郭长虹，马筱聪，李大龙，董志奎，姜桂荣

（燕山大学机械工程学院，河北 秦皇岛 066004）

1 国内图学教学现状，与企业期待的工程图学教育存在巨大落差

在对企业所做的调查中，不少企业埋怨“高校的毕业生花拳绣腿，设计出来的东西不切实际，如结构不合理，装拆不方便，表达不完善，投影关系不对等等”；“学生在校学习的知识，到工作单位后能用到的也就是20%～30%…”。很多教师都说：“许多机械制造专业毕业的大学生甚至研究生，都画不出能用于生产的图纸…”[1]。工业界愈发认识到高校培养的毕业生难以适应现实工业生产的需要，许多大型工业公司纷纷列出他们所需的工程师必备素质详单（如波音公司）。据麦肯锡咨询公司的一份研究报告统计，中国工科毕业生只有不到10%适合跨国公司的工作。学生就业时也发现要用的知识没有学，学的很多没有用[2]。

造成这种局面的原因是传统工程教育重理论轻实践，忽略工程实际的融合，没有及时倾听企业界的需求。当前我国工程图学的教学也存在诸多不足：课程实训严重不足；缺少与工程实践的结合；缺乏工程经验的体会，学生难以掌握工程背景强的知识[3]。

2 “卓越工程师教育培养计划”与CDIO工程教育模式的完美结合

CDIO是“构思(Conceive)—设计(Design)—实施(Implement)—运作(Operate)”的英文缩写，它以产品从研发到运行的生命周期为载体，以产业需求为导向，教学内容与产业发展同步，通过系统的产品设计让学生以主动的、实践的、课程间有机联系的方式学习，以培养适应产业发展的合格工程人才为目标[1]。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的卓著成果。为弥合高校教育与工业生产需求的矛盾，2000年以美国工程院院士Crawley教授为首的跨国研究团队，历经长达四年的研究与探索，提出了CDIO工程教育理念，并成立CDIO国际合作组织[4]。2011年Crawley教授因创立CDIO教育模式而获得美国工程院最高教育奖“戈登奖”。现在已经超过25个国家81所院校加入了国际CDIO工程教育组织。2008年5月召开的“中国CDIO工程教育模式研讨会”上，近一百所院校的二百多位高校校长一致认为：中国的工程教育，需要学习国际先进经验，加大改革力度以适应创新型国家建设的需要[5]。由此，我国工程教育改革应用CDIO模式掀起高潮[6]。目前国内已有57 所高校在机械类、电气类等专业开展了CDIO改革试点实践[7]。一些公司专门为CDIO毕业生制定了高于其他教育模式毕业生15%的工资标准，这表明了产业界对CDIO教育模式的认可[4]。

“卓越工程师教育培养计划”是教育部落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》的重大改革项目，其主要目标是面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。“卓越计划”具有3个特点：一是企业的深度参与；二是按照企业标准培养人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力，明确了我国工程教育改革发展的战略重点。 CDIO理念是一个将工程科学、工程学科知识和工程实践能力整合为一体的工程教育方法，具有一定的普适性和可操作性，它既能运用于对精英化的高水平创新人才的培养，也适用于大众化工程专业的教育，完全符合我们对卓越工程师高级人才的培养需要。采用CDIO工程教育改革的理念实现“卓越工程师教育培养计划”的目标。二者在基本目标、任务、理念与方法以及内容上具有高度的相关性和兼容性。

