CDIO模式下機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程改革與實(shí)踐的研究

摘 要：基于CDIO理念，以機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程體系為載體，旨在通過機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革，強(qiáng)化工程理念，激發(fā)學(xué)生參加各類工程實(shí)踐活動的熱情，進(jìn)而探索一條“集工程知識、能力和素質(zhì)于一體、實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)無縫對接”的在“CDIO做中學(xué)”教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程 CDIO 教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4914（2015）06-235-02

高等學(xué)校肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供技術(shù)人才的重任，是集國家知識創(chuàng)新和知識傳播于一體的重要陣地。以培養(yǎng)具有持續(xù)創(chuàng)新能力為己任的高等教育，必將為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國家軟實(shí)力的提升提供堅(jiān)實(shí)的人才基礎(chǔ)。

改革開放30多年來，“中國制造”以價(jià)廉、量大迅速占據(jù)國際市場，在一片衰敗的經(jīng)濟(jì)中一支獨(dú)秀，連續(xù)多年保持中國經(jīng)濟(jì)快速增長的強(qiáng)勢勁頭，以后來居上的強(qiáng)者風(fēng)范接連追趕法、英、德、日，成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體。但以低技術(shù)含量、粗放型經(jīng)濟(jì)增長模式為代價(jià)的經(jīng)濟(jì)繁榮，在展現(xiàn)綜合國力強(qiáng)勢上升的同時(shí)，也使我國飽償了犧牲環(huán)境和能源所帶來的沉重代價(jià)。

實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，構(gòu)筑“強(qiáng)國夢”，必需具有創(chuàng)新型的原創(chuàng)設(shè)計(jì)，擁有高素質(zhì)、創(chuàng)新能力的工程類人才，是中國成為高科技含量的“機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)國”的不竭動力；中國設(shè)計(jì)必然要經(jīng)歷一次脫胎換骨的質(zhì)的飛躍，即從最初的仿照設(shè)計(jì)向創(chuàng)新設(shè)計(jì)過渡，進(jìn)而完成擁有知識產(chǎn)權(quán)的原創(chuàng)設(shè)計(jì)，從而進(jìn)級具有高技術(shù)含量的“機(jī)械制造強(qiáng)國”。

基于CDIO理念，以機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程體系為載體的課程改革，旨在通過機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革，強(qiáng)化工程理念，激發(fā)學(xué)生參加各類工程實(shí)踐活動的熱情，進(jìn)而探索一條“集工程知識、能力和素質(zhì)于一體、實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)無縫對接”的符合時(shí)代需求的工科人才。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程的內(nèi)涵

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate），其源于杜威的“做中學(xué)”思想，將實(shí)踐教育融于與理論教育中。其重要性在于提供了一個(gè)很好的框架和理念，使學(xué)生能夠以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程{1}。體現(xiàn)了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思、研發(fā)到運(yùn)行改良乃至終結(jié)廢棄的生命全過程{2}。

機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程在機(jī)械學(xué)科整個(gè)教育進(jìn)程中，肩負(fù)著培養(yǎng)具有時(shí)代需求原創(chuàng)性設(shè)計(jì)能力的機(jī)械設(shè)計(jì)人才的重任。機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程是指《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》及《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測基礎(chǔ)》等課程，在機(jī)械大類培養(yǎng)中肩負(fù)著構(gòu)思（Conceive）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析、動力學(xué)分析，利用強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則將機(jī)械方案中的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成零、部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （Design），進(jìn)而對滿足互換性生產(chǎn)的零、部件實(shí)施（Implement）精度設(shè)計(jì)，最終運(yùn)行（Operate）的結(jié)果是可加工的機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙。因而機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程在機(jī)械設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式中，是踐行CDIO工程理念從最初的產(chǎn)品構(gòu)思到最后機(jī)器成品運(yùn)行的過程的最好詮釋和最佳實(shí)施載體。

