基于CDIO理念的機(jī)械基礎(chǔ)課程培養(yǎng)模式研究

摘要：分析了機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和相關(guān)基礎(chǔ)類(lèi)課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，把CDIO工程教育思想“構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作”貫穿于這些課程的教學(xué)和實(shí)踐中，提出了理論、實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)改革方案，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。實(shí)踐證明，通過(guò)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，教學(xué)效果良好，知識(shí)掌握程度得到了提高。

關(guān)鍵詞：CDIO；機(jī)械課程；能力培養(yǎng)；實(shí)踐

作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)樂(lè)（1967-），女，江蘇無(wú)錫人，北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，副教授。（北京 100192）

基金項(xiàng)目：本文系2012年北京信息科技大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012JGYB05）的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）25-0097-02

當(dāng)今社會(huì)對(duì)優(yōu)秀人才的評(píng)價(jià)，已不僅僅局限于其卷面成績(jī)，更看重的是一個(gè)人的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為提高大學(xué)生的能力，許多國(guó)家都把培養(yǎng)創(chuàng)新型人才擺在戰(zhàn)略高度加以重視。

機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)類(lèi)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的工程知識(shí)、創(chuàng)新能力、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和工程系統(tǒng)能力，教學(xué)改革勢(shì)在必行。[l] CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate） 代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行，是一種新型的工程教育模式。[2，3] CDIO工程教育理念是2000年開(kāi)始，歷經(jīng)4年探索，由美國(guó)麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)共同提出的，它強(qiáng)調(diào)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，課程設(shè)置的考慮面向產(chǎn)業(yè)需求，從理論分析和工程科學(xué)分析轉(zhuǎn)向產(chǎn)品創(chuàng)新。CDIO工程教育模式以學(xué)生以主體，從產(chǎn)品構(gòu)思研發(fā)到制造的全過(guò)程出發(fā)，實(shí)現(xiàn)理論課程與實(shí)踐有機(jī)的聯(lián)系。通過(guò)這種方式的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅可以獲得學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù)知識(shí)的能力，而且團(tuán)隊(duì)交流能力、協(xié)作能力和設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品過(guò)程的能力都可以得到很大提高。[4] 因此，借鑒先進(jìn)的CDIO工程教學(xué)理念對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)課程和設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)踐課程進(jìn)行相應(yīng)改革，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中主動(dòng)學(xué)習(xí)，并能使相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程有機(jī)聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到知識(shí)學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)、學(xué)生綜合素質(zhì)提高的目的。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)模式和設(shè)計(jì)模式現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)課程教學(xué)一般以教師講授理論知識(shí)為主，機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程結(jié)束后，有1周或3周的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，課程設(shè)計(jì)題目常選擇通用機(jī)械的傳動(dòng)裝置，主要以插床、牛頭刨床、齒輪減速器、典型機(jī)械等機(jī)械傳動(dòng)裝置為主，畢業(yè)設(shè)計(jì)題目可以根據(jù)教師自己的研究方向和課題而定。這些設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)，包括傳動(dòng)方案分析、電動(dòng)機(jī)選擇、各級(jí)傳動(dòng)比分配以及計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)；傳動(dòng)零件、軸、軸承、聯(lián)軸器等零件的設(shè)計(jì)計(jì)算、選擇和校核；一般零件的設(shè)計(jì)；繪制零件圖及裝配圖。設(shè)計(jì)時(shí)學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下按給定的傳動(dòng)方案或自行設(shè)計(jì)的方案完成設(shè)計(jì)。

這些設(shè)計(jì)類(lèi)實(shí)踐課程在教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計(jì)過(guò)程中缺少各種可行方案比較，學(xué)生只了解給定的設(shè)計(jì)方案，而對(duì)其他方案缺乏分析、選擇的過(guò)程，而且還存在著重理論、輕實(shí)踐的現(xiàn)象，因此造成學(xué)生在課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及今后的實(shí)際工作中，分析解決實(shí)際工程的能力、設(shè)計(jì)機(jī)械的能力和動(dòng)手能力都較差，更不用說(shuō)創(chuàng)造性設(shè)計(jì)新機(jī)械的能力。如在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了減速器，這方面參考資料較多，學(xué)生基本上可以比較容易地進(jìn)行設(shè)計(jì)，而到了典型機(jī)械設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，如果所給題目的參考資料較少，學(xué)生會(huì)感覺(jué)無(wú)從下手。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)課程的教學(xué)思考與改革