CDIO工程教育模式并不是一成不变的，我们应根据不同的社会文化背景、根据产业发展的特点、根据学校自身特色、根据学生的不同情况，深入探索，构建本土化的CDIO教育模式。2011年“中国CDIO 工程教育模式研究与实践”课题组成立，负责组织开展了CDIO工程教育模式试点工作。国内的试点高校、研究机构和企业均对CDIO工程教育模式展开了学习、讨论和研究[8-9]。燕山大学机械工程学院将卓越计划与CDIO培养模式相互结合，互为补充，构建了具有实效的赋有中国特色的CDIO工程教育新模式，并取得显著成效[8]。燕山大学机械学院于2007年开始了CDIO工程教育模式的改革，2008年被国家教育部首批为CDIO工程教育模式机械类组牵头单位。2010年6月，燕山大学成为教育部首批实施“卓越工程师教育培养计划”试点高校。学院根据自身定位和特色、学生的特点以及区域需求，从培养目标、课程计划、实践场所、教学模式、师资建设、学生专业能力评估和改革质量评估等全方位大胆改革探索，构建了卓越工程师教育培养计划下CDIO 特色的工程教育模式。学院将企业的需求与工程教育紧密结合，与中国第一重型机械集团公司、齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司、大连重工起重集团有限公司、鹰普（中国）有限公司等共同建设基于CDIO的教育部国家级工程实践教育中心，为学生培养提供良好的实践基地。现在机械工程学院的毕业生，符合产业和人才市场的需要，受到相关企业的极大欢迎，很多企业提前到学院“订购”学生。

3 构建“卓越工程师教育培养计划”下基于CDIO的工程图学教学体系

工程图学须反映科技进步，紧密结合企业需求，参照企业需求制定培养目标，把相关的新思想、新技术引入课程，使课程蓬勃发展。现代机械行业要求学生具有较强的工程制图能力、图形表达能力和很强的计算机绘图和设计能力。美国、日本等发达国家的图学培养目标完全参照企业需求制定，我们也积极借鉴发达国家的成功案例，优化和整合教学内容，重构与企业需求一致的基于CDIO理念和卓越计划的图学课程体系，并不断完善，取得可喜成果。

本文针对当前卓越工程师培养计划的实施，结合图学课程自身实际紧紧围绕CDID工程教育理念，倡导在优化教师队伍的同时，实施以项目为中心、学生自主学习的图学教学，通过校企合作，给予学生更多解决实际工程问题的机会，让学生的实际工程能力更贴近市场和企业的需求。进一步探讨如何构建“卓越工程师教育培养计划”下具有CDIO特色的工程图学教学体系，使图学教学能够反应企业需求和现代科技进步，体现课程的工程性和实践性[1]，为当今工程图学的教学改革提供参考。

3.1 加强教师团队建设，提升教师工程实践能力，形成了台阶式的CDIO特色的图学教学模式

CDIO教学大纲中强调只有采取行动提高教师的工程实践能力，才能提高学生的个人、人际交往能力以及产品、过程、系统建造的能力。卓越工程师计划，以校企合作为手段要求行业、企业深度参与到人才培养过程中。卓越计划和CDIO教育模式都要求教师具有良好的工程实践能力，不断更新工程知识，听取产业界反馈信息，不断完善教育教学。燕山大学机械工程学院制定了相应的师资力量培训考核规定，并与职称评定、上岗考核、晋级等挂钩，比如让教师定期到企业挂职锻炼、企业参与考评、参加图学教育、机械类教育会议等，为教师提供很好的发展机遇和机制，多渠道来提高教师的教学能力、工程实践能力等综合素质，保证CDIO模式的有效实施。学院为“卓越工程师教育培养计划”的学生配备学校和企业“双导师”，学校导师和企业导师分工协作，有机配合，共同为学生课内实践、企业实习实践和工程项目开发以及科技创新等提供指导。充分发挥校内导师与企业导师的优势，促进学生学业规划、工程项目研究、企业实践的顺利开展。

图学教师队伍建设是解决工程图学可持续发展的核心问题，专职制图教师不利于图学发展。学习发达国家做法，组建复合型教学团队，吸收专业课教师加入。实施图学教师交叉授课，至少还要讲授一门其他相关课程，或者参与相关的课程设计、机械创新大赛、专业实习和毕业设计指导等实践教学工作，使学生在大一学习到的图学知识，与大二、大三的课程设计、生产实习和大四的毕业设计等形成了台阶，不间断地逐层深入地学习图学知识，互相渗透、有机结合、有效拓展和纵向延伸，形成了台阶式教学模式，强化了图学与专业课之间的融合和纵向贯通。课程设计、生产实习、毕业设计等设计图纸和答辩等教学环节必须有图学教师参与指导、监督、评定和答辩，从而使图学分散在各个不同阶段得以不断强化和提高。