二、“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)體系”傳統(tǒng)教學(xué)的弊端

機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程在教學(xué)環(huán)節(jié)中由理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)組成。理論教學(xué)在高等教育中承載厚重理論基礎(chǔ)的作用，實(shí)踐教學(xué)在于檢驗(yàn)理論教學(xué)的同時(shí)又拓展了理論教學(xué)的內(nèi)涵，因而在教學(xué)環(huán)節(jié)中占據(jù)著理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合而又相互促進(jìn)的重要地位，是學(xué)生從簡單的基礎(chǔ)認(rèn)知上升到復(fù)雜的綜合運(yùn)用、從知識的原始積累到工程能力不斷提升的過程，也是激發(fā)學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)。但在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程體系教學(xué)過程中，“重理論、輕實(shí)踐”導(dǎo)致高校過分關(guān)注理論基礎(chǔ)，應(yīng)試教育的結(jié)果，割裂了理論與實(shí)踐之間的關(guān)系，造成學(xué)生只關(guān)注考試內(nèi)容，忽視工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐，加劇工程教育科學(xué)化趨勢愈演愈烈。高等教育對工程技術(shù)人才的培養(yǎng)嚴(yán)重偏離了工程技術(shù)的軌道、出現(xiàn)了理論與實(shí)踐嚴(yán)重的脫節(jié)，所學(xué)知識無法應(yīng)用于工程實(shí)際，在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的諸多環(huán)節(jié)都驗(yàn)證了學(xué)生在工程實(shí)際設(shè)計(jì)中的蒼白：在機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中學(xué)生無法將所學(xué)常用典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到綜合設(shè)計(jì)中；在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)過程中，無法將教材理論內(nèi)容升華到工程實(shí)際運(yùn)用中，比如在傳動系統(tǒng)參數(shù)選擇過程中，單純強(qiáng)調(diào)理論內(nèi)容而不考慮工程實(shí)際，甚至在裝配圖、零件圖中根本沒有機(jī)械精度標(biāo)注的概念。原本關(guān)系密切的三門課程，因?yàn)榉衷诓煌瑢W(xué)期的講解，而被學(xué)生認(rèn)知為彼此獨(dú)立的知識點(diǎn)。學(xué)完全部課程后，即使掌握了相關(guān)理論，而在解決工程實(shí)際運(yùn)用時(shí)卻不知如何下手?！爸乩碚?、輕實(shí)踐”的教育后果，使工程人才的培養(yǎng)偏離了時(shí)代的需求，出現(xiàn)大量畢業(yè)生找不到工作的同時(shí)企業(yè)卻出現(xiàn)嚴(yán)重的用人荒的尷尬局面。在華跨國公司和國內(nèi)科技公司的人才需求調(diào)研結(jié)果，讓所有從事高等教育的人感覺震驚：在數(shù)以千計(jì)的工科院校中，只能從國內(nèi)10～15 所大學(xué)雇傭到合格的工科畢業(yè)生{3}。這就意味著高等學(xué)校在人才培養(yǎng)的模式上有著難推其咎的責(zé)任。倡導(dǎo)CDIO工程理念，重構(gòu)課程體系和課程內(nèi)容，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才是21世紀(jì)高等教育亟待解決的課題。

三、CDIO工程教育模式下機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程的教改措施

基于CDIO教育理念對機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程體系的改革，突出機(jī)械設(shè)計(jì)的構(gòu)思多樣性（綜合性、多解性、再設(shè)計(jì)、創(chuàng)造性等）和機(jī)械設(shè)計(jì)中的共性內(nèi)容{4}。強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法的培養(yǎng)和實(shí)施，是構(gòu)成工程教育中極為重要的一環(huán)，課程內(nèi)容不僅有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、理論性，而且具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。因此機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程在教學(xué)過程中向?qū)W生傳遞的教學(xué)理念，直接關(guān)系到機(jī)械類人才培養(yǎng)的質(zhì)量。采用CDIO理念，將機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程體系內(nèi)容按照構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行四個(gè)層面進(jìn)行課程內(nèi)容設(shè)置，探索教學(xué)內(nèi)容在“CDIO做中學(xué)”的教學(xué)模式，是我們本次進(jìn)行課程體系改革的關(guān)鍵。

1.“構(gòu)思”優(yōu)化課程體系和教學(xué)內(nèi)容。將CDIO教育理念融于課程體系中，將人才培養(yǎng)設(shè)定在CDIO的背景環(huán)境下，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)服務(wù)于工程實(shí)踐。

基于CDIO理念，進(jìn)行課程內(nèi)容整合，幫助學(xué)生建立機(jī)械設(shè)計(jì)課程群的概念。如從機(jī)器的構(gòu)成講起，幫助學(xué)生梳理機(jī)械設(shè)計(jì)系列三門課程在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中所起的功用和在工程實(shí)踐中所扮演的角色，以圖1所示的機(jī)械設(shè)計(jì)課程體系關(guān)系圖講清三者之間、諸多先修課程之間的關(guān)系，建立課程群的概念，讓學(xué)生清楚各門課程體系之間的相互交叉和融合，以及在工程實(shí)踐中所起的作用。通過機(jī)械設(shè)計(jì)課程群的建立，明確理論教學(xué)的最終目的是為工程實(shí)踐中的機(jī)械設(shè)計(jì)服務(wù)的。通過重構(gòu)理論體系，加強(qiáng)課程教學(xué)內(nèi)容對工程實(shí)踐的對接關(guān)系，培養(yǎng)出集工程知識、能力和素質(zhì)于一體、實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)無縫對接的工程人才，重點(diǎn)推動基于工程實(shí)踐的學(xué)習(xí)、基于工程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)、基于工程案例的學(xué)習(xí)等多種研究性學(xué)習(xí)方法，不斷強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

圖1是我們在機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程緒論課中向?qū)W生講解的機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程群之間的關(guān)系圖。

