祝胜光　刘保军　郑茂溪　王海雄

［摘 要］面向机械专业IEET工程认证所开设的产品综合设计与实践顶石课程，旨在检视和提升学生的专业核心能力，然而在实践过程中，存在选题过于开放、团队成员“吃大锅饭”、进度管理困难、报告质量一般、评分模糊等问题。为改变这一现状，文章提出实战性强的选题方法，构建出基于CDIO模式的实践报告框架，引入甘特图进行成员设计进度可视化管理，并对12项核心能力指标进一步细分和量化。通过引入这些教学措施，整个设计实践过程目标明确、协作高效、报告质量较高、评价较为客观。

［关键词］IEET；产品综合设计与实践；CDIO；甘特图；核心能力

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）20-0080-04

中华工程教育学会（IEET）2014年執行认证审查时，要求大学的课程组成中必须包括整合性的“总整课程”，也就是所谓的顶石课程。关于顶石课程的建设，许多教育学者提出了各种建设办法，其中陈仁等[1]提出基于OBE（成果导向教育）理念的顶石课程建设，开展了以教师团队建设和专题实作为抓手培养和检验学生核心能力的教学研究；SIIN等[2]研究了CDIO［Conceive （构思）、 Design （设计）、Implement （实现）、Operate （运行）］工程教育模式在机械工程顶石课程项目中的应用。

然而基于核心能力培养的顶石课程项目在实施过程中，关于存在的团队成员“吃大锅饭”、进度管理困难、报告质量一般、评分难以量化等现状的探讨，却较为少见。为解决上述问题，本文将对作为IEET工程认证的产品综合设计与实践顶石课程开展教学研究与建设，通过提出实战性强的选题方法、构建出基于CDIO模式的实践报告框架、引入甘特图对成员设计进展进行可视化管理、对12项核心能力指标进一步细化和量化等措施，使整个设计实践过程目标明确、协作高效、报告撰写规范、评价客观。

一、课程培养目标

基于IEET工程认证面向机械专业所开设的产品综合设计与实践顶石课程，是对学生以往大学所学知识的一次整合、对大学学习成效的一次检测。学生通过具体产品案例的设计实践，了解产品开发从市场调研、竞品分析、产品设计制造到产品市场运营的全过程。该课程学习的重点在于如何在指定题目和要求的约束条件下完成设计，重在提升学生应用所学知识的能力，培养学生的设计思维及设计过程中遇到问题时分析解决问题的能力，并通过设计合作实践活动，培养学生团队协作的能力。

二、课程教学设置

根据IEET工程认证的要求，顶石课程的核心为团队合作、动手做、整合所学[3]。因此该课程主要目的不在学习新知识新技能，实践过程必须分组而非个人独自完成，每小组5～6名学生，通过合作共同开展一个主题设计，学生整合所学动手做，教师给予充分指导。实践过程产出的成果可以是实物制作、3D模型、计算机仿真或其他形式的可视化设计，要求撰写实践设计报告并进行课题答辩。本课程在第七学期设置，共64学时，具体配置见表1。

三、课程实施过程改革

（一）选题

为了让产品综合设计与实践课程更具有实战性和专业性，并能有科研成果或竞赛成果产出，同时约束跨专业或跨领域选题，机械专业实践选题优选围绕以下三大方向：

1.教师的科研项目，优选机械自动化产品开发项目

让学生参与教师的机械自动化产品开发项目是非常适合的，因为机械自动化产品开发同时需要团队合作和较多的机械专业基础知识，符合机械专业培养方向。同时，学生参与结构设计等，容易产出专利等成果。

2.以竞赛为驱动进行选题

参与竞赛，能在很大程度上调动学生的积极性、激发学生的潜能，非常能够锻炼与提升学生的综合能力，同时学生出现在各种竞赛中，也能提升学校的影响力和知名度。适合机械工程专业学生的竞赛有全国/省机械创新设计大赛、全国大学生课外学术科技作品竞赛和创业计划大赛等。

3.将产品专利逆向设计作为选题

公开的专利说明书里会给出专利产品的技术领域、背景技术、发明内容、附图说明和具体实施方式。教师可选择难易程度合适的高质量机械产品专利，让学生对其开展逆向设计。学生通过对专利说明书的解读，可以认识专利、深化对机械产品的认知。在专利逆向设计过程中，鼓励学生对其进行优化，并挖掘出新的专利。

（二）基于CDIO模板的设计实践过程

CDIO工程教育是一种较新的教育模式，通过产品的构思、设计、实施和运行，让学生以主动的、实践的方式学习工程，其核心是以工业产品生命周期为背景，以项目为主线把学生必须学到的知识、素质和能力融合在一起[4-5]。然而对于缺少项目开发与产品设计经验的大学生来说，面对一个设计对象，往往容易陷入思维陷阱，即混沌、茫然、不知从何下手的状况。为了能够引导学生有序地开展产品设计与实践，在企业开发工程师的协助下，教学团队为学生构建了一个基于CDIO工程教育模式的设计框架（见表2），非常有助于学生设计实践活动的顺利开展，同时也有助于培养学生严谨、逻辑清晰的框架设计思维。