比如在大一的图学教学中，我们对零部件工艺结构、公差、形位公差等知识，只做简单介绍，重点讲述标注方法。而在后面的生产实习中，要重点介绍工艺结构、零件图的尺寸标注、形位公差的标准以及工序等。而在课程设计和毕业设计时要重点讲述三维建模、装配、出工程图、装配图的表达等相关知识，从而杜绝了大一的学生学不懂专业性强的图学部分内容，而大二、大三的学生却又忘记了尺寸标注、装配图的表达等弊病，使得学生整个大学阶段都能够不间断地、一阶一阶循序渐进、各课程间有机联系地学习图学知识。我校和国内多所大学的实践证明，这种模式使学生工程图学应用能力得以分阶段逐步提高。这一举措打破了多年来，教师和学生们课程设计或毕业设计时只关注设计不注重图纸质量；生产实习时只注重工序，不关注其图纸上的反映和表达等等传统教育机制带来的弊端。

3.2 创建教学工厂实训基地、示范中心、创新实验区等，校企互动营造真实的教学情境

基于卓越计划和CDIO理念的图学课程体系旨在培养工程素质，应将项目的全过程置于真实的生产环境中。为此，我院注重教学工厂型实习基地的建设，依托真实的生产环境实现教学与实习、理论与实践的有机结合。校园内建有工程训练中心、校企、国家重点实验室，校外建有燕大科技园，园内和国内其他高科技企业长期与学院保持合作和共建，比如鹰普（中国）、天津多维汇通等公司就是我们图学的寒暑假培训基地之一。这些教学实习基地既是“教室”又是生产车间，引进企业管理理念和企业文化，真正做到“车间和教室合一”，教学管理与企业运营合一，保证了学生能够在真实的生产环境下学习和实训，参与项目制作，构建属于自我的过程性知识。燕山大学机械工程学院2006年建成省级工程示范中心、省级机电液一体化实验教学示范中心和河北省重型装备及其自动化教育创新高地，2007年建成国家级机械工程“产学研互动”与“做中学”创业型人才培养模式创新实验区，2009年建成机电液一体化国家级实验教学示范中心，作为工程训练教学分中心跨入了国家实践教学的先进行列。

3.3 增设测绘、三级项目等环节，注重徒手绘图和计算机绘图能力的培养，体现卓越计划和CDIO特色

工程图学课程体系以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为核心，重构课程体系和教学内容，着力推动基于问题的学习、基于项目的学习，不多占课时，把课程的设计、讨论、测绘的环节，布置在课外，不占用课内学时，从工程实际着眼，注重能力的培养，将创新意识切实引入到教学各个环节之中。结合工程实例，利用一定数量精心设计的课堂讨论、课外作业、课外实训、零部件测绘、三级项目和计算机上机考试等环节对学生进行综合训练，具有重要意义。将众多的教学内容优化组合，有机地溶为一体，加大实践课程比重，倡导自主性学习，使得知识和能力结构形成立体交叉式的网络，是体现CDIO和“卓越计划”的重要方面。教学的具体目标包括：①通过设计制图、构型设计、测绘等教学环节，培养学生的审美情趣和严谨的工程素质；②围绕零件设计和制造工艺、装配合理结构等实施讨论课和三级项目，促进工程制图课程知识点之间的有机结合与融会贯通，使教学更具针对性，促进学生合作意识和团队精神的培养；③增设计算机三维绘图上机考试，注重三维设计与绘图能力的培养与考核，使得图学教学内容能够反映科技进步和满足企业需求；④将CDIO理念贯穿于工程制图教学始末，在授课过程中同步提升学生的理论素养和实际动手能力，为企业培养“零适应期”的优秀毕业生。在这些环节中强调国家标准的严格贯彻，培养学生严谨、细致、踏实的工作作风。安排学生课后多次到实习工厂参观学习；严格考勤并记入平时成绩，占综合成绩的40%。

