1背景

進入二十一世紀以來，國家對人才培養提出了“提高自主創新能力，建設創新型國家”、“優先發展教育，建設人力資源強國”的戰略目標，并在“辦好人民滿意的教育”、“提高高等教育質量”的戰略思想指導下，實施了一系列的高等學校教學質量與教學改革工程，包括已經實施的本科院校評估工程、質量和品質提升工程。為進一步深化本科教育教學改革，提高本科教育教學質量，國家、教育部先后發文，同時，為推動協同創新，促進高等教育與科技、經濟、文化的有機結合，教育部提出“高等學校創新能力提升計劃”，并對計劃實施提出面向4個方面的意見，即包括面向科學前沿的協同創新中心、面向文化傳承創新的協同創新中心、面向行業產業的協同創新中心、面向區域發展的協同創新中心。教學質量和改革不僅要對接國家政策，契合國家總的戰略目標、戰略思想、指導意見，同時還要對接好區域市場，需要學校根據區域發展定位、生源質量、師資狀況、實驗設備情況來具體實施完成。江漢大學是地方院校，機電與建筑工程學院專業培養目標定位“培養寬基礎、高素質、具有創新精神和實踐能力的高水平工程類人才”。主要培養應用性、實用型人才，著力培養學生實踐能力、創新能力，盡力幫助畢業生縮短承擔實際工作任務的過渡時間。教學質量與品質提升遇到的困難主要還是國家對教育的投入不足，所以在實施模式選擇上需要考慮。產學研培養模式的問題不在于學校能否培養出所需的人才，主要在于國內多數企業動力不足，很難主動與學校對接并將利潤流入學校進行人才培養。所以學校教學質量與改革對教學目標定位所選取服務的產業很重要。同時教改需要依據規律性東西，形成可以持續且循環復制操作的體系，并具有一定的國際視野以適應整個大環境對人才的培養需求。借鑒發達國家的工程教育模式，在原有教學體系基礎上加以調整和改進，具有一定的優越性和可行性。本文主要探討以CDIO（Conceive構思，Design設計，Implement實現，Operate運作）思想為導向，構建CAD教學系統的模式、提出優化方法和實例。

2CDIO教學模式

2.1理念分析

根據當前對工程人才培養的社會需求，當前國際主流為全面工程教育理念。因為現代科學技術和工程問題不再是局限于單一學科的問題，這里面有現代科技、生物技術、信息技術迅猛發展帶來的深層次原因，所以，對現實中問題的解決也不再是傳統方法，需要多學科、多層面和跨時空交流與合作，對人才素質能力培養提出新的要求。CDIO是基于全面工程教育理念的具體實現手段，2004年由4所國際大學組成的跨國研究組合KnutandAliceWallenberg基金會研究探索形成。它是以工程項目為載體對目標群體實施主動性、實踐性、綜合性課程教學方式，主要以“基于項目的教育和學習”為重點，以能力培養為目標。

2.2體系結構

CDIO體系嚴密，并具備全面實施過程和結果檢驗的12條標準。12條標準可以概括為3個方面。

2.2.1課程體系與培養方案

涵蓋標準2、標準3、標準4，主要是課程體系和教學培養方案上要體現和滿足CDIO工程教育模式、思想和方法，體現“寬基礎、高素質”培養要求。

2.2.2項目設計與評估

涵蓋標準5、標準6、標準7、標準8、標準11和標準12，工程項目設計是CDIO實施的主要部分；標準7和標準8主要體現綜合性學習和主動學習；標準11和標準12構成評估體系，包括學習評估和專業項目評估兩個方面。

2.2.3教學理念

涵蓋標準1、標準9、標準10，標準l主要是CDIO教育理念，要求專業目標反映CDIO理念；標準9和標準10主要包括教師基本能力、產品、過程和系統構建能力的提高。

2.3借鑒性分析

2.3.1成熟度分析

CDIO具有完備的能力體系結構和實施檢驗標準，中國教育部2008年前后引進試點，具備一定成熟度。

2.3.2課程體系分析

CDIO對學生跨學科知識和文理并重提出要求，比如創新精神、實踐能力、團隊組織協調與交流能力等。課程體系需針對教學培養方案對學習目標、綜合課程設置、工程類課程設置等做出相應調整，大類培養和專業教育相結合。以項目設計為導線從而有機劃分課程群進而系統地整合課程體系，并以此為核心組織需要學習和掌握的教學內容。可根據CAD教學課程體系調整改進實驗教學體系，增強實驗體系模塊化、層次化和系統化，形成由基礎到高級、由簡單到復雜的項目進階模式，從而使學生在項目完成過程中提高自主學習能力和工程實踐能力，激發學習興趣、求知欲、自信心、探索精神、開創精神和鍛煉團隊精神。

