CDIO先进工程教育的探索实践
【摘要】针对当前CREO课程教学中存在的问题，将先进的CDIO工程教育模式应用于CREO教学。构建了基于CDIO理念的CREO课程教学改革方案，并结合开源3D打印机研发项目，探索和实践了CREO课程的CDIO教学模式操作流程，实现了从构思、设计到实施、运行的一体式项目化教学，为同类相关课程教学模式的改革与创新提供了重要思考和借鉴。
【关键词】课程改革;项目教学;探索;实践;CDIOCREO
0引言
长期以来，工程能力培养的缺失一直是国内高校在课程教学过程中存在的普遍问题。在当前互联网+和以转变经济发展方式为新常态的社会大背景下，企业对人才的知识、能力及素质等方面的要求也在不断发生变化。依据我国产业发展战略布局和对工程人才的需求，进一步深化课程教学改革和人才培养模式创新，是我国高等工程教育改革成功的关键[1]。然而现阶段我国高等工程教育还是以课程教学为主，这种培养模式已不能满足企业和社会对于新型高素质工程人才的迫切需求，国内高校在工程类人才培养方面的教育理念亟待更新，以适应当前“大众创业、万众创新”的社会发展要求。本文将先进的CDIO工程教育模式与CREO课程相结合，通过教学模式改革和项目实践，探索和创新针对CREO课程的教学方法及思路，为工程类人才培养的课程改革与教育实践提供了重要参考。
1.CDIO教育理念
CDIO理念是近年来国际工程教育改革的最新研究成果，也是得到国内外教育界认可和推荐的先进工程教育模式。CDIO教育理念主要由四部分内容构成，即：构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）[2]。CDIO工程教育模式注重培养学生掌握扎实的工程基础理论和专业知识[3]，其中，“构思”包括顾客需求分析、技术、企业战略和规章制度设计、发展理念、技术程序和商业计划制订等；“设计”主要包括工程计划、图纸设计以及实施方案设计等；“实施”是将设计方案转化为产品的过程，包括制造、解码、测试以及设计方案的确认；“运行”则主要是通过投入实施的产品对前期程序进行评估的过程，包括对系统的修订、改进和淘汰等。作为当前先进的高等工程教育模式，CDIO理念在学生的系统工程技术能力培养方面具有很大优势。CDIO的设计灵感源自于工程产品的生命周期，它将教育过程放到工程领域的具体环境中，通过贯穿整个人才培养过程的团队设计和创新实践训练，培养专业基础扎实、职业道德高尚的高水平工程类人才[4]。多所高校的试点实践表明，CDIO模式在新型工程类人才的教育和能力培养方面取得了良好成效，对于高等工程人才的培养具有重要的借鉴意义和推广价值。
2.课改背景
近年来，随着计算机辅助技术的飞速发展，越来越多的工程设计需要借助计算机进行产品设计与开发。CREO是由美国PTC公司推出的新一代三维CAD设计软件包，它集成了产品造型设计、工程分析、加工制造、模具设计、有限元分析及运动仿真等众多功能，现在已被广泛应用于机械工程、汽车制造、航空航天、船舶制造及模具设计等行业[5]。目前，CREO作为一门重要的三维CAD软件技能操作专业课程，已在国内工科院校机电类专业的本、专科教学中普遍开设。笔者在长期的一线教学和与学生交流的过程中发现，传统的教学模式存在诸多问题与缺陷，已不能适应当前社会对于应用型人才培养的要求，针对三维CAD软件类课程的教学方法与理念亟待更新。
3.课程改革方案
3.1思路与目标
以本校机械设计制造及其自动化专业、工业设计专业为依托，将CDIO理念以项目化驱动方式引入CREO课程教学。通过一至两学年的试点教学，不断探索、研究和验证CDIO理念与CREO课程的最佳结合模式，同时分析和解决在实际一线教学过程中出现的各类问题，最终形成基于CDIO工程教育模式的CREO课程教学思路与实现流程。通过CREO课程的教学改革与实施，探索针对三维CAD软件类课程的CDIO教学新模式，实现CREO课程从构思、设计到实施、运行的一体式项目化教学。同时，结合本校实际，构建适合机制专业、工设专业CREO教学的CDIO框架结构和实施流程，激发学生学习CREO课程的兴趣和主动性，有效提升CREO课程的教学效果及质量，为当前应用型工程人才培养和相关专业CAD课程教学改革提供有力参考。