比如机械制图课程中，我们在组合体部分，设计了构型大赛，在院内初赛后，优秀者代表学校参加省级、国家级建模大赛。在机件表达方法部分，我们发给学生机件模型，让学生测绘并表达，图样作为课外作业上交并记入平时成绩；在螺纹紧固件与标准件部分，我们设计了轴系传动，让学生分组设计组装轴系，并表达为装配图，综合运用了螺纹连接、键、销、齿轮、轴承、止动垫片、皮带轮、链轮等的选用和在装配图中的画法等等；零件图部分，布置了箱体的测绘、三维建模和表达方案的确定等实验讨论等内容；在装配图部分，布置了测绘和表达安全阀的三级项目；在焊接部分，组织去实习工厂现场观摩，并让学生测绘和标注工厂的焊接件；最后还布置了计算机三维能力的上机指导和测试环节，计入平时成绩。这些课外作业、讨论、测绘、项目和实训等折合A3图纸最低到达16张，可见通过这些课内外的大量的实训和作业，在图学课程总学时减少的情况下，尤能有力地保证学生徒手绘图草图能力、图样表达能力、构型能力和测绘能力以及计算机绘图能力等现代企业设计人员必需能力的塑造和强化。

为了培养学生的合作意识和团队精神，倡导自主学习，在工程图学增加的构形设计、测绘、课堂讨论和三级项目环节，加大实践课程比重。在装配图的教学中增设了三级项目。三级项目主要通过综合分析及合理简化企业的实际项目，筛选出简单易懂的装配体，作为三级项目。比如设计、测绘、组装和表达轴系传动，设计和表达齿轮油泵（各组参数不同），设计和表达一级减速器（圆柱齿轮减速器、锥齿轮减速器、涡轮蜗杆减速器）等三级项目，要求学生们利用课外时间，自愿结组，分组测绘、分析和研究已有装配体模型，进行各零部件创作思想的推理，总结成果并创新设计。由于布置的项目中，关键零部件和参数、尺寸与已有结构不同，比如齿轮模数齿数不同、轴的大小结构不同等，要求学生根据已有装配体，设计创新出符合要求的新装配体，构思新想法，利用计算机制作出三维模型并装配仿真，检验是否能够满足设计要求。以小组为单位进行装配体设计方案、成本估算、装配图表达方案、检验、计算机建模等一系列训练，最终绘制装配图和计算机模拟仿真，最后每人提交一份设计报告，进行项目总结交流，实现经验分享，在培养学生的自主学习能力和创新能力的同时提高学生综合运用所学专业知识分析、解决工程实际问题的能力，提高学生的组织能力，并增强了与他人合作意识，培养了团队精神。通过以完整的工程项目为依托进行的开放式教学，帮助学生融入到项目构思、设计、实施和运作的全过程；要促使学生积极主动地学习工程图学的相关知识，克服项目实践中遇到的实际困难，即带着问题去学习，最大限度地发掘学生的实际操作潜能，从而使学生的理论素养和应用理论知识解决实际问题的能力得到提高。

结合教育部“卓越计划”和“质量工程”精神，鼓励学生申报并完成各级（国家级、省级、校级和院级）“大学生创新性实验计划”项目；组织承办多种形式学科竞赛，扩大学生参与面；征集课外实验项目，支持学生题目自拟、方案自选的“自主式”实验项目，让更多学生有机会得到锻炼；组织教师培训和指导学生参加全国计算机三维数字建模大赛、大学生“挑战杯”以及每年一度的“银捷杯”制图创新竞赛（辽宁银捷机械装备制造有限公司赞助）等等活动，进一步增强学生就业创新能力，提高学习热情，鼓励学生勇于创新、敢于创新，努力提高自主设计的能力。

