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摘要:本文介绍了机械设计与制造专业基于CDIO的项目化课程体系构建。根据培养目标,开发了3个层次的项目,一级项目为包含本专业主要核心课程和能力要求的项目;二级项目为包含一组相关核心课程、能力要求的项目;三级项目为单门课程内为增强该门课程能力与理解而设的项目。整个课程体系以一级项目“风能推料机的设计与制造”为主线,4个二级项目为支撑,9个三级项目为基础,将课程教育同专业认识统一起来,从而提高学生的工程创新能力和综合素质。
关键词:CDIO 课程体系 项目设计
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起,麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助,经过四年的探索研究,创立了CDIO工程教育理念,并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)和运行(Operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程,它是一种以项目为引导的工程教育模式。
1 CDIO的项目划分
根据CDIO以项目为引导的工程教育模式,把CDIO项目按规模和范围划分为三级。一级为包含本专业主要核心课程和能力要求的项目。每个专业至少有一个一级项目,学生分成团队5-8个人,从方案设计、结构设计、零部件制造、装配调试到运行,经历CDIO的整个过程。
二级项目是基于课程群的,每个课程群都有一个项目,这些项目相当于综合性的课程设计,把相关联的课程知识有机地结合起来,使学生学习到有机和关联的知识群而不是孤立的知识点。
三级项目是课程项目,每个教师都要知道自己的课程在整个专业课程体系中的作用,包括在知识、能力、素质培养中的贡献,每门课程中应有20%~30% 时间用于互动、启发式、探究式的学习,引导学生提出问题,找到解决问题的方法,提取概念和有规律性的知识。
整个课程体系以一级项目为主线,以二级项目为支撑,三级项目与核心课程为基础,将核心课程的教育同专业和系统的整体认识统一起来,并结合学生的自我更新能力,人际和团体交流能力以及大系统的掌握,运行和调控能力一起进行系统的培养。
2 机械设计与制造专业基于CDIO的项目化课程体系构建
我院机械设计与制造专业借鉴了CDIO的以项目为引导的培养理念,根据CDIO 的基本原理,对课程体系设置进行了探索,按照“构思,设计,实施,运行”的思路,进行课程体系的构建。根据专业培养目标,选择 “风能推料机的设计与制造”作为一级项目,为了完成风能推料机的设计与制造,需要4个二级项目来支撑,分别为“整体设计”、“零部件结构设计”、“零部件制造”和“装配与调试”,不同的二级项目需要不同的能力来完成,所需的能力通过9个三级课程项目来培养。
3 项目示例
3.1 一级项目的实施 从一年级第二学期开始,学生5-8人组成各自的项目团队,设小组组长1名。每组由三位老师指导,一位为机类专业的老师,一位为电类专业的老师,还有一位为实践环节的老师。在指导老师组的指导下,要求每个学生团队选择一个具体项目,比如“风能推料机的设计与制造”,从市场分析与技术需求分析开始,做项目的“市场调研与技术分析报告”。在市场调研报告、技术分析报告的基础上,以逐步学习的专业知识,通过与指导教师讨论、内部讨论、查资料等各种方式,提出总体设计方案,即构思阶段。在总体设计方案的基础上,通过进一步的专业知识学习,开始进行零部件结构设计,这是一级项目II(D),即设计阶段。通过前面一级项目I至II的实践,设计完善后,开始加工、制造,这是一级项目III(I),即实施阶段。这是最为有意义的一个阶段,学生必须在自己设计的基础上,利用机电系(开放全部的金工车间、数控机床、加工中心等设备)、学校外部等多方面的条件,进行原材料采购、加工等多个过程,开始一级项目中最艰难的阶段。通过前面一级项目I至III阶段实践工作的积累,最后进入再加工、安装以及综合调试运行的阶段,即一级项目Ⅳ(O),运行阶段。这样的一个一级项目经历了一个完整的CDIO过程,学生在项目进行的过程中学会了探索知识、综合应用知识、锻炼了团队精神、培养了CDIO工程能力。
3.2 二级项目的设计 二级项目是基于课程群的,是为一级项目服务的,为此根据一级项目的需求,我们精心设计了4个二级项目,如表1所示。
这4个二级项目分别是“整体设计”、“零部件结构设计”、“零部件制造”和“装配与调试”,说明了每一个二级项目涵盖的课程群,设计了每一个二级项目的具体内容,规定了每一个二级项目实施的学期,阐述了每一个二级项目的意义。经过这4个二级项目的实践,为一级项目“风能推料机的设计与制造”做了知识储备、技术支撑和能力培养。