多年來(lái)，機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)在教學(xué)改革、課外科技活動(dòng)、創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面做了大量的工作，但相應(yīng)的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得比較薄弱，如各門(mén)課程所開(kāi)實(shí)驗(yàn)大多數(shù)只做驗(yàn)證性試驗(yàn)，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參加的積極性，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)總是被動(dòng)的。另外，課程設(shè)計(jì)中創(chuàng)新性設(shè)計(jì)內(nèi)容偏少，內(nèi)容簡(jiǎn)單，過(guò)程單一，不能充分發(fā)揮學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生只懂理論或只具備基本動(dòng)手能力，缺乏綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

遵循理論聯(lián)系實(shí)際的原則，借鑒先進(jìn)的CDIO工程教學(xué)理念對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)課程、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行改革，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造的全過(guò)程出發(fā)，將機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)和制造工藝等課程結(jié)合起來(lái)，做到機(jī)械基礎(chǔ)類(lèi)課程的完整性、系統(tǒng)性和綜合性，把創(chuàng)造還給學(xué)生，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中提高創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。通過(guò)課程和設(shè)計(jì)的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生具備在現(xiàn)代工程環(huán)境下賴(lài)以生存和成長(zhǎng)的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、交流溝通能力，力求突出對(duì)學(xué)生工程職業(yè)素質(zhì)、綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，使其適應(yīng)新形勢(shì)下對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

機(jī)械設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)類(lèi)課程改革的內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

1.增加設(shè)計(jì)題目類(lèi)型

學(xué)生可以選擇傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目，比如減速器，也可以選擇自己感興趣的題目。但是在設(shè)計(jì)之初，教師應(yīng)該把握學(xué)生選題的難易程度，不僅具有多樣性、挑戰(zhàn)性，而且應(yīng)使得學(xué)生能夠在一定的時(shí)間內(nèi)制作出來(lái)。設(shè)計(jì)的選題應(yīng)滿足不同層次的學(xué)生要求，使設(shè)計(jì)由模仿變?yōu)樗伎肌：侠戆才旁O(shè)計(jì)內(nèi)容，培養(yǎng)整機(jī)設(shè)計(jì)、制造理念。

2.培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力

將學(xué)生的設(shè)計(jì)工作貫穿到理論教學(xué)的整個(gè)過(guò)程，不是等到理論教學(xué)完成后才統(tǒng)一布置題目，理論設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)踐同步進(jìn)行。學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的同時(shí)，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)撓性傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、鍵、軸、軸承等零件進(jìn)行設(shè)計(jì)或選用。這樣，學(xué)生不僅可以有充分的時(shí)間發(fā)揮創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與積極性。同時(shí)，老師通過(guò)監(jiān)督和指導(dǎo)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題或不合理的設(shè)計(jì)，并督促學(xué)生及時(shí)改正，這樣有利于學(xué)生有充分時(shí)間進(jìn)行思考、設(shè)計(jì)，也贏得更多時(shí)間開(kāi)展下一階段的工作。

3.采用設(shè)計(jì)小組的形式，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

選擇好設(shè)計(jì)題目后，每組2～4名學(xué)生，小組成員共同完成一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。每組選出的組長(zhǎng)領(lǐng)導(dǎo)組員構(gòu)思創(chuàng)新方案，協(xié)調(diào)小組項(xiàng)目運(yùn)行情況并及時(shí)糾正存在的問(wèn)題，充分發(fā)揮每個(gè)人的特長(zhǎng)，集思廣益，協(xié)商分配任務(wù)，每一個(gè)學(xué)生提出自己的設(shè)計(jì)方案，并介紹方案的優(yōu)缺點(diǎn)，組長(zhǎng)組織討論，取各成員方案的長(zhǎng)處，避其短處，形成本組的方案，由學(xué)生按照任務(wù)的最終要求設(shè)計(jì)完成，全面有效地解決問(wèn)題，使知識(shí)的掌握更加準(zhǔn)確和深刻。