3.4 建设教材、模型室、网站、课件等教学资源，搭建CDIO特色的立体动态教学平台

现用教材是2011年编写的，补充了CDIO特色的工程知识；与该教材配套的多媒体CAI课件，补充和更新了模拟动画和计算机绘图、机械加工、金工实习、金属冷、热成型、焊接等录像资料。工程图学网络在线系统增加名师讲课视频、计算机绘图培训教程、在线答疑系统、虚拟实验室和教学管理系统等。同时建设了虚拟实验室，可实现装配虚拟试验全过程。工程图学网络在线的教学管理软件包包括师生论坛、成绩查询、试卷标准答案查询、期末总结和试卷分析，还有课堂板书、教学录像、实践认知录像、动态解题过程和详尽的文字注解，还包括习题解答、重点难点视频教学、机械加工知识讲解、真实生产加工录像、计算机绘图教程、零件测绘讲解及操作视频、焊接知识讲解、装配仿真视频、典型零部件加工视频、机械加工工艺工程讲解视频、国外高科技生产加工视频等等。工程图学网络在线系统全天开放，摆脱了传统实验室时间和空间等的限制。同时还建设有2个实物模型室，定期补充典型组合体、零部件和各种装配体模型等，供学生测绘、表达、设计等使用，也保证了制图三级项目的顺利实施。以上教学资源不断更新建设，最终形成从教材、课件、到网站的多层次、网络化教学平台。构建了优质的丰富多样的数字化教学资源，不仅有多媒体课件，还有生产实习视频、工艺加工知识讲解视频、名师课堂教学视频、在线答疑、计算机绘图教程、实物模型等等多种教学资源，方便学生随时随地不断线多方位地学习和掌握图学知识，改变了图学教学环境，有助于创新能力和工程能力的培养，进一步提高了教学效果，也使得学生和老师们始终保持“不断线”的学习状态，有助于学生课堂之外的解惑解疑，是对课堂教学极有力的补充，激发了学生学习兴趣，培养了工程实践能力。

3.5 建立CDIO特色的考核和评价体系，确保培养质量，充分体现企业需求技能和学以致用

随着教材内容、教学方法及教学体系的改革，考核方法必须向多元化、多样化综合测试的方向转化，将考试内容与创新学习结合起来，将考试转变为对学生学习情况的综合评定。工程图学的课程考核方式改革除了应考虑卓越计划和CDIO 培养模式的要求之外，还要以专业自身的特点为依据。因此我们在考核方法改革中加强了对知识应用能力和工程实践能力的考核，把卓越计划和CDIO 模式培养目标融入到整个课程体系中，每一个能力点都要具体落实到课堂教学和课外实践中。课程考核分为三部分内容，一是注重能力测试的平时成绩，围绕本课程的四个主要知识环节（组合体、表达方法、零件图、装配图），分阶段设置了课堂测试2次、课堂讨论2次、零件测绘至少2次、图样最佳表达2次和三级项目等考核内容，占总成绩的30%；二是计算机三维绘图能力的上机考试，测试要求与难度与教育部全国计算机辅助认证CAXC认证一致，占总成绩的10%；三是注重知识测试的卷面考核，占总成绩的60%。

CDIO提出12条标准来评估学生个人、人际交往能力和产品、过程和系统建造能力等方面，分别考察专业培养理念，课程计划的制定，设计实现经验和实践场所，教与学的新方法，教师提高，考核和评估，这也为卓越工程师能力的评价提供了客观准确的依据。工程图学采取了多样化课程考核方式有利于突出教学重点，有利于引导学生关注课程的核心知识和实践技能，有利于促进学生实践能力与理论素养的融会贯通和双重提高，从而有利于培养兼具基础理论和实践能力的高级应用型专业人才。

3.6 密切联系产业，加强校企合作，创建高校与企业联合培养人才的新机制

卓越计划和CDIO工程教育改革成功的关键在于运用校企联合培养的模式实现了学生的“做中学”和“基于项目的教育和学习”，构建了一个政府、用人单位、高校、学生等多个模块共赢的“一体化”教学体系，着重提高学生的工程实践能力，要求学生在本科阶段，必须累计1年的时间在企业学习，进行操作技能，加工技术、工程师岗位能力必需的培训。

