基于CDIO的機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群新體系研究

潘 越，徐 輝，高瑞貞

（河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

基于CDIO的機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群新體系研究

潘 越，徐 輝，高瑞貞

（河北工程大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

CDIO工程教育模式正是近年來國際工程教育改革的最新成果，但在整個課程體系建設(shè)中實施CDIO培養(yǎng)模式的研究很少，基于CDIO人才培養(yǎng)理念的機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群新體系，將專業(yè)方向課以項目設(shè)計為核心作為一個課程群實施整體性建設(shè)，圍繞項目實施主線設(shè)計教學(xué)流程，創(chuàng)新教學(xué)模式和考評機(jī)制，取得了良好的教學(xué)效果。

CDIO；機(jī)械設(shè)計；課程群；體系

CDIO工程教育模式正是近年來國際工程教育改革的最新成果[1]。CDIO(Conceive構(gòu)思—Design設(shè)計—Implement實現(xiàn)—Operate運作)是以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體, 體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運行改良乃至終結(jié)廢棄的生命全過程。CDIO培養(yǎng)模式強(qiáng)調(diào)是以項目設(shè)計為載體，所有需要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容都圍繞項目設(shè)計這個核心。有利于改善當(dāng)前工程教育中存在的重理論輕實踐的現(xiàn)狀，重點將個人的、社會的和系統(tǒng)的制造技術(shù)和基本原理相結(jié)合。使之適合工程學(xué)的所有領(lǐng)域。不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)科理論知識，還能提高學(xué)生的終生學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊交流能力和大系統(tǒng)掌控能力。由于 CDIO模式的基本原理簡單，有很強(qiáng)的可操作性和廣泛的適應(yīng)性。近年來，在各高校中廣泛試行。

在已開展的CDIO課程改革研究中，CDIO標(biāo)準(zhǔn)改革評價和實施指南已形成，針對于某一門課程實行的CDIO模式教學(xué)方法的改進(jìn)也得到探索和應(yīng)用。但在整個課程體系建設(shè)中實施 CDIO培養(yǎng)模式的研究較少。而一個項目設(shè)計往往不是靠一門課程所能解決，而是需要一個系列的課程群來實現(xiàn)[2]。因此，我校開展了基于 CDIO理念的機(jī)械設(shè)計專業(yè)課程群建設(shè)，旨在將項目實施的主線貫穿課程教學(xué)的全過程，以課程群的方式將全部專業(yè)核心課程有機(jī)結(jié)合起來，避免相關(guān)課程之間的重復(fù)，學(xué)生能以多元因素合理聯(lián)想的方式掌握專業(yè)知識。

一、以項目設(shè)計為核心的課程群構(gòu)建

機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課是在基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)置的,目的是使學(xué)生掌握更為系統(tǒng)的設(shè)計理念和較為現(xiàn)代的設(shè)計技術(shù)手段,具備一定的機(jī)械工程設(shè)計能力。

為解決機(jī)械設(shè)計專業(yè)課程教學(xué)中原各門課程自成體系、對象單一與知識零碎割裂，不能有機(jī)聯(lián)系和綜合應(yīng)用的弊端。此次課程設(shè)置改革將專業(yè)方向課作為一個課程群實施整體性建設(shè)，重新建立了課程結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)容，按照其在培養(yǎng)學(xué)生知識能力結(jié)構(gòu)中的任務(wù)和作用，進(jìn)行了功能結(jié)構(gòu)劃分，加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)聯(lián)系，避免空白和重復(fù)，確定取舍，強(qiáng)化了不同課程間的互補(bǔ)和整合，實現(xiàn)了連貫而完善的新型課程體系。

在機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群的教學(xué)內(nèi)容上，要涵蓋“系統(tǒng)的設(shè)計思維、創(chuàng)新的設(shè)計理念、現(xiàn)代的設(shè)計方法、具體的設(shè)計實踐”這幾方面的教學(xué)訓(xùn)練。在課程群設(shè)置上，選擇了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計與制作、優(yōu)化設(shè)計與Matlab、有限元分析與Ansys、虛擬設(shè)計與裝配等五門課程。機(jī)械設(shè)計課程群教學(xué)計劃進(jìn)程表如表1所示。

通過對機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計、虛擬設(shè)計和現(xiàn)代設(shè)計方法等這幾門主修課程的內(nèi)容和體系進(jìn)行整合重組，并融入了Matlab、Ansys等相關(guān)熱門應(yīng)用軟件知識，使學(xué)生在系統(tǒng)交叉的學(xué)習(xí)進(jìn)程中，既可以學(xué)習(xí)系統(tǒng)的專業(yè)理論，又可以實時了解學(xué)科前沿發(fā)展動態(tài)，掌握了先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，結(jié)合專業(yè)課程設(shè)計項目的實施和適時的綜合考核，使學(xué)生具備面向?qū)嵺`的完整的綜合設(shè)計能力。