3.3 三级项目的设计 要完成二级项目,需要相应的能力支撑,为了获得这样的能力,需要三级课程项目来培养。比如要完成二级项目“零部件制造”,需要“工艺制定能力”和“产品制造能力”,那么就需要在课程《机械制造工艺与装备》、《零件编程与加工》和《数控机床》中设计相应的课程项目来获取这种能力。例如在《机械制造工艺与装备》这门课程中设计3个小项目:“轴套类零件的工艺制定”、“箱体类零件的工艺制定”和“叶轮类零件的工艺制定”。学生通过这3个小项目的实践获得了典型零件的工艺制定能力,为二级项目的顺利实施奠定了基础。
4 小结
我院机械设计与制造专业根据高素质技能型专门人才的培养需要,进行了基于CDIO 的项目体系化课程开发。对试点班制定了特殊的培养计划,围绕三个级别的项目实施基于CDIO理念的教学过程,其中一级项目贯穿整个“构思、设计、实施、运行”的全过程。根据专业培养目标,选取了“风能推料机的设计与制造”作为一级项目。为支撑一级项目的顺利实施,开发了4个二级项目,为了二级项目的顺利开展,设计了9个三级项目。一级项目的初始阶段是在一年级开始进行的,此时的学生尚未掌握太多的专业知识,因此项目设计主要侧重“构思”(C) 和“设计”(D) 环节的实践;在一级项目后续的教学环节中,根据课程的进展与深入,再逐步开展“实施”(I) 和“运行”(O) 方面的训练,从而使得学生得到了CDIO 所要求的四大能力的完整训练。
参考文献:
[1]林春景,袁俐萍.基于CDIO教育理念的电子信息工程课程体系的改革与探索[J].福建电脑,2011(5):174-175.
[2]安双利,何亚飞,孙芳方,等. 基于CDIO理念的“机械工程及自动化”工程项目实践[J].经济研究,2010(9):135-136.
[3]庄哲明,沈民奋.基于CDIO理念的1级项目设计与实践[J].高等工程教育研究,2008(6):19-22.
[4]江帆,张春良,王一军,等.机械专业CDIO培养模式探索[J].装备制造技术,2010(6):192-194.
[5][美]EdwardF.Crawley,Johan Malmavist. 重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华,沈民奋,陆小华译.北京:高等教育出版社,2009.
基金项目:河北省高等教育学会2013年度高等教育科学研究课题(HJXH2013-250)。
作者简介:张军翠(1975-),女,河北石家庄人,讲师,工学硕士,研究方向:机械制造与自动化。
关键词:CDIO 课程体系 项目设计
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起,麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助,经过四年的探索研究,创立了CDIO工程教育理念,并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)和运行(Operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程,它是一种以项目为引导的工程教育模式。
1 CDIO的项目划分
根据CDIO以项目为引导的工程教育模式,把CDIO项目按规模和范围划分为三级。一级为包含本专业主要核心课程和能力要求的项目。每个专业至少有一个一级项目,学生分成团队5-8个人,从方案设计、结构设计、零部件制造、装配调试到运行,经历CDIO的整个过程。
二级项目是基于课程群的,每个课程群都有一个项目,这些项目相当于综合性的课程设计,把相关联的课程知识有机地结合起来,使学生学习到有机和关联的知识群而不是孤立的知识点。
三级项目是课程项目,每个教师都要知道自己的课程在整个专业课程体系中的作用,包括在知识、能力、素质培养中的贡献,每门课程中应有20%~30% 时间用于互动、启发式、探究式的学习,引导学生提出问题,找到解决问题的方法,提取概念和有规律性的知识。
整个课程体系以一级项目为主线,以二级项目为支撑,三级项目与核心课程为基础,将核心课程的教育同专业和系统的整体认识统一起来,并结合学生的自我更新能力,人际和团体交流能力以及大系统的掌握,运行和调控能力一起进行系统的培养。
2 机械设计与制造专业基于CDIO的项目化课程体系构建