3.2主要研究内容
结合机制专业、工设专业的CREO课程教学，试点CDIO工程教育模式的实施流程和教学效果，构建基于构思、设计、实施和运行的CREO课程新型教学模式，主要研究内容包括：CDIO工程教育模式的内涵与运行机理、CDIO理念与CREO课程的结合模式与实现流程、CDIO工程教育模式下的CREO课程项目化教学及过程优化、基于CDIO理念的机制专业和工设专业CREO课程教学模式改革试点。
3.3实施方案
针对以往CREO课程教学过程中存在的问题与弊端，通过企业、高校调研及相关专业试点教学，逐步探索CREO课程从构思、设计到实施、运行的项目化教学流程，在此基础上不断优化、改进CREO课程的CDIO运行模式，直至建立科学的、切合实际的最佳实施方案。首先通过研究CDIO工程教育模式的整体框架结构及内涵，初步构建基于CDIO理念的CREO课程新型教学模式；然后在机制专业、工设专业的CREO课程教学中进行试点，以机械产品设计和工业产品设计为切入点，验证和评估CDIO模式在CREO教学中的科学性、可行性及合理性；在此基础上分析、总结CDIO教学模式运行过程中的出现的问题，对原有CDIO教育模式的框架结构、逻辑关系和实施方案进行优化；再次对机制专业、工设专业进行试点教学，逐步改进、完善针对CREO课程的CDIO教学模式；最后评估CDIO模式教学效果，整理、总结CREO课程的CDIO教学模式实现方法和基本流程，并将研究成果在本校相关专业CAD软件类课程教学中进行推广。
4.探索与实践
以近年来市场上兴起的开源3D打印机为研究对象，构建基于CDIO理念的CREO课程项目化教学实施方案。由机制专业学生组成设计团队（3~5人），在CREO环境下对3D打印机进行系统设计与样机开发。通过前期的企业考察、市场调研和设计构思，确定针对开源3D打印机的系统设计方案，并在CREO平台上进行三维CAD建模和装配设计。从最初项目构思到样机开发完成历时近1个半月，设计过程由团队成员分工协作完成，不仅将机械原理、机械设计、电工学等相关知识应用于实践之中，而且锻炼了学生的创新能力与团队意识，有效提高了学生综合素质和应用知识的能力。在项目实施阶段，根据3D打印机工程图纸和数字样机结构，直接购置所需的标准件和相关耗材；对于非标件和一般零部件，可借助3D打印进行快速成型制造。在此过程中，要求项目组成员分工协作、积极动手和实践。通过3周时间的探索与努力，不断解决项目实施过程中遇到的种种困难与问题，最终实现了设计方案向产品的转化。项目运行阶段的主要任务是对3D打印机进行系统性能测试。首先利用实物打印来评估机械传动系统、电气控制系统及热熔装置的运行状态，然后以此反馈信息为依据对前期设计方案进行优化与改进，这一过程主要涉及CREO环境下的工程图、三维零部件模型、数字样机结构及装配关系等。通过设计、测试、反馈及改进的优化模式来精制3D打印机物理样机模型，直至达到预期性能要求。
5.结语
实践探索表明，由CDIO模式培养出来的学生具有较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力，符合当前社会和企业对于创新应用型人才的要求。通过将CDIO模式引入CREO课程教学，不仅能够有效提高学生对CREO课程的学习兴趣和主动性，而且在教学效果方面较之以往也有很大提升，为工科类院校的课程改革与人才培养模式创新提供了重要参考。
参考文献：
[1]胡文龙.基于CDIO的工科探究式教学改革研究[J].高等工程教育研究,2014,01:163-168.
[2]胡志刚,任胜兵,吴斌.构建基于CDIO理念的一体化课程教学模式[J].中国高等教育,2010,22:44-45.
[3]韩智,张振虹,李兴娟.基于CDIO理念的软件工程课程教学改革[J].计算机工程,2010,11:56-59.
[4]郭长虹,赵炳利,李东兴.面向CDIO的工程图学教学改革[J].工程图学学报,2011,05:56-60.
[5]王向丽,朱晓飞.任务驱动教学法在CREO课程中的实施[J].科技视界,2013,05:141.
邱海飞 西京学院机械工程学院
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