以培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的機(jī)械工程系列核心課程教學(xué)改革研究

杜柳青，余永維，周康渠，米林

摘要：培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)型人才是工業(yè)現(xiàn)代化的迫切需求。我校結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)機(jī)械工程系列核心課程的教學(xué)現(xiàn)狀，進(jìn)行了以培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的教學(xué)改革。以完成工程項(xiàng)目的CDIO過(guò)程作為核心課程群設(shè)置或整合、教學(xué)內(nèi)容安排，以及師資和教材建設(shè)的核心，以完成“完整技術(shù)工作”的訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)工程綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，加速學(xué)生從在校生到工程技術(shù)人員的角色轉(zhuǎn)變。已歷經(jīng)機(jī)械工程系累計(jì)4屆學(xué)生的實(shí)踐，取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：工程設(shè)計(jì)；核心課程；CDIO；完整技術(shù)工作；角色轉(zhuǎn)變

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）36-0042-03

一、培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)型人才是工業(yè)現(xiàn)代化的需求

隨著計(jì)算機(jī)、微電子、自動(dòng)控制等技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化正向集成綜合自動(dòng)化過(guò)渡。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù)的綜合應(yīng)用正起著越來(lái)越重要的作用，由于機(jī)械產(chǎn)品及設(shè)備的技術(shù)復(fù)雜性和涉及知識(shí)的交叉性，使得現(xiàn)有的技術(shù)人才難以勝任技術(shù)含量較高的工作。

機(jī)械制造業(yè)是工業(yè)自動(dòng)化的重點(diǎn)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化是工科院校主要專(zhuān)業(yè)，其培養(yǎng)的學(xué)生畢業(yè)后相當(dāng)一部分將直接面向工廠、面向車(chē)間、面向工程應(yīng)用與設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化主戰(zhàn)場(chǎng)。而現(xiàn)有的高等教育人才培養(yǎng)模式長(zhǎng)期采用灌輸式理論教育，且受多種因素制約，學(xué)生對(duì)工程實(shí)際的認(rèn)知較少，綜合運(yùn)用知識(shí)的能力較差。學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入企業(yè)后，由于遇到的實(shí)際工程問(wèn)題通常是隱性的，無(wú)法再像課堂學(xué)習(xí)一樣，根據(jù)已知條件和固有步驟就可得到答案，加上新的科學(xué)技術(shù)成果大量應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，設(shè)備的復(fù)雜性和涉及學(xué)科的交叉性大大提高，使得現(xiàn)階段的高等教育人才培養(yǎng)模式已經(jīng)阻礙了高素質(zhì)工程技術(shù)人才的培養(yǎng)，其培育的紙上談兵型人才已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)代化的需求。因此，各高校工科專(zhuān)業(yè)進(jìn)行以培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的教學(xué)體系改革已經(jīng)迫在眉睫。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工程設(shè)計(jì)能力的內(nèi)涵

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是現(xiàn)代機(jī)械工程師，使學(xué)生接受機(jī)械工程領(lǐng)域的基本知識(shí)和專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，受到機(jī)械工程師基本技能的訓(xùn)練。學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入企業(yè)后，除具備機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一般知識(shí)與能力外，作為現(xiàn)代機(jī)械工程師，還應(yīng)具備以下能力：（1）能夠正確判斷機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的工程實(shí)際問(wèn)題；（2）具備針對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的系統(tǒng)分析能力和解決問(wèn)題的能力；（3）具備機(jī)械制造行業(yè)的工程設(shè)計(jì)、工程開(kāi)發(fā)能力；（4）能適應(yīng)機(jī)械制造行業(yè)涉及學(xué)科的交叉性和復(fù)雜性，具備協(xié)調(diào)與合作能力；（5）具備終生學(xué)習(xí)的能力。

三、機(jī)械工程系列核心課程教學(xué)培養(yǎng)現(xiàn)狀

機(jī)械工程系列核心課程包含機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、電工電子技術(shù)、互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)電傳動(dòng)控制、液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)、數(shù)控技術(shù)等理論課程，以及課程設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。每門(mén)課程的理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)，與相關(guān)課程關(guān)聯(lián)關(guān)系強(qiáng)，在機(jī)械類(lèi)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)中都具有舉足輕重的地位。

