基于CDIO的機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)研究與探討

阮紅芳　劉星茹

摘要：本文分析了獨(dú)立學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的問題，并結(jié)合北信學(xué)院應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，提出了基于CDIO工程教育理念對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)的一些探討與建議并加以實(shí)施，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程問題的能力與勇于創(chuàng)新的精神。

關(guān)鍵詞：CDIO理念；應(yīng)用型人才；機(jī)械設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）02-0170-02

CDIO工程教育模式是2000年10月以來，由美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家理工學(xué)院等四所大學(xué)組成的工程教育改革研究團(tuán)隊(duì)提出，CDIO（Conceivingnesis—Designing—Implementing—Operation）即構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行的工程教育理念和以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的CDIO一體化理念。CDIO程教育模式以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的整個(gè)周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)。目前國內(nèi)，汕頭大學(xué)康全禮等人提出了CDIO課程計(jì)劃，鼓勵(lì)多學(xué)科綜合、創(chuàng)造性和創(chuàng)業(yè)精神培養(yǎng)，讓學(xué)生通過自評(píng)、互評(píng)改變對(duì)學(xué)習(xí)和生活的態(tài)度并逐步形成相應(yīng)的工作技能；浙江工業(yè)大學(xué)李紅霞等人基于CDIO工程教育大綱提出了理論力學(xué)教學(xué)改革，強(qiáng)調(diào)了基礎(chǔ)教育應(yīng)與工程教育相結(jié)合，培養(yǎng)工科大學(xué)生自主創(chuàng)新、溝通、協(xié)調(diào)及團(tuán)隊(duì)合作能力，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，取得了良好效果。CDIO工程教育理念中國化的實(shí)踐將成為培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的有效途徑[1]。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、特色鮮明、能夠適應(yīng)市場(chǎng)競爭的本科應(yīng)用型高級(jí)專門人才。結(jié)合學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)，基于CDIO工程教育理念，就機(jī)制專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課機(jī)械設(shè)計(jì)課程，通過研究課程與學(xué)生的特點(diǎn)，探討行之有效的教學(xué)方法，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程問題的能力與勇于創(chuàng)新的精神。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，它的地位與重要性不言而喻。該課程具有綜合性、理論性與實(shí)踐性很強(qiáng)的特點(diǎn)。機(jī)械設(shè)計(jì)課程本身所包含的內(nèi)容比較多，綜合性強(qiáng)，體現(xiàn)在要具備先修多門課程：材料力學(xué)、理論力學(xué)、機(jī)械制圖、機(jī)械原理等，全面學(xué)習(xí)前期相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，才能順利過渡到該課程；其理論性很強(qiáng)，相關(guān)原理的學(xué)習(xí)及重要公式的推導(dǎo)對(duì)大多數(shù)學(xué)生來說有一定難度，課程所涉及的知識(shí)面范圍較廣，各章節(jié)之間看似無必然的聯(lián)系等等；實(shí)踐性體現(xiàn)在通過該課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)之后，要求學(xué)生具有設(shè)計(jì)通用零、部件和簡單機(jī)器的能力，通過為期兩周的課程程設(shè)計(jì)進(jìn)一步強(qiáng)化與檢驗(yàn)所學(xué)的理論知識(shí)，最終為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)及專業(yè)產(chǎn)品和機(jī)器的設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀與問題

北信學(xué)院作為獨(dú)立學(xué)院，大多數(shù)專業(yè)在師資與實(shí)驗(yàn)配備方面都依賴其母體學(xué)校，教學(xué)大綱、教材的選取等沿用母體學(xué)校的，大綱的要求過高與北信學(xué)生特點(diǎn)存在著不適應(yīng)的地方，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；在實(shí)際的教學(xué)過程中，教學(xué)環(huán)節(jié)中缺乏實(shí)踐內(nèi)容，課程的安排往往忽略各課程的銜接關(guān)系，課程與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)條件有待于改善，具體主要有如下方面：