我院机械设计与制造专业借鉴了CDIO的以项目为引导的培养理念,根据CDIO 的基本原理,对课程体系设置进行了探索,按照“构思,设计,实施,运行”的思路,进行课程体系的构建。根据专业培养目标,选择 “风能推料机的设计与制造”作为一级项目,为了完成风能推料机的设计与制造,需要4个二级项目来支撑,分别为“整体设计”、“零部件结构设计”、“零部件制造”和“装配与调试”,不同的二级项目需要不同的能力来完成,所需的能力通过9个三级课程项目来培养。
3 项目示例
3.1 一级项目的实施 从一年级第二学期开始,学生5-8人组成各自的项目团队,设小组组长1名。每组由三位老师指导,一位为机类专业的老师,一位为电类专业的老师,还有一位为实践环节的老师。在指导老师组的指导下,要求每个学生团队选择一个具体项目,比如“风能推料机的设计与制造”,从市场分析与技术需求分析开始,做项目的“市场调研与技术分析报告”。在市场调研报告、技术分析报告的基础上,以逐步学习的专业知识,通过与指导教师讨论、内部讨论、查资料等各种方式,提出总体设计方案,即构思阶段。在总体设计方案的基础上,通过进一步的专业知识学习,开始进行零部件结构设计,这是一级项目II(D),即设计阶段。通过前面一级项目I至II的实践,设计完善后,开始加工、制造,这是一级项目III(I),即实施阶段。这是最为有意义的一个阶段,学生必须在自己设计的基础上,利用机电系(开放全部的金工车间、数控机床、加工中心等设备)、学校外部等多方面的条件,进行原材料采购、加工等多个过程,开始一级项目中最艰难的阶段。通过前面一级项目I至III阶段实践工作的积累,最后进入再加工、安装以及综合调试运行的阶段,即一级项目Ⅳ(O),运行阶段。这样的一个一级项目经历了一个完整的CDIO过程,学生在项目进行的过程中学会了探索知识、综合应用知识、锻炼了团队精神、培养了CDIO工程能力。
3.2 二级项目的设计 二级项目是基于课程群的,是为一级项目服务的,为此根据一级项目的需求,我们精心设计了4个二级项目,如表1所示。
这4个二级项目分别是“整体设计”、“零部件结构设计”、“零部件制造”和“装配与调试”,说明了每一个二级项目涵盖的课程群,设计了每一个二级项目的具体内容,规定了每一个二级项目实施的学期,阐述了每一个二级项目的意义。经过这4个二级项目的实践,为一级项目“风能推料机的设计与制造”做了知识储备、技术支撑和能力培养。
3.3 三级项目的设计 要完成二级项目,需要相应的能力支撑,为了获得这样的能力,需要三级课程项目来培养。比如要完成二级项目“零部件制造”,需要“工艺制定能力”和“产品制造能力”,那么就需要在课程《机械制造工艺与装备》、《零件编程与加工》和《数控机床》中设计相应的课程项目来获取这种能力。例如在《机械制造工艺与装备》这门课程中设计3个小项目:“轴套类零件的工艺制定”、“箱体类零件的工艺制定”和“叶轮类零件的工艺制定”。学生通过这3个小项目的实践获得了典型零件的工艺制定能力,为二级项目的顺利实施奠定了基础。
4 小结
我院机械设计与制造专业根据高素质技能型专门人才的培养需要,进行了基于CDIO 的项目体系化课程开发。对试点班制定了特殊的培养计划,围绕三个级别的项目实施基于CDIO理念的教学过程,其中一级项目贯穿整个“构思、设计、实施、运行”的全过程。根据专业培养目标,选取了“风能推料机的设计与制造”作为一级项目。为支撑一级项目的顺利实施,开发了4个二级项目,为了二级项目的顺利开展,设计了9个三级项目。一级项目的初始阶段是在一年级开始进行的,此时的学生尚未掌握太多的专业知识,因此项目设计主要侧重“构思”(C) 和“设计”(D) 环节的实践;在一级项目后续的教学环节中,根据课程的进展与深入,再逐步开展“实施”(I) 和“运行”(O) 方面的训练,从而使得学生得到了CDIO 所要求的四大能力的完整训练。
参考文献:
[1]林春景,袁俐萍.基于CDIO教育理念的电子信息工程课程体系的改革与探索[J].福建电脑,2011(5):174-175.
[2]安双利,何亚飞,孙芳方,等. 基于CDIO理念的“机械工程及自动化”工程项目实践[J].经济研究,2010(9):135-136.
[3]庄哲明,沈民奋.基于CDIO理念的1级项目设计与实践[J].高等工程教育研究,2008(6):19-22.
[4]江帆,张春良,王一军,等.机械专业CDIO培养模式探索[J].装备制造技术,2010(6):192-194.
[5][美]EdwardF.Crawley,Johan Malmavist. 重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华,沈民奋,陆小华译.北京:高等教育出版社,2009.
基金项目:河北省高等教育学会2013年度高等教育科学研究课题(HJXH2013-250)。
作者简介:张军翠(1975-),女,河北石家庄人,讲师,工学硕士,研究方向:机械制造与自动化。