本文所创建的表2所示的CDIO实践报告模板，除了符合机械自动化产品开发的流程，还融合了机械专业学生所学的专业课程（如机械原理、机械制图、工程力学，液压与气压传动等）及专业软件（如SolidWorks、AutoCAD、Ansys等）。因此本文所创建的CDIO模板既符合IEET工程认证所要求的专业知识整合，又给学生提供了一个明确的工程设计开发流程。

（三）基于甘特图的设计实践过程

团队合作、动手做是顶石课程的核心要求，但在缺乏外界环境的约束与管理时，人的惰性容易让执行力大打折扣，实践进度也会很难推进。甘特图作为项目进度管理的可视化工具与方法[6]，简单易懂，因此在产品综合设计与实践课程中可引入甘特图进行实践进度管理。设计实践分组完成后，设定项目组长进行任务分配与进度跟踪管理，各项目组长定期向指导老师提交甘特图，反馈进度状况。

在设计实践活动中，任务间存在三种关系：串行，即一个任务的开始依赖于前一个任务的输出，如运动仿真，工程图依赖于前一任务的3D建模；并行，即一个任务与另一个任务可以同时开展，如一台设备可拆分为多个子装配体同时进行设计；耦合，即每个任务的完成都需要另一个任务的输出，如力学分析与结构优化。要求项目组组长绘制好任务关系图，在甘特图中做好时间节点分配。

（四）基于CDIO设计实践模板的核心能力量化指标评分表

基于IEET工程认证的12项核心能力要求能满足绝大多数课程培养的评价，然而其核心能力指标比较主观，在实际评分过程中，存在难以量化的不足[7]。本课程根據机电一体化技术的应用型人才培养方向制定CDIO实践模板，有的放矢地匹配核心能力指标，也根据核心能力指标配置CDIO模板内容，从而构建出基于CDIO设计实践模板的机械专业核心能力量化评分表（见表3）。限于篇幅，本文只列举其中一个核心能力。

核心能力9：能够在团队中承担个体角色，具有团队合作的能力。评分点分为在团队中承担个体角色与团队合作能力，权重均为0.05。对核心能力要点评分主要根据甘特图和组员评价细分为4个档次，从而实现进一步的精准客观评价。

（五）答辩路演展示环节

答辩路演展示环节是整个实践过程中非常重要的环节，从流程上，可检查推进学生的设计实践进度；从技术上，可给予指导老师与学生面对面交流及组员间相互学习的机会；从心理上，可让学生基于所付出的努力获得成就感。答辩路演展示环节至少分三个阶段，即开题答辩、中期答辩与结题答辩。答辩会上，项目团队制作好汇报PPT，讲解设计过程、展示设计成果、提出所遇到的困难等。PPT答辩汇报时，可采取团队成员同时上台、组员根据各自任务分工进行分时讲解的模式。答辩路演展示环节根据实际情况需要，可线上或线下增加答辩次数。

四、结语

在 IEET工程认证指引下，本文根据顶石课程的核心思想，探讨了面向机械专业所开设的产品综合设计与实践顶石课程的教学设置与实施过程。本文提出可科研产出与竞赛获奖的选题方向，结合企业自动化机械设备开发流程与CDIO模式构建出实践报告模板框架，引入甘特图进行项目进度可视化管理，并进一步细分和量化核心能力评分表。通过这些举措，为即将毕业的学生提供实战性锻炼与检视自身能力的机会。本课程教研团队将跟踪统计修过该课程的毕业生的反馈与建议，逆向完善该课程的教学实践举措。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 陈仁， 谢嘉宁， 陈国杰， 等. 基于成果导向教学理念的Capstone课程建设探究[J]. 佛山科学技术学院学报： 自然科学版， 2020， 38（5）：6-11.

[2] SIIN M Y Z，NAMASIVAYAM S N，FOULADI M H， et al.Utilisation of the conceive?design?implement?operate framework in a mechanical engineering capstone project[J].International journal of mechanical engineering education，2020，48（1）：32-54.

[3] MICHEL F C ，GUIDA B .Teaching process design in a multidisciplinary capstone design course[J].The Canadian journal of chemical engineering，2021，99（10）：2173-2185.

[4] 张伟，柳玉辉，王丽云.CDIO模式下的压顶石项目设计与实施[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2017，35（2）：220-227.

[5] 庄宏，陈忠，唐文献，等.CDIO项目式教学研究与设计：以面向工程教育专业认证的工程图学课程为例[J].大学教育，2019（3）：18-21.

[6] SHIBUYA M ，CHEN X B. Production planning and management using Gantt charts[J].Journal of mechanics engineering and automation，2021（3）：68-76.

[7] SASIPRABA T ，NAVAS R K B，NANDHITHA N M， et al.Assessment tools and rubrics for evaluating the capstone projects in outcome based education[J].Procedia computer science，2020，172（C）：296-301.

［责任编辑：周侯辰］