以《機(jī)電傳動(dòng)控制》為例，該課程的理論性、實(shí)踐性和綜合性強(qiáng)，涉及動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)、電機(jī)與拖動(dòng)、傳感器、機(jī)床電氣自動(dòng)控制、電力電子技術(shù)、傳動(dòng)控制系統(tǒng)、可編程序控制器等知識(shí)面，關(guān)乎《理論力學(xué)》、《電工電子技術(shù)》、《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》等前期課程，和《金屬切削機(jī)床》、《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》、《液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)》等同期課程，甚至《數(shù)控技術(shù)》、專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等后期課程的關(guān)聯(lián)教學(xué)，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)體系中尤為重要。現(xiàn)有教學(xué)體系中，機(jī)械工程系列核心課程均存在內(nèi)容量大，知識(shí)面廣，教學(xué)以理論為主，實(shí)驗(yàn)為輔的現(xiàn)狀。理論教學(xué)方面，由于原理圖多，文字?jǐn)⑹鲚^抽象，學(xué)生又無(wú)實(shí)物接觸，難以全面了解、掌握機(jī)械工程技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中的內(nèi)涵和精髓，不僅影響了學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，也降低了學(xué)生在今后的工作中不斷學(xué)習(xí)提高的后勁。在工科教學(xué)中尤為重要的實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)，多采用驗(yàn)證型實(shí)踐教學(xué)，且往往由于受控對(duì)象體積大、重量重、價(jià)格高、維護(hù)難等因素，難以大量裝備于實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中無(wú)法感受工程實(shí)踐的趣味性、知識(shí)性和實(shí)驗(yàn)成功后的成就感，在很大程度上挫傷了學(xué)生的積極性，更談不上對(duì)工程設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。對(duì)于教學(xué)另一重要環(huán)節(jié)，即考試，現(xiàn)有的考試方式僅注重于考查具體知識(shí)點(diǎn)的了解或掌握，比較理論化，并不注重與工程實(shí)際的聯(lián)系，往往出現(xiàn)教師為考而教，學(xué)生為考而考、考后即忘的現(xiàn)象，無(wú)助于對(duì)工程技術(shù)人才的培養(yǎng)。

機(jī)械工程領(lǐng)域知識(shí)的復(fù)雜性和交叉性，使得實(shí)際工程問(wèn)題通常是隱性的，學(xué)生畢業(yè)進(jìn)入企業(yè)后，無(wú)法再像課堂學(xué)習(xí)一樣根據(jù)已知條件和固有步驟得到答案，企業(yè)必須投入相關(guān)資源進(jìn)行二次培養(yǎng)，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和高校的人才競(jìng)爭(zhēng)能力都大受影響。因此，工科院校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，針對(duì)機(jī)械工程系列核心課程實(shí)施以培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的課程改革，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題的分析判斷能力、工程設(shè)計(jì)能力和終生學(xué)習(xí)能力是實(shí)現(xiàn)該專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的需要，是適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求的需要。

四、以培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的機(jī)械工程系列核心課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐

我校以培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的機(jī)械工程系列核心課程教學(xué)改革的思路是以培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力為總體目標(biāo)，貫徹以工程項(xiàng)目構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate）全過(guò)程為載體的CDIO高等工程教育理念，打破以理論知識(shí)全面性為原則的專(zhuān)業(yè)課程群設(shè)置方式和課程教學(xué)內(nèi)容安排方式，以完成工程項(xiàng)目CDIO過(guò)程作為課程群設(shè)置或整合、課程教學(xué)內(nèi)容（含實(shí)踐教學(xué)）安排、教學(xué)方法以及師資和教材建設(shè)的核心，系統(tǒng)推進(jìn)教學(xué)改革。一個(gè)典型的領(lǐng)域工程項(xiàng)目（一級(jí)項(xiàng)目），其CDIO過(guò)程所需的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能幾乎可以涵蓋一個(gè)專(zhuān)業(yè)方向甚至一個(gè)專(zhuān)業(yè)的所有課程（含實(shí)驗(yàn)），這就給專(zhuān)業(yè)課程群設(shè)置及其教學(xué)內(nèi)容整合提供了一個(gè)內(nèi)在的“綱”，極大地增強(qiáng)了專(zhuān)業(yè)課程群的整體性。與此同時(shí)，工程項(xiàng)目的實(shí)施流程及各部分工作內(nèi)容也為專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)重點(diǎn)安排提供了有效依據(jù)。以工程項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程來(lái)驅(qū)動(dòng)課程教學(xué)實(shí)施，構(gòu)建真實(shí)的工作場(chǎng)景，以完成“完整技術(shù)工作”的訓(xùn)練并以此來(lái)實(shí)現(xiàn)工程綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，加速學(xué)生從在校生到工程技術(shù)人員的角色轉(zhuǎn)變。解決現(xiàn)有教學(xué)體系中重理論輕實(shí)際、教學(xué)過(guò)程中缺乏工程實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)的引入、教與學(xué)均是紙上談兵等教學(xué)問(wèn)題；解決現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以傳統(tǒng)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生動(dòng)手能力差、綜合分析問(wèn)題能力欠缺，以及現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)置與工廠實(shí)際脫離、與先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用相脫離的現(xiàn)狀，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)與培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)人才目標(biāo)相促進(jìn)；解決現(xiàn)有考試方式“考”老師所“教”、考試內(nèi)容簡(jiǎn)單化、命題標(biāo)準(zhǔn)化等教學(xué)問(wèn)題，真正避免現(xiàn)有教學(xué)制度下，老師教學(xué)生“考”而不是教學(xué)生“學(xué)”和“用”的現(xiàn)狀。endprint