2.3.3教學理念方法與評估分析

主要是在教學方法上體現現代工程教育，由以教師為中心教學轉向“以學生為中心”，可以對過去多媒體開發思路和傳統教案組織方式加以改進。評估體系主要改變原有評估結構適應項目體系結構，可以增加CDIO能力因素評估環節，比如學習經歷、人際關系技巧、系統構建技能、團隊合作知識等，可以利用先進通信技術采用非傳統評價手段。

2.3.4項目設計分析

項目設計是重點部分。項目要求具備綜合性,體現學科知識與工程訓練的融合，同時契合實際，從而實現綜合學習與自主學習過程。可以增加綜合性設計性實驗項目，引入相關企業、研究所實際范例。

3基于CDIO的CAD教學系統構建

3.1課程體系結構調整

基于CDIO的學科課程體系的研究主要體現在圍繞“構思-設計-實現-運作”思路要求，以項目為導引構建課程群。根據項目規模劃分項目層級、明確層級順序和課程時間順序，構建項目魚骨架圖。比如專業課程由單門課程支撐一個三級項目，一組核心課程群支撐一個二級項目，一組二級項目支撐一個一級項目。圖1所示主干顯示包含CDIO全過程的一級項目，由主要核心課程構成。工程制圖及CAD屬于二級項目下的核心課程，CAD系統、CAD/CAM分屬于后續二級項目下課程。

3.2教學理念方法與模式

為了由過去以教師為中心的教學方式轉向“以學生為中心”，同時激發學生學習興趣和自主學習能力，需要對信息的傳達方式和手段優化，這里主要提出3個方面的措施。

3.2.1教學信息邏輯結構圖處理

傳統圖學教學教案設計一般采用辦公處理軟件Word或者PPT對文字信息進行順序加工處理并展示。版式中大量文字以適合傳統閱讀模式的線性形式表述。結合CDIO對培養學習目標群體綜合能力素質方面的要求，探索采取更加符合形象思維訓練和加深知識記憶的方法和手段，并將該方式方法融入教學教案設計表達以及素材開發元件制作的腳本設計中。主要思路為遵循形象創建規律和知識邏輯結構傳遞為主線，對圖學的內容進行并行化處理，并加入思維形式注記，見圖2。首先，將教學內容中適合做并行轉化處理部分篩選出來，選用適當輔助軟件工具對教學內容進行處理，添加思維注記形式如概念型、符號型、類化型、證明型、森林型、賦權樹型等，改變現有教學教案的線性文本結構和屬性，增強重點、關聯、圖像、色彩、視覺節奏、維度等信息，達到強化學習活躍度、增強思維訓練的目的。實現方法是首先針對某一知識點找出主題作為根結點；其次對文本信息內容進行分層，將各層內容關鍵詞作為根結點的主要分支，各層內容依次按先后和重要程度劃分作為分支的子項；再次標識出整體內容中的關鍵要素，標識出各分支內容之間的關聯與區別；最后插入相關圖示作為注釋說明，并調整各元素顏色、粗細、結構等以增強視覺效果表達。在轉化處理過程中應注意首先主題需明確，各層級關鍵詞需經過提煉保持簡明扼要，便于理解和掌握；其次盡量將某一主題內容放置在同一幅面中，而且盡量保證每組的分支數在合理的范圍內，并控制分支之間的密集度，如果內容超出單幅面容納范圍。則可以采取子圖分解的方法加以解決。教學內容中一些具有相似性屬性的圖形信息可以集中分析展示。這里的相似性屬性不僅僅是從邏輯概念或工程圖的內容進行劃分，而且可就工程圖學本身的圖形所具有的審美性加以匯總，這對于提高學習目標群體綜合能力的培養有所裨益。