2.“設(shè)計(jì)”教學(xué)方式和教學(xué)方法。傳統(tǒng)機(jī)械原理課程講授過分注重課程體系的完整性，以注重圖解法教學(xué)和單一典型常用機(jī)構(gòu)講解為基礎(chǔ)，而對機(jī)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)特別是機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)涉及較少，對實(shí)用性較強(qiáng)的解析法講解不多，這就導(dǎo)致培養(yǎng)對象在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，只學(xué)會單一機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)并能進(jìn)行相關(guān)分析，而對研究對象整體進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，缺乏機(jī)構(gòu)創(chuàng)新能力和綜合運(yùn)用能力。

因而在機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程講解過程中，基于CDIO工程理念，精心“設(shè)計(jì)”教學(xué)環(huán)節(jié)，給學(xué)生創(chuàng)造融理論于實(shí)踐中的接觸式的學(xué)習(xí)方式，幫助學(xué)生建立認(rèn)知課程體系，通過認(rèn)知課程體系加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論理解和運(yùn)用。從提升學(xué)生創(chuàng)新能力、工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐能力出發(fā)，在理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)三個(gè)方面進(jìn)行課程體系改革，在課堂教學(xué)中增加工程實(shí)際案例，在實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中有目的加入提升創(chuàng)新能力培養(yǎng)因素，使創(chuàng)新能力培養(yǎng)與課堂教學(xué)融于一體，探索出一條集科學(xué)研究與工程能力培養(yǎng)相互促進(jìn)的途徑。

3.“實(shí)現(xiàn)”注重實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。從“提升工程創(chuàng)新意識和強(qiáng)化工程能力為目標(biāo)”的寬口徑、多渠道培養(yǎng)原則出發(fā)，改革實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。在充分把握好第一課堂教學(xué)的同時(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生開辟第二課堂教學(xué)活動，通過參加科研活動、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新大賽，培養(yǎng)學(xué)生在兼?zhèn)鋵I(yè)基礎(chǔ)知識同時(shí)，具有良好的人際溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力。例如在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，由最初教師指定課題轉(zhuǎn)化到2～3人一組，按照全國機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽模式，在課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)向?qū)W生推出2～3個(gè)設(shè)計(jì)主題思想，由各組學(xué)生自由選擇，完成相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)。在答辯環(huán)節(jié)中，增加學(xué)生自述、教師點(diǎn)評和學(xué)生互評環(huán)節(jié)，選出優(yōu)秀的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)參加兩年一度的全國機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽，在進(jìn)一步拓寬學(xué)生創(chuàng)新視野的同時(shí)，對提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和工程理念的培養(yǎng)，起著巨大的推動作用。在佳木斯大學(xué)校園里有越來越多的同學(xué)紛紛加入各種科技興趣小組，在參加全國各級大學(xué)生科技創(chuàng)新活動中取得了成績，激發(fā)學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用工程實(shí)踐的濃厚興趣。

4.“運(yùn)行”提升學(xué)生工程實(shí)踐能力。目前CDIO模式在國際高等教育中運(yùn)行良好，其普適性和可操作性，決定其人才培養(yǎng)層次的多樣化。在集大眾教育和精英教育于一身的高等學(xué)府中進(jìn)行CDIO模式教育，為社會提供高素質(zhì)的人才做好技術(shù)儲備。近幾年來，通過教師精心設(shè)計(jì)的教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生在基礎(chǔ)、實(shí)踐并重的同時(shí)，注重加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，越來越多的科學(xué)技術(shù)小組的出現(xiàn)。佳木斯大學(xué)正在不斷調(diào)整自己的教育目標(biāo)，為高等學(xué)?？焖賹?shí)現(xiàn)與社會接軌，正步入為社會培養(yǎng)合格的工程技術(shù)人員的健康軌道上。

結(jié)語

通過機(jī)械系列課程體系的改革和實(shí)踐，探索了教學(xué)內(nèi)容在“CDIO做中學(xué)”的教學(xué)模式，加強(qiáng)課程體系、課程內(nèi)容和教學(xué)方法的綜合配套改革，強(qiáng)化了學(xué)生工程意識的培養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；探討機(jī)械類本科生工程能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、構(gòu)成及生成機(jī)制，將創(chuàng)新教育與工程教育滲透到專業(yè)教育之中，為培養(yǎng)具有工程理念的高素質(zhì)、創(chuàng)新型工程人才奠定了基礎(chǔ)。

[基金項(xiàng)目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目：地方高校機(jī)械類專業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)（JG2013010516）；佳木斯大學(xué)教學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目：地方高校機(jī)械類專業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建研究（JYLA2012-006）]

注釋：

{1}厲威成.CDIO模式的教育理念及其實(shí)踐研究[D].四川師范大學(xué)，2012

{2}林藝真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈爾濱學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（4）

{3}林鍵.高校工程人才培養(yǎng)的定位研究[J].高等工程教育研究，2009（5）

{4}鐘毅芳.機(jī)械設(shè)計(jì)原理與方法[M].華中科技大學(xué)出版社，2007.2

（作者單位：佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 黑龍江佳木斯 154007）

[作者簡介：劉桂珍（1965—），女，黑龍江尚志人，副教授；于影（1962—），女，黑龍江佳木斯人，教授。通訊作者：于影]

（責(zé)編：若佳）