針對(duì)教學(xué)體系改革，建立以能力培養(yǎng)為中心、以工程設(shè)計(jì)為主線的課程教學(xué)體系，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，改革教學(xué)內(nèi)容。如教學(xué)過(guò)程中，以“車(chē)用氣瓶螺紋接口自動(dòng)加工專(zhuān)機(jī)”的完整設(shè)計(jì)工作為主線，給出學(xué)生某企業(yè)待加工氣瓶產(chǎn)品的不同形狀與尺寸規(guī)格、加工精度要求、加工效率與設(shè)備成本要求等參數(shù)，要求學(xué)生直接進(jìn)行該產(chǎn)品加工設(shè)備的設(shè)計(jì)。整個(gè)教學(xué)過(guò)程既圍繞“氣瓶螺紋接口自動(dòng)加工專(zhuān)機(jī)”的實(shí)際工程課題研究，又緊密?chē)@《機(jī)電傳動(dòng)控制》課程各章節(jié)內(nèi)容，注重工程實(shí)際在恰當(dāng)知識(shí)點(diǎn)的引入。如進(jìn)行第二章“機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)”內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，將轉(zhuǎn)矩折算與電機(jī)選擇、專(zhuān)用鉆孔動(dòng)力頭設(shè)計(jì)、車(chē)床變頻器主軸改造等工程實(shí)際案例逐層相結(jié)合，扎實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)思路和能力。教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)引入“三通球閥加工專(zhuān)機(jī)設(shè)計(jì)”、“鋁塑藥品包裝機(jī)改造”、“80噴漆線伺服系統(tǒng)”等相關(guān)工程設(shè)計(jì)實(shí)例貫穿課堂的教學(xué)和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。部分章節(jié)如“繼電器接觸器控制系統(tǒng)”、“PLC控制技術(shù)”等采用了現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)模式，使學(xué)生易學(xué)，老師易教。

