基于CDIO理念的“機(jī)械原理”課程教學(xué)改革研究

姚敏娟 辛紹杰

【摘 要】本文闡述CDIO理念在“機(jī)械原理”課程教學(xué)的應(yīng)用，以項(xiàng)目為主線、貫徹CDIO教學(xué)模式的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作四個(gè)環(huán)節(jié)，把應(yīng)達(dá)到的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)融入到項(xiàng)目教學(xué)中，對(duì)課程的綜合考核實(shí)施提出了一些改革的策略和方法。

【關(guān)鍵詞】CDIO；項(xiàng)目構(gòu)思；項(xiàng)目設(shè)計(jì)；項(xiàng)目評(píng)價(jià)；課程考核

前言

以知識(shí)傳授為主導(dǎo)的“機(jī)械原理”課程教學(xué)方法制約了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性及其創(chuàng)新潛能的發(fā)揮，往往學(xué)生在碰到具體工程問題時(shí)就不知所措，自己不能分析問題并解決問題。因此，如何在課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，是本課程教學(xué)急待解決的問題。

CDIO即代表構(gòu)思（Conceive）-設(shè)計(jì)（Design）-實(shí)現(xiàn)（Implement）-運(yùn)作（Operate），其教育理念的核心是培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人學(xué)習(xí)能力、合作能力、創(chuàng)新能力四個(gè)層面的能力。將教學(xué)內(nèi)容與工程緊密聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力，滿足社會(huì)對(duì)工程人才知識(shí)結(jié)構(gòu)和素質(zhì)能力需求的新型課程教學(xué)模式是解決當(dāng)下工科高校人才培養(yǎng)中出現(xiàn)的重理論教學(xué)輕實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生眼高手低理論聯(lián)系實(shí)踐能力不強(qiáng)和自主學(xué)習(xí)能力差等問題。CDIO教育模式倡導(dǎo)在職業(yè)環(huán)境下根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)和能力培養(yǎng)體系，采用教學(xué)做一體化方式，通過以實(shí)際項(xiàng)目為載體的教學(xué)任務(wù)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的基本理念和方法。強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的項(xiàng)目中“做中學(xué)”、“學(xué)中做”，更加強(qiáng)調(diào)在真實(shí)的職業(yè)環(huán)境中開展教學(xué)，培育人才。

一、基于CDIO理念的“機(jī)械原理”課程教學(xué)改革實(shí)踐措施方法

以項(xiàng)目為主線，把應(yīng)達(dá)到的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)融入到項(xiàng)目教學(xué)中，其項(xiàng)目分為三級(jí)，一級(jí)項(xiàng)目以章節(jié)的主要知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)置，項(xiàng)目的題目及要求由老師根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)置，學(xué)生必須根據(jù)所給定項(xiàng)目的要求，采用CDIO的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)-運(yùn)作完成項(xiàng)目。例如：凸輪機(jī)構(gòu)廓線設(shè)計(jì)，學(xué)生拿到題目后首先“構(gòu)思”該一級(jí)項(xiàng)目可以由兩種方法完成：1.圖解法，采用按比例作圖的方法獲得凸輪的廓線；2.解析法，采用數(shù)學(xué)建模并利用計(jì)算機(jī)編程最后得到凸輪的廓線。再根據(jù)自己所選擇的方法“設(shè)計(jì)”制定廓線設(shè)計(jì)的路線方法，步驟，最后得到設(shè)計(jì)結(jié)果：圖解法繪制的廓線和解析法獲得的廓線，“實(shí)現(xiàn)”完成本項(xiàng)目。由老師最后打分評(píng)價(jià)項(xiàng)目完成的優(yōu)劣。完成課題的“運(yùn)作”。一級(jí)項(xiàng)目由教師設(shè)定項(xiàng)目并由學(xué)生單獨(dú)完成。二級(jí)項(xiàng)目一般以章為單位進(jìn)行設(shè)置，例如連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等，對(duì)于二級(jí)項(xiàng)目題目的選擇，學(xué)生可以選擇老師給定的題目，也可自行擬定項(xiàng)目，只要最終能達(dá)到項(xiàng)目要求。完成對(duì)項(xiàng)目的‘構(gòu)思-‘設(shè)計(jì)-‘實(shí)現(xiàn)，最后由老師作出評(píng)價(jià)，完成項(xiàng)目的‘運(yùn)作環(huán)節(jié)。三級(jí)項(xiàng)目一般放在課程的后半段實(shí)施，由學(xué)生自行構(gòu)思設(shè)計(jì)一裝置，至少包含學(xué)過的兩個(gè)或以上機(jī)構(gòu)，并要求來源于工程實(shí)際，以小組形式合作共同完成。為了確保各級(jí)項(xiàng)目的順利完成，項(xiàng)目設(shè)置的難度把控就尤為重要，在每一級(jí)專項(xiàng)目都必須提供足夠的樣例示例，以各種方式進(jìn)行展示：多媒體、動(dòng)畫、實(shí)物等，并在相應(yīng)的項(xiàng)目完成階段提供足夠的資料查詢和必要的輔導(dǎo)。使學(xué)生循序漸進(jìn)，從易到難完成課程要求的各級(jí)項(xiàng)目，最后完成項(xiàng)目目標(biāo)。對(duì)于三級(jí)項(xiàng)目，項(xiàng)目的‘實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)除需要完成項(xiàng)目報(bào)告外，必須提供項(xiàng)目模擬樣機(jī)，考慮到實(shí)際的可操作性，一般要求學(xué)生采用計(jì)算機(jī)技術(shù)通過及建模軟件來實(shí)現(xiàn)。