1.課程之間缺乏系統(tǒng)的銜接，教學(xué)大綱要求過高。先修課程的學(xué)習(xí)情況會(huì)直接影響機(jī)械設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)效果，由于好多課程一味壓縮課時(shí)，上課內(nèi)容只能刪減，課程的開設(shè)、內(nèi)容的安排缺乏系統(tǒng)地考慮，使得前后課程關(guān)系、銜接上出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象。學(xué)生在學(xué)習(xí)后一門課的時(shí)候，往往出現(xiàn)前面有些知識(shí)點(diǎn)不清楚；有時(shí)前后課程有重復(fù)的內(nèi)容，易造成時(shí)間的浪費(fèi)。教學(xué)大綱是實(shí)施教育思想與教學(xué)計(jì)劃的基本保證，由于所用的教學(xué)大綱大多沿用母體學(xué)校教學(xué)大綱，要求相對(duì)較高，而我院學(xué)生整體基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，過高的要求起不到實(shí)質(zhì)性作用，很難提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，只能成為擺設(shè)；大綱版本相對(duì)比較舊，教材在不斷更新，新的知識(shí)點(diǎn)在不斷增加，舊大綱體現(xiàn)出跟不上發(fā)展的需要。

2.教學(xué)環(huán)節(jié)中實(shí)踐內(nèi)容的不足。學(xué)院實(shí)驗(yàn)室還在規(guī)劃與建設(shè)中，缺少課程必備的教學(xué)器材，給教學(xué)帶來很大的挑戰(zhàn)，當(dāng)給學(xué)生講通用零部件的結(jié)構(gòu)、組成時(shí)，只能用PPT圖片或畫簡圖的形式講解，由于沒有必備的零部件模型，學(xué)生沒有親自動(dòng)手去拆裝過，理解起來就相對(duì)困難。例如，學(xué)生在做課程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)減速器的設(shè)計(jì)就顯得很抽象、困難，沒有動(dòng)手裝拆過減速器，只見過圖片，有些地方的結(jié)構(gòu)無法設(shè)計(jì)出來，有的同學(xué)即便畫出圖來，也講不出設(shè)計(jì)的原理，更談不上創(chuàng)新。

3.課程與工程實(shí)踐培訓(xùn)未很好對(duì)接。學(xué)院在加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力培訓(xùn)上做了許多工作，不僅要求教師要參加工程實(shí)踐培訓(xùn)，作為職稱評(píng)審、教師考核依據(jù)，學(xué)生必須參加一定時(shí)間工程實(shí)踐，以獲得必需的學(xué)分。但一些技術(shù)含量高的高新企業(yè)、研究所很難接收學(xué)生真正參與它們單位實(shí)踐，大多數(shù)學(xué)生往往參加的是與專業(yè)不太一致的簡單重復(fù)勞動(dòng)，對(duì)課程的學(xué)習(xí)作用不大；生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)間有限，往往是參觀學(xué)習(xí)，又排在機(jī)械設(shè)計(jì)課程結(jié)束后，對(duì)該課程學(xué)習(xí)與課程設(shè)計(jì)無任何影響。

由于各方面的原因，加上獨(dú)立學(xué)院學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)整體薄弱、自覺性相對(duì)較差，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)這門綜合性、理論性相對(duì)較強(qiáng)的課來說，顯得相對(duì)困難，在學(xué)習(xí)方面的積極性不高、興趣不濃厚，最終導(dǎo)致理論知識(shí)不扎實(shí)，實(shí)際動(dòng)手操作能力難提高。

三、機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)的探討與建議

目前各個(gè)學(xué)校、學(xué)科都在強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)、工程教育背景，但硬件設(shè)施不足與投入的力度不夠，工作是做了，口號(hào)是喊了，仍然沒有實(shí)質(zhì)性的效果。實(shí)踐的基礎(chǔ)是理論知識(shí)的完備，必須在抓好理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)教師、學(xué)生的工程實(shí)踐能力培訓(xùn)。由于機(jī)械設(shè)計(jì)本身的特點(diǎn)，充分利用我院有限的教學(xué)資源，基于工程CDIO教育理念，教學(xué)過程中注重學(xué)生工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神培養(yǎng)，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提出如下改革的思路與建議：

1.修訂教學(xué)大綱，靈活調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。以課程群的形式，充分考慮各課程之間相互關(guān)系與銜接情況，對(duì)原來的教學(xué)大綱進(jìn)行系統(tǒng)修訂。結(jié)合學(xué)生的情況與學(xué)院培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)相關(guān)課程的章節(jié)內(nèi)容、學(xué)生的要求及考核評(píng)價(jià)形式做了詳細(xì)明確的說明，對(duì)某些原理、公式要求以“會(huì)用”為尺度，對(duì)其證明與推導(dǎo)過程不過分追求，重點(diǎn)突出學(xué)生靈活應(yīng)用知識(shí)分析、解決問題的能力培養(yǎng)。目前教材琳瑯滿目，必須根據(jù)大綱要求與學(xué)生的特點(diǎn)來挑選適合學(xué)生的優(yōu)秀教材，使教材成為教師授課與學(xué)生課后學(xué)習(xí)的主要參考書之一。

