工程教育還是以課程教學為主，這種培養模式已不能滿足企業和社會對于新型高素質工程人才的迫切需求，國內高校在工程類人才培養方面的教育理念亟待更新，以適應當前“大眾創業、萬眾創新”的社會發展要求。本文將先進的CDIO工程教育模式與CREO課程相結合，通過教學模式改革和項目實踐，探索和創新針對CREO課程的教學方法及思路，為工程類人才培養的課程改革與教育實踐提供了重要參考。

1.CDIO教育理念

CDIO理念是近年來國際工程教育改革的最新研究成果，也是得到國內外教育界認可和推薦的先進工程教育模式。CDIO教育理念主要由四部分內容構成，即：構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）[2]。CDIO工程教育模式注重培養學生掌握扎實的工程基礎理論和專業知識[3]，其中，“構思”包括顧客需求分析、技術、企業戰略和規章制度設計、發展理念、技術程序和商業計劃制訂等；“設計”主要包括工程計劃、圖紙設計以及實施方案設計等；“實施”是將設計方案轉化為產品的過程，包括制造、解碼、測試以及設計方案的確認；“運行”則主要是通過投入實施的產品對前期程序進行評估的過程，包括對系統的修訂、改進和淘汰等。作為當前先進的高等工程教育模式，CDIO理念在學生的系統工程技術能力培養方面具有很大優勢。CDIO的設計靈感源自于工程產品的生命周期，它將教育過程放到工程領域的具體環境中，通過貫穿整個人才培養過程的團隊設計和創新實踐訓練，培養專業基礎扎實、職業道德高尚的高水平工程類人才[4]。多所高校的試點實踐表明，CDIO模式在新型工程類人才的教育和能力培養方面取得了良好成效，對于高等工程人才的培養具有重要的借鑒意義和推廣價值。

2.課改背景

近年來，隨著計算機輔助技術的飛速發展，越來越多的工程設計需要借助計算機進行產品設計與開發。CREO是由美國PTC公司推出的新一代三維CAD設計軟件包，它集成了產品造型設計、工程分析、加工制造、模具設計、有限元分析及運動仿真等眾多功能，現在已被廣泛應用于機械工程、汽車制造、航空航天、船舶制造及模具設計等行業[5]。目前，CREO作為一門重要的三維CAD軟件技能操作專業課程，已在國內工科院校機電類專業的本、專科教學中普遍開設。筆者在長期的一線教學和與學生交流的過程中發現，傳統的教學模式存在諸多問題與缺陷，已不能適應當前社會對于應用型人才培養的要求，針對三維CAD軟件類課程的教學方法與理念亟待更新。

3.課程改革方案

3.1思路與目標

以本校機械設計制造及其自動化專業、工業設計專業為依托，將CDIO理念以項目化驅動方式引入CREO課程教學。通過一至兩學年的試點教學，不斷探索、研究和驗證CDIO理念與CREO課程的最佳結合模式，同時分析和解決在實際一線教學過程中出現的各類問題，最終形成基于CDIO工程教育模式的CREO課程教學思路與實現流程。通過CREO課程的教學改革與實施，探索針對三維CAD軟件類課程的CDIO教學新模式，實現CREO課程從構思、設計到實施、運行的一體式項目化教學。同時，結合本校實際，構建適合機制專業、工設專業CREO教學的CDIO框架結構和實施流程，激發學生學習CREO課程的興趣和主動性，有效提升CREO課程的教學效果及質量，為當前應用型工程人才培養和相關專業CAD課程教學改革提供有力參考。

3.2主要研究內容

結合機制專業、工設專業的CREO課程教學，試點CDIO工程教育模式的實施流程和教學效果，構建基于構思、設計、實施和運行的CREO課程新型教學模式，主要研究內容包括：CDIO工程教育模式的內涵與運行機理、CDIO理念與CREO課程的結合模式與實現流程、CDIO工程教育模式下的CREO課程項目化教學及過程優化、基于CDIO理念的機制專業和工設專業CREO課程教學模式改革試點。

3.3實施方案

針對以往CREO課程教學過程中存在的問題與弊端，通過企業、高校調研及相關專業試點教學，逐步探索CREO課程從構思、設計到實施、運行的項目化教學流程，在此基礎上不斷優化、改進CREO課程的CDIO運行模式，直至建立科學的、切合實際的最佳實施方案。首先通過研究CDIO工程教育模式的整體框架結構及內涵，初步構建基于CDIO理念的CREO課程新型教學模式；然后在機制專業、工設專業的CREO課程教學中進行試點，以機械產品設計和工業產品設計為切入點，驗證和評估CDIO模式在CREO教學中的科學性、可行性及合理性；在此基礎上分析、總結CDIO教學模式運行過程中的出現的問題，對原有CDIO教育模式的框架結構、邏輯關系和實施方案進行優化；再次對機制專業、工設專業進行試點教學，逐步改進、完善針對CREO課程的CDIO教學模式；最后評估CDIO模式教學效果，整理、總結CREO課程的CDIO教學模式實現方法和基本流程，并將研究成果在本校相關專業CAD軟件類課程教學中進行推廣。

4.探索與實踐

以近年來市場上興起的開源3D打印機為研究對象，構建基于CDIO理念的CREO課程項目化教學實施方案。由機制專業學生組成設計團隊（3~5人），在CREO環境下對3D打印機進行系統設計與樣機開發。通過前期的企業考察、市場調研和設計構思，確定針對開源3D打印機的系統設計方案，并在CREO平臺上進行三維CAD建模和裝配設計。從最初項目構思到樣機開發完成歷時近1個半月，設計過程由團隊成員分工協作完成，不僅將機械原理、機械設計、電工學等相關知識應用于實踐之中，而且鍛煉了學生的創新能力與團隊意識，有效提高了學生綜合素質和應用知識的能力。在項目實施階段，根據3D打印機工程圖紙和數字樣機結構，直接購置所需的標準件和相關耗材；對于非標件和一般零部件，可借助3D打印進行快速成型制造。在此過程中，要求項目組成員分工協作、積極動手和實踐。通過3周時間的探索與努力，不斷解決項目實施過程中遇到的種種困難與問題，最終實現了設計方案向產品的轉化。項目運行階段的主要任務是對3D打印機進行系統性能測試。首先利用實物打印來評估機械傳動系統、電氣控制系統及熱熔裝置的運行狀態，然后以此反饋信息為依據對前期設計方案進行優化與改進，這一過程主要涉及CREO環境下的工程圖、三維零部件模型、數字樣機結構及裝配關系等。通過設計、測試、反饋及改進的優化模式來精制3D打印機物理樣機模型，直至達到預期性能要求。

5.結語

實踐探索表明，由CDIO模式培養出來的學生具有較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力，符合當前社會和企業對于創新應用型人才的要求。通過將CDIO模式引入CREO課程教學，不僅能夠有效提高學生對CREO課程的學習興趣和主動性，而且在教學效果方面較之以往也有很大提升，為工科類院校的課程改革與人才培養模式創新提供了重要參考。

參考文獻：

[1]胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學改革研究[J].高等工程教育研究,2014,01:163-168.

[2]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,2010,22:44-45.

[3]韓智,張振虹,李興娟.基于CDIO理念的軟件工程課程教學改革[J].計算機工程,2010,11:56-59.

[4]郭長虹,趙炳利,李東興.面向CDIO的工程圖學教學改革[J].工程圖學學報,2011,05:56-60.

[5]王向麗,朱曉飛.任務驅動教學法在CREO課程中的實施[J].科技視界,2013,05:141.

作者:邱海飛 單位:西京學院機械工程學院