二、以項目實施為主線的教學(xué)流程設(shè)計

在本次課程改革中，除將課程群內(nèi)五門主修專業(yè)方向課程，進(jìn)行了內(nèi)容整合和重組，同時針對CDIO模式下的人才培養(yǎng)目標(biāo)，將項目實施的主線貫穿于課程教學(xué)的全過程。機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群教學(xué)流程見圖1：

表1 教學(xué)計劃進(jìn)程表

圖1 機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群教學(xué)流程圖

機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群以產(chǎn)品設(shè)計項目命題作為教學(xué)的載體，按項目實施的需要安排課程教學(xué)；合理劃分學(xué)時與授課進(jìn)程，學(xué)生則以多元因素合理聯(lián)想的方式掌握專業(yè)知識。

在課程教學(xué)初期向?qū)W生布置設(shè)計題目，在課程的教學(xué)過程中有意識地結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計題目進(jìn)行授課、實驗和布置課下練習(xí)作業(yè)。隨著機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計與制作課程教學(xué)的結(jié)束，學(xué)生完成項目的方案設(shè)計；隨著優(yōu)化設(shè)計與Matlab、有限元分析與Ansys、虛擬設(shè)計與裝配等課程教學(xué)的結(jié)束，學(xué)生完成項目的初步設(shè)計

在課程群教學(xué)全部結(jié)束后，進(jìn)行兩周產(chǎn)品設(shè)計集中訓(xùn)練，任課教師聯(lián)合指導(dǎo)學(xué)生在初步設(shè)計的基礎(chǔ)上完成產(chǎn)品設(shè)計，并對設(shè)計成果進(jìn)行評定，對教學(xué)效果進(jìn)行測評和反饋。

三、以“引導(dǎo)教學(xué)”為方向的教學(xué)模式創(chuàng)新

“引導(dǎo)教學(xué)”是指教學(xué)中以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生由“被動”學(xué)習(xí)向“主動”學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，具體而言就是如何引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)知識和能力與實踐中的聯(lián)系；強(qiáng)調(diào)課上教學(xué)與課下學(xué)習(xí)相結(jié)合；引導(dǎo)學(xué)生主動培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

為推進(jìn) CDIO標(biāo)準(zhǔn)的實施進(jìn)程，我們在整個課程群教學(xué)模式上進(jìn)行了系列改革嘗試，包括教學(xué)組織形式的創(chuàng)新，實施了設(shè)計命題集中制定；教學(xué)過程相互銜接；設(shè)計過程聯(lián)合指導(dǎo)；設(shè)計成果統(tǒng)一評定的系列化創(chuàng)新格局。

在設(shè)計項目的命題過程中，提前由課程群主講教師統(tǒng)一討論制定設(shè)計項目計劃任務(wù)書模板和一些設(shè)計項目題目作參考，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合自己的基礎(chǔ)和興趣提交設(shè)計項目題目。

在課堂教學(xué)中，根據(jù)課程的特點，以立足工程的觀念組織講課內(nèi)容，不是單獨地強(qiáng)調(diào)難點和重點，而是將一些知識點整合為各種模塊，采用“集成教學(xué)法”，讓知識點為科學(xué)教育服務(wù)。如虛擬設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計的教學(xué)就將大部分內(nèi)容由分塊方法式講解改為主題式講解；將以分析為主線的體系改為以設(shè)計為主線的新體系；調(diào)整了原有的教學(xué)內(nèi)容模塊，刪減了分析部分的學(xué)時；增加了新型機(jī)構(gòu)的介紹，如開式運動鏈、機(jī)器人機(jī)構(gòu)等。增加了機(jī)械系統(tǒng)運動方案的設(shè)計；加強(qiáng)了對機(jī)械系統(tǒng)的認(rèn)識。

機(jī)械設(shè)計課程群的實驗設(shè)置中，優(yōu)化原有的實驗項目，增加新的實驗的種類和數(shù)量。創(chuàng)建了機(jī)械創(chuàng)新實驗平臺，學(xué)生可以開展自主設(shè)計實驗，然后根據(jù)自己的設(shè)計組裝和搭建實驗對象，完成設(shè)計功能，學(xué)生自己確定需要測量的數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果分析、實驗報告的組織書寫，以加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實驗?zāi)芰Γ囵B(yǎng)實驗興趣，提高動手能力。同時還通過舉辦“機(jī)械創(chuàng)新大賽”等科技創(chuàng)新活動激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新實踐的積極性。