3.2.2基礎課程輔助教學系統開發

傳統輔助教學系統主要基于Authware、Director等MCAI軟件開發，這類系統根據程序開發者初期擬訂教學思路和教學實施過程編制固定腳本，因此封裝打包后無法修改，存在教學實施中開放性、通用性不強的問題。一方面教學實施者在教學中無法根據實際情況形成個人的單堂課程教案進行個性化施教；另一方面教學實施對象實驗中無法根據自身情況形成個性化學習，比如無法根據自己對計算機操作熟練程度、空間想象能力程度來適時調看相關命令、參照三維實物模型和相關理論知識點。針對上述需求，筆者研究了CAD基礎課程工程制圖數字化立體教學系統。該套系統由專業數字化教學素材庫、多媒體展示系統、網絡展示系統3部分組成。增強個性化修改定制功能，整個平臺系統呈現一種開放式結構。輔助教學多媒體展示系統主要輔助教師課堂教學，利用教學系統開發平臺進行開發并按照一定的框架結構集成所有制作元素。教師可根據實際情況引用素材庫內資源比如數字教案、數字化掛圖、平面工程圖、數字三維模型、動畫等形成個性化教案進行教學講解，可以根據前述CDIO理念以及便于項目化教學需要來組織教學內容，把抽象的教學內容轉化為易于接受、形象直觀的圖像、動畫、虛擬模型，解決傳統教學對于教學重難點突出不夠、表達效果差等問題。網絡展示系統主要用于輔助學生自主學習與測試，學生通過網絡隨時調用庫內矢量模型實時拖曳、動態觀察、動畫放縮不失真、易于控制播放，調用自動繪圖命令講解動畫學習計算機繪圖方法；網絡習題集涵蓋理論重難點、提供實時自測和正誤判斷，便于學生自由學習、深化鞏固知識。整個系統設計過程可以劃分為以下幾個階段，首先針對工程制圖具體內容綜合利用多媒體技術構建資源庫內各分類單元的元素素材收集、設計與初步制作；其次根據使用目的和場合要求搭建展示平臺框架；然后將各分類單元元素分別集成于開放平臺下，形成滿足本地和網絡化展示應用；再次根據CAD具體內容完成基礎部分內容設計，可以與工程制圖結合，融入前述系統中。整個系統進行測試并投入運行，使用情況好，其方法和系統平臺也適用于其他課程移植，便于實施開展開放式、自主性、個性化的教學。

3.2.3信息反饋和評估

建立非傳統評價體系，激勵學生將被動學習轉化為主動學習。教學信息反饋和評估采取動態方式，包括實驗教學部分以及后續綜合項目部分，可以充分利用網絡和現代交流工具如QQ、微信等動態收集信息；所有項目實施采用開放性實踐方式面向高年級學生開展，分小組按批次對學生實施。同時增加非傳統評價環節，比如綜合項目中對整個過程中的圖書館資料查閱、方案設計和選擇、具體實施和運行、總結和歸納的各環節進行評價，成績構成由各環節成績按百分比組成。實施過程中以學生為主、教師為輔，教師就學生設計實施中提出的問題開展分析討論，引導學生獨立思考，提出解決方案，以達到鍛煉提高學生解決問題能力的目的。最后以書面總結的方式按小組形成報告，通過小組答辯形式綜合確定成績。

3.3綜合項目設計

3.3.1設計目標意義

學生在掌握CAD基本知識和理論后，可以通過CAD綜合性實踐項目獲得綜合素質提高，達到深化知識、了解科研程序的目的，從而調動學生主動學習、鉆研科學的興趣，培養獨立思考、善于創造、綜合運用知識的能力。筆者曾就利用在研究課題結合實際工程問題項目方案做過相關討論，本文就CDIO中增強人文素質培養和綜合素質培養方面對綜合項目設計做進一步改進，以期增強綜合項目的多元性和復合性，培養學生開闊視野、創新探索、多角度分析解決問題的能力。

3.3.2項目設計內容

方案主要內容為創意平面圖形設計。利用已有的平面圖形繪制基本軟件完成創意圖形。平面設計軟件選用矢量圖形軟件，如AutoCAD、Coreldraw、Fireworks等。要求設計圖形具有一定品味、色彩配比合理、反映創意人獨有特征，具備材料運用對象并可以加工為相應的藝術品，有一定珍藏價值。運用AutoCAD、Flash完成，適于紡織品材料，可作為年節禮品。將民間有關福祿壽的相關紋樣用于基本形構造，整體圖案可以應用于木板雕刻、建筑裝飾鑲嵌或其他諸如藝術玻璃鑲嵌工藝。為運用AutoCAD完成秦騎馬傭平面圖形設計，該圖案可以應用于木板雕刻，作為旅游紀念品具有收藏價值。

4結語

教與學是教師與學生之間知識傳達的互動過程，傳達的內容不僅僅局限于科技內容、綜合素質或創新能力等的培養，還涉及思維和心理方面的訓練。借鑒發達國家已有并較成熟系統培養模式具有一定的可行性，通過對已有體系加以改進、同時增加綜合素質和創意元素培養，不僅達到深化CAD課程內容的目的，還使學生獲得其他能力鍛煉，對適應當前或未來復雜多變的競爭環境、提升學生個體學習滿意度和價值認可具有現實意義。整個系統對提高CAD教學質量具有參考價值。

作者：胡珺 萬宇杰 蔡敢民 單位：江漢大學機電與建筑工程學院