2.加強(qiáng)教師、學(xué)生工程背景培訓(xùn)。由于目前我們的專職教師隊(duì)伍以青年教師為主，缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此加強(qiáng)工程實(shí)踐培訓(xùn)顯得尤為重要。青年教師利用工作之余進(jìn)行與專業(yè)相同或相近的工程背景培訓(xùn)，積累自己在工程實(shí)際中接觸的問題來充實(shí)理論教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實(shí)際案例分析，將課堂理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，使課堂氣氛更加活躍，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性。積極開展與學(xué)校周邊企業(yè)的合作培訓(xùn)，給學(xué)生提供方便、多樣化的工程培訓(xùn)機(jī)會(huì)，學(xué)生可根據(jù)自己的專業(yè)及興趣選擇，也可以自行聯(lián)系合適的單位進(jìn)行工程培訓(xùn)，將所學(xué)的理論運(yùn)用于工程實(shí)踐中，再通過實(shí)踐使得對(duì)某些原理與理論理解更加深刻。

3.充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。學(xué)院實(shí)驗(yàn)室在規(guī)劃與籌建中，隨著逐步分期分批建設(shè)，為機(jī)械設(shè)計(jì)課程購置必備的零部件模型與實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器，將為教學(xué)順利開展與提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力提供有力保障。教與學(xué)的互動(dòng)是實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)的關(guān)鍵。目前，充分利用多媒體進(jìn)行引導(dǎo)與互動(dòng)，在講到傳動(dòng)裝置與軸系零部件時(shí)裝時(shí)，播放相關(guān)視頻、動(dòng)畫取得良好的效果。

4.發(fā)揮好課程設(shè)計(jì)的作用。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)作為實(shí)踐課程，要求學(xué)生在老師的指導(dǎo)下在兩周的時(shí)間里獨(dú)立完成，工作量相對(duì)較大。機(jī)械原理中學(xué)的連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)學(xué)生無法應(yīng)用，致使機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì)課程內(nèi)容脫節(jié)，這兩門課程的課程設(shè)計(jì)分別為機(jī)器方案設(shè)計(jì)和減速器設(shè)計(jì)，致使兩個(gè)課程設(shè)計(jì)脫節(jié)。如何起到預(yù)期效果，值得不斷地研究、探索。為了避免傳統(tǒng)的題目減速器在網(wǎng)上資料應(yīng)有盡有，學(xué)生抄襲不利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，把題目設(shè)計(jì)成包含有減速器的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)與裝置的選擇上，使得設(shè)計(jì)更加靈活，給學(xué)生一定的設(shè)計(jì)空間，鼓勵(lì)他們大膽創(chuàng)新，充分利用機(jī)械原理中所學(xué)的機(jī)構(gòu)，使課程之間自然銜接起來。實(shí)施過程中采用以組為單位，共同討論設(shè)計(jì)方案，在總體方案一致的條件下，每個(gè)同學(xué)的部分設(shè)計(jì)參數(shù)有所不同，來加強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

今后可將課程設(shè)計(jì)題目與工程實(shí)踐相結(jié)合，教師可通過工程拓寬題目內(nèi)容，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)題目比較單一的現(xiàn)狀；學(xué)生可根據(jù)自己的參加實(shí)踐的情況提出感興趣的設(shè)計(jì)題目，鼓勵(lì)大膽創(chuàng)新，從而真正實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的結(jié)合，使學(xué)生走出學(xué)校之前得到充分鍛煉。

基于CDIO工程一體化理念，通過對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)中存在的問題與課程本身特點(diǎn)，并結(jié)合北信學(xué)院人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，進(jìn)行初步研究和探討，對(duì)教學(xué)大綱的修訂、工程實(shí)踐培訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)等提出了一些建議，旨在通過改革，提高教育教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決工程問題的能力與勇于創(chuàng)新的精神，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及今后從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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