機(jī)械設(shè)計專業(yè)課程設(shè)計[3]主要是鍛煉學(xué)生運用所學(xué)知識進(jìn)行綜合設(shè)計的能力，主要經(jīng)歷方案選擇、傳動能力計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計等過程，涉及了多門課程的內(nèi)容。機(jī)械設(shè)計專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)中，實施導(dǎo)師制和聯(lián)合指導(dǎo)相結(jié)合，專業(yè)課程設(shè)計導(dǎo)師負(fù)責(zé)把握學(xué)生的設(shè)計方向、內(nèi)容、進(jìn)度，所有主講教師面向全體本方向的學(xué)生統(tǒng)一定期安排答疑指導(dǎo)。

四、體現(xiàn)創(chuàng)新價值的課程群考評機(jī)制

按CDIO教育理念要求改革學(xué)生成績考評機(jī)制，在專業(yè)課程設(shè)計完成之后，總成績要結(jié)合學(xué)生的項目進(jìn)度匯報、項目成果、理論知識考核多方面因素進(jìn)行綜合評定?？己艘钥季怼⒃O(shè)計報告、成果答辯相結(jié)合的形式開展。學(xué)生成績考評特別注重了體現(xiàn)學(xué)生項目設(shè)計中的創(chuàng)新價值，提高了創(chuàng)新性在考評成績中的權(quán)重，同時推薦學(xué)生將項目設(shè)計的成果申報專利或參加大學(xué)生創(chuàng)新競賽活動，大大提高了學(xué)生的自主創(chuàng)新意識及設(shè)計興趣。

在首屆河北省大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽中，我院學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計作品“拉伸防護(hù)逃生窗”榮獲大賽一等獎，“防盜、逃生雙用窗”獲大賽二等獎，“纜車式救生擔(dān)架”獲大賽三等獎，另有兩項作品“全地形搜救機(jī)器人”、“折疊逃生通道”獲優(yōu)秀獎。充分展示了我院學(xué)生在機(jī)械設(shè)計、制作和創(chuàng)新方面的實踐工作能力。

五、總結(jié)

通過基于 CDIO人才培養(yǎng)理念的機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群新體系的建設(shè)與研究，將專業(yè)方向課作為一個課程群實施整體性建設(shè)，解決了機(jī)械設(shè)計專業(yè)課程教學(xué)中原各門課程自成體系、對象單一與知識零碎割裂，不能有機(jī)聯(lián)系和綜合應(yīng)用的弊端。以項目實施為主線的課程群教學(xué)流程設(shè)計，讓學(xué)生將課程學(xué)習(xí)和項目實施緊密聯(lián)系起來，帶著問題去學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性。以“引導(dǎo)教學(xué)”為方向的課程群教學(xué)模式創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生由“被動”學(xué)習(xí)向“主動”學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，通過靈活多樣的教學(xué)形式調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。體現(xiàn)創(chuàng)新價值的課程群考評機(jī)制，提高創(chuàng)新性在考評成績中的權(quán)重，大大激勵了學(xué)生的自主創(chuàng)新意識。

在課程群建設(shè)過程中，還逐漸完善了理論教材與電子教材相集成的特色教材，建立了一支新型高素質(zhì)的機(jī)械工程設(shè)計的師資團(tuán)隊，同時，涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的學(xué)生科技創(chuàng)新作品。

總之，CDIO人才培養(yǎng)模式在機(jī)械設(shè)計課程群的構(gòu)建、教學(xué)方法的改革中起到了積極的指導(dǎo)作用，也CDIO課程改革提供了一個較為完整的基于CDIO的機(jī)械設(shè)計專業(yè)方向課程群新體系課程群模塊。

[1]林藝真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈爾濱學(xué)院學(xué)報,2008(4):137-140.

[2]張鳳梅. 機(jī)械類(對口)專業(yè)機(jī)械設(shè)計課程群組優(yōu)化的改革與實踐[J].職業(yè)教育研究,2007(3):67-69.

[3]陳鍵,王小群,李威.機(jī)械設(shè)計課程的改革與實踐[J].中國冶金教育,2000(4):159-160.

A new system study of the course group of mechanical design orientation based on the CDIO training concept

PAN Yue，XU Hui，GAO Rui-zhen
（School of Mechanical and Electrical Engineering ,Hebei University of Engineering, Handan 056038,China）

CDIO engineering education mode is the latest achievement which has resulted from the international engineering education reform in recent years. However, there are few studies to conduct the CDIO curriculum training mode in the construction of the entire curriculum implementation. Based on the CDIO training concept,the new course group system in mechanical design orientation sets specialty orientation course as a group course taking project design as the center to carry out an entire construction. And a good teaching effect has been obtained through conducting the teaching process, innovative teaching model and evaluation mechanism around project implementation.

CDIO；design of machinery；course group；system

G642.0

A

1673-9477（2012）01-0127-03

2011-12-16

河北工程大學(xué)教研（重大）項目

潘越(1972-），男，黑龍江雙鴨山人，副教授，博士，研究方向：機(jī)械工程教研。

[責(zé)任編輯 王云江]