設(shè)計(jì)制造是在有限的時(shí)間內(nèi)完成一臺(tái)機(jī)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析、零件制造和裝配等。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施的工程化過(guò)程進(jìn)行，鍛煉了學(xué)生工程化思維，充分調(diào)動(dòng)每個(gè)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決問(wèn)題能力、溝通表達(dá)能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，形成協(xié)作意識(shí)，構(gòu)建自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)體系，完成知識(shí)儲(chǔ)備，增強(qiáng)自信心和責(zé)任感，為將來(lái)工作崗位上的工作、學(xué)習(xí)和協(xié)作奠定一定的基礎(chǔ)。

三、工程教育教學(xué)改革實(shí)踐

實(shí)際教學(xué)過(guò)程采用理論和實(shí)踐相結(jié)合方式，教師的身份是指導(dǎo)者，學(xué)生是整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的主體，教師在整個(gè)設(shè)計(jì)制造過(guò)程中隨時(shí)檢查小組的項(xiàng)目運(yùn)行情況并及時(shí)糾正存在的問(wèn)題。

在學(xué)習(xí)機(jī)械原理時(shí)，組織小組和成員討論自己感興趣的題目，常用機(jī)構(gòu)學(xué)習(xí)完成后，學(xué)生提出設(shè)計(jì)方案，對(duì)所提方案進(jìn)行分析比較，確定最后方案，然后對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析，設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)學(xué)生注重整體設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)后，確定各部分尺寸，畫(huà)出裝配總圖、零件圖，對(duì)重要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。學(xué)習(xí)機(jī)械制造工藝后，再考慮零件的制造工藝、成本等問(wèn)題，最后完成零件的制造和整機(jī)裝配，完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程，既能理論聯(lián)系實(shí)際，同時(shí)又可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

圖1是一組學(xué)生設(shè)計(jì)的娛樂(lè)劃船車(chē)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)收集和閱讀文獻(xiàn)資料，整理歸納資料，在此基礎(chǔ)上每人制定出一種方案，通過(guò)小組討論，對(duì)幾種方案進(jìn)行比較，在教師的不斷引導(dǎo)下，學(xué)生能夠主動(dòng)地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際中遇到的問(wèn)題，最終通過(guò)分析比較，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和鏈傳動(dòng)。設(shè)計(jì)中由于采用搖桿主動(dòng)，學(xué)生對(duì)鉸鏈機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)、傳動(dòng)角等概念有了切實(shí)的體會(huì)。設(shè)計(jì)完成后，繪制零件圖，購(gòu)買(mǎi)合適材料，制定零件制造工藝，加工零件，采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件、常用件，小組中每個(gè)學(xué)生各盡其職，團(tuán)結(jié)合作，最后完成整車(chē)裝配。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生不僅掌握了課本上的知識(shí)，而且培養(yǎng)了如何獲取更多知識(shí)的能力，提高了學(xué)生創(chuàng)新的能力與工程實(shí)踐的能力。

參加這項(xiàng)教學(xué)改革的同學(xué)們都認(rèn)為這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)培養(yǎng)他們的設(shè)計(jì)能力、零件加工實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力及自我能力實(shí)現(xiàn)起到了非常大的作用，對(duì)今后的工作也有積極的影響。

四、總結(jié)

遵循“邊研究，邊實(shí)踐，邊實(shí)施”的工作路線，以學(xué)生為主體，知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)并重，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并舉的教學(xué)理念，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的融合，建立理論教學(xué)、工程實(shí)踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)為一體的學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)模式。

基于CDIO工程理念，理論聯(lián)系實(shí)際，采取小組形式充分調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，改變學(xué)生普遍缺乏團(tuán)隊(duì)協(xié)作的狀況，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中實(shí)踐，既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，又增強(qiáng)了自信心和責(zé)任感，是一種教學(xué)手段的創(chuàng)新。通過(guò)這樣的教學(xué)改革，學(xué)生普遍反映知識(shí)掌握程度得到了很大的提高。

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（責(zé)任編輯：王意琴）