在《機(jī)電傳動(dòng)控制》課程教學(xué)改革過(guò)程，共有三條主線：其一，課程自身教學(xué)系統(tǒng)主線；其二，工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)教學(xué)主線；其三，對(duì)相關(guān)課程知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證學(xué)習(xí)的主線。三條主線圍繞工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目主線同步展開(kāi)，最終為學(xué)生的《機(jī)電傳動(dòng)控制》課程服務(wù)。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，在授課教師的帶領(lǐng)下，進(jìn)行了企業(yè)委托項(xiàng)目《氣瓶螺紋接口自動(dòng)加工專(zhuān)機(jī)》的研究與設(shè)計(jì)。因涉及學(xué)習(xí)內(nèi)容多，工作量大，單靠課堂學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能完成。但是由于構(gòu)建了一個(gè)學(xué)生進(jìn)入企業(yè)后真正的現(xiàn)代化生產(chǎn)主戰(zhàn)場(chǎng)，極大地激發(fā)了整個(gè)團(tuán)體的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性。依靠課后大量的資料查閱與學(xué)習(xí)，課堂上再結(jié)合教師對(duì)《機(jī)電傳動(dòng)控制》相應(yīng)章節(jié)的講解與對(duì)該工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路引導(dǎo)，學(xué)生在課程學(xué)習(xí)期間即完成了該項(xiàng)目的工廠調(diào)研、工藝分析、方案設(shè)計(jì)、刀具設(shè)計(jì)等工作，完成了企業(yè)要求的設(shè)計(jì)任務(wù)。并成功申請(qǐng)了發(fā)明專(zhuān)利“氣瓶螺紋接口自動(dòng)加工生產(chǎn)線”1項(xiàng)和實(shí)用新型專(zhuān)利“直動(dòng)式電控疊加溢流閥”、“專(zhuān)用锪車(chē)復(fù)合刀具”等9項(xiàng)，目前均已獲得授權(quán)。由于學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高漲，課后主動(dòng)學(xué)習(xí)時(shí)間大增，在這個(gè)環(huán)節(jié)中扮演重要角色的教師的實(shí)際教學(xué)過(guò)程相對(duì)以往教學(xué)模式輕松。教師更多是扮演“導(dǎo)師”角色，而不是以往的“填鴨式”教學(xué)；學(xué)生通過(guò)實(shí)際的工程設(shè)計(jì)歷練逐步建立和深化了工程意識(shí)與能力，達(dá)到的是雙贏效果的工程設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。同步實(shí)施的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)改革，強(qiáng)調(diào)針對(duì)工程實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)、選型、搭建、調(diào)試的系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)動(dòng)手操作和創(chuàng)造能力，注重該課程與相關(guān)課程的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，注重該環(huán)節(jié)理論與實(shí)踐的聯(lián)系；對(duì)于考試環(huán)節(jié)，不以最后一考來(lái)定輸贏，而以階段性工程設(shè)計(jì)與期末整體性設(shè)計(jì)相結(jié)合，筆試與口試結(jié)合，注重工程設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用方面的考評(píng)。

五、總結(jié)

目前，我?！稒C(jī)電傳動(dòng)控制》課程以培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的教學(xué)改革已經(jīng)實(shí)施了五年，并帶動(dòng)了機(jī)械工程系列相關(guān)核心課程群的教學(xué)改革。由于在改革實(shí)踐過(guò)程中，以工程項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程來(lái)驅(qū)動(dòng)課程教學(xué)實(shí)施，以完成“完整技術(shù)工作”的訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)工程綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，加速了學(xué)生從在校生到工程技術(shù)人員的角色轉(zhuǎn)變。從用人單位反饋情況（兩屆）看，就業(yè)學(xué)生在創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、知識(shí)結(jié)構(gòu)、團(tuán)隊(duì)意識(shí)、崗位適應(yīng)能力等方面較往屆有較高水平的提升。

總之，我們將繼續(xù)積極進(jìn)行改革，密切觀察實(shí)施過(guò)程，冷靜分析成績(jī)和不足，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，期望能為中國(guó)的工程教育改革做些實(shí)事，提供新的改革思路，為培養(yǎng)符合現(xiàn)代企業(yè)要求的工程技術(shù)人才做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊哲民，沈民奮.基于CDIO理念的1級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].高等工程教育研究，2008，（6）.

[2]宋靖華，李喧溪.設(shè)計(jì)類(lèi)課程課堂教學(xué)改革探討[J].高等工程教育研究，2007，（3）.

[3]徐秀英，韓美貴，李中華.高校畢業(yè)生社會(huì)評(píng)價(jià)反饋與教學(xué)適應(yīng)機(jī)制研究[J].高等工程教育研究，2008，（2）.

[4]顧佩華，等.從CDIO到EIP-CDIO：汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式[J].高等工程教育研究，2008，（1）.

[5]眭依凡.培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的呼喚：重構(gòu)大學(xué)人才培養(yǎng)體系[J].中國(guó)高等教育，2008，（19）.

[6]汪霞，呂林海.打破傳統(tǒng)桎梏 變革教學(xué)模式[J].中國(guó)高等教育，2008，（8）.

基金項(xiàng)目：重慶市高等教育教學(xué)改革研究重大項(xiàng)目“以培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力為目標(biāo)的機(jī)械工程系列核心課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐（09-1-005）”；重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“面向培養(yǎng)卓越工程師的機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)師資隊(duì)伍建設(shè)（113079）”重慶理工大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“機(jī)械工程系列核心課程交叉滲透的研究與實(shí)踐（2012010）”。

作者簡(jiǎn)介：杜柳青（1975-），女，重慶理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：機(jī)械工程教學(xué)與科研。endprint