为了保证CDIO课程体系的运行，必须密切联系企业与企业合作。我院各专业每年3月召开企业专家研讨会（与企业校园招聘会同时进行），倾听企业专家意见，通过深入沟通，将企业急需知识纳入培养计划，共同实施“订单式”人才培养模式；5月举办全院教学研讨会；6月举办由企业与学院共同参与的教学方案审定会议，进而共同制定出以工程项目设计为导向、工程能力培养为目标的项目制的教学方案，推进了CDIO工程教育模式在我院的施行，切实加强学生的综合职业能力培养。在对专业的评估中，CDIO模式也要求不断听取来自企业界的反馈信息，从而根据存在的问题不断完善教育教学。鼓励学生尽可能多地参与到企业实际工程项目、企业技术创新等从研发到运行的整个生命周期。通过加强与企业的科技合作，将企业技术开发与学校科研紧密结合，设立具有长远发展意义的专题研究，联合企业、技术单位建立研发中心。

4 结束语

在“卓越工程师教育培养计划”下基于CDIO的工程图学教学改革中，逐步重构了基于CDIO和卓越计划的图学教学课程体系和考核体系，全面搭建了CDIO特色的立体动态教学平台，弥补了原课程体系中生产加工知识的空白以及缺乏企业实训等不足，最终形成多层次、立体化的卓越计划下具有CDIO特色的图学教学体系，将培养目标、培养理念与课程体系一体化，将课程体系、教学方法、学习方法、考核方式和持续改进一体化，将知识、能力和素质培养的一体化，使学生能够在课程中获得一体化的学习，创造了能力成长的机会，而不是增加内容，给学生机会培养交流能力、团队能力等。加强了实践教学，让学生充分参与产品构思、设计、实施、运作等全过程，从而通过实践激发学生在工程设计方面的兴趣，加强学生个人能力、人际交往能力以及产品、过程和系统构建能力的培养，引导学生综合能力的逐步提升，使学生能够顺利地融入社会，有利于培养高素质、具有可持续发展潜力的创新人才。

我们经过不断地教学改革和实践，并获得省级优秀教学成果奖和被评为省级精品课程。指导的学生在机械创新设计大赛和全国大学生先进制图技术与技能大赛等大赛中多次获奖。我院机械相关专业毕业生也受到企业的欢迎，每年都有企业提前一年甚至两年到我们学校预定毕业生，这有力证实了我院基于CDIO的教学改革是成功和卓有成效的。

今后，我们还应该在进一步提高计算机三维设计能力，教学课件的设计与制作，三级项目的选取，试题库的建设，按照企业和校友要求制定系统可行的与其他专业课有机联系和相互渗透的分阶段培养的图学教学大纲和培养目标等方面，进行改革和探索，以期进一步提高图学的教学水平和学生的掌握程度，培养出企业真正需要的合格人才，而不是连一张合格的零件图都不会画的花拳绣腿的工科毕业生。

[1]郭长虹, 赵炳利, 李兴东, 姜桂荣.面向CDIO的工程图学教学改革[J].工程图学学报, 2011, 32(5):56-60.

[2]郭长虹, 赵炳利, 郭 锐, 王 巍.重构CDIO特色的工程图学教学体系[J].工程图学学报, 2013, 34(3):148-151.

[3]焦永和, 张 彤.我国高校图学教育的现状与发展[J].工程图学学报, 2004, 25(4): 126-130.

[4]查建中.工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化[J].中国大学教学, 2008, (5): 16-19.

[5]顾佩华, 李昇平, 沈民奋, 陆小华, 范颖晖.以设计为导向的EIP-CDIO创新型工程人才培养模式[J].中国高等教育, 2009, (3): 47-49.

[6]康全礼, 陆小华, 熊光晶.CDIO 大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报, 2008, 31(4): 15-18.

[7]章毓文, 刘 炀.工程图学教学体制现状分析与解决办法的思考[J].工程图学学报, 2006, 27(4):145-149.

[8]雷 环, 汤威颐, Crawley E F, Edward E.培养创新型、多层次、专业化的工程科技人才[J].高等工程教育研究, 2009, (5): 29-35..

[9]Crawley E F, 查建中, Malmqvist J, Brodeur D R.工程教育的环境[J].高等工程教育研究, 2008, (4):13-21.