二、課程綜合考核方法的改革與實(shí)踐

為了使項(xiàng)目教學(xué)有效的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力，傳統(tǒng)的以“知識(shí)量化記憶考察”為主的、期末閉卷單一的考核方法必須改變，采用課堂參與度、課程實(shí)驗(yàn)、課外項(xiàng)目和期末考試相結(jié)合的全方位多元化綜合考核方法（如表1），具體基于CDIO理念的“機(jī)械原理”課程教學(xué)考核的辦法如下。

（一）學(xué)習(xí)態(tài)度及基礎(chǔ)能力的課堂參與度考核

端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)像兼具理論性、系統(tǒng)性及工程實(shí)踐性的機(jī)械原理課程教學(xué)目標(biāo)的有效保證。出勤率10分，缺勤扣1分∕1次，缺勤超過總課時(shí)1∕3者，取消課程考評(píng)資格；作業(yè)5分，有教師綜合評(píng)定；課堂問題回答5分，有教師根據(jù)每位學(xué)生的課堂回答問題等表現(xiàn)綜合評(píng)分。考核標(biāo)準(zhǔn)公開，通過這種方法考核計(jì)算學(xué)生的平時(shí)成績(jī)，方法較客觀，可操作性強(qiáng)。

（二）課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的考核標(biāo)準(zhǔn)

課內(nèi)實(shí)驗(yàn)主要訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。總分10分，最后由實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成情況及實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況綜合評(píng)定，為保證每位學(xué)生都能得到基本實(shí)驗(yàn)動(dòng)手技能的訓(xùn)練，規(guī)定若未完成實(shí)驗(yàn)或未交實(shí)驗(yàn)報(bào)告者取消課程考評(píng)資格。

（三）課外項(xiàng)目的考核驗(yàn)收

課程中的一級(jí)及二級(jí)子項(xiàng)目要求每位學(xué)生獨(dú)立完成，考核分值為20分，以項(xiàng)目報(bào)告形式提交教師評(píng)閱。三級(jí)項(xiàng)目以小組形式進(jìn)行，小組成員間必須有明確的分工協(xié)作，嚴(yán)禁不勞而獲，濫竽充數(shù)。項(xiàng)目完成后提交研究報(bào)告，并組織3～5位任課教師進(jìn)行項(xiàng)目答辯，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)分。考核分值為20分，答辯小組根據(jù)項(xiàng)目小組的分工不同針對(duì)性進(jìn)行給分，主要從項(xiàng)目匯報(bào)、問題回答及項(xiàng)目程序演示多角度綜合評(píng)分。重點(diǎn)考核學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)對(duì)工程實(shí)際問題的分析解決能力，創(chuàng)新開發(fā)能力、自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、交流溝通等能力。

（四）課程基本知識(shí)考核

期末考試重點(diǎn)考核學(xué)生對(duì)課程的基本知識(shí)、基本理論、基本技能掌握情況。具體包括機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、力分析；常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)及輪系。采用閉卷筆試的方式進(jìn)行，題型包括填空題、是非題、選擇題、計(jì)算題、作圖題及問答題等多種題型。

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[4]王知行.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：

姚敏娟 （1970—）女，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院，講師，碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。

辛紹杰 （1963—）男，上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院，教授，博士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、機(jī)器人技術(shù)。