CDIO教學模式在機械設計教學中的研究和實踐

龐興華　解芳

機械設計課程是機械類本科專業(yè)的技術基礎主干課程之一。為了達到課程教學目標，進一步強化機械設計知識，還安排有2～3周的課程設計。在以往的教學中，機械設計和課程設計分屬兩門課程，前者屬理論教學，后者則為實踐教學，前者強調知識學習，后者強調知識運用，前者以“學”為主，后者則以“做”為主，本文把這種教學模式稱為“分立教學模式”。在“分立教學模式”下，學生被動學習，激發(fā)不起興趣，學了前者不會后者，花費了大量時間，達不到預期的效果。因此，從培養(yǎng)合格的工程設計人員出發(fā)，貫徹CDIO教學理念，對機械設計及其課程設計進行一體化改革，已成為當前教學改革的迫切需要。

一 分立教學模式問題分析

機械設計及其課程設計的“分立式”教學模式存在如下弊端。

1 重學輕用

機械設計課程是實踐性較強的課程，既有機械設計的方法理論，也有零部件設計實際應用的內容。但在傳統(tǒng)的觀念上，理論是重頭戲，實踐則是微不足道的，實踐從屬于理論，服務于理論，似乎實踐的目的僅僅是為了驗證理論的正確性。教學上，偏重于機械設計理論以及強度計算等內容的講授，而對于實踐性很強的結構設計則一帶而過，不能將知識點及時地在實踐應用中強化，即便有實踐，也僅限于課后作業(yè)練習，結果造成學生在隨后的課程設計中對所學知識模糊不清，動起手來不知所措。

2 學用脫節(jié)

機械設計和課程設計各自為政、相對獨立，學生在學習機械設計的時候，感受不到它對課程設計的作用，這樣，一方面使得學生對機械設計課程中某些知識點的理解、記憶產生了斷續(xù);另一方面，學生看不到它的實際用處，提不起興趣，對與實際設計相關的重要知識點理解得不夠透徹，不得不在課程設計中，花費更多的時間和精力進行復習。

3學后不會用

通過機械設計課的學習，學生雖然學習了機械零部件的設計知識，也完成了一定的作業(yè)量，但沒有經過設計實戰(zhàn)的綜合演練，理不清零件與零件的協(xié)調關系，感到知識“零零散散”，串不起來。使得課程設計開始的2～3天里，還不知從何下手。設計中臨時抱佛腳，問題來不及深入思考，最后囫圇吞棗、倉促結束。

二 一體化教學改革的思考

改變機械設計與其課程設計分立教學弊端的有效途徑是貫徹CDIO教學理念和教學模式。所謂CDIO，它是“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達，它以工程項目從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程，使學生養(yǎng)成現(xiàn)代工程技術的職業(yè)素養(yǎng)。CDIO工程教學改革是當今國際工程教育改革的最新成果，已經在世界上多所學校進行實施，并取得了很好的效果，為工程界培養(yǎng)了大量符合需求的技術人員[1]。

用CDIO的觀點來看機械設計和課程設計，它們同屬機械裝置設計這個“工程”，具有“構思”“設計”“實施”“運行”幾個不同階段，通過這個“工程”，完全可以加載機械設計和課程設計的全部內容。拆掉機械設計和課程設計之間的屏障，在CDIO的模式下使其融為一體，形成一體化課程。

對“一體化課程”的學習，或“學”或“做”，也是同一事物的兩個方面，是辯證的統(tǒng)一體。教育家陶行知先生曾有過精辟的論述：“教的法根據(jù)學的法，學的法根據(jù)做的法，事怎么做就怎么學，怎么學就怎么教”，并明確指出，“教、學、做是一件事不是三件事。我們要在做上教，在做上學。”這種融教育法于生活法中的理念更加突出了以“做”為中心，強調了“行是知之始”的實踐第一性和“知是行之成”的理實相融教學目標。實際也是“教、學、做”的一體化，就是整理融合各教學環(huán)節(jié)。把培養(yǎng)學生的工程實踐能力的理論與實踐相結合的教學作為一個整體考慮。將教學內容科學地融會在教、學、做過程中，從做開始，發(fā)現(xiàn)問題，在教與學中了解問題的答案，再通過教、學、做，理解其原理，實現(xiàn)知識與能力的相互融合、螺旋遞進，最終達到教學目標[2-3]。

三一體化教學的實踐

按照CDIO教學模式。在“卓越工程師”機制專業(yè)試點班實行一體化教學改革，主要做法如下。

1 課程教學和課程設計一體化

打破傳統(tǒng)界限，將機械設計和課程設計按實踐教學方式進行有機整合，課程總量與以前大體相當，但內容銜接均與設計流程相一致。

2 以項目為主線組織教學

選“輸送帶傳動裝置”設計作為典型項目。該裝置幾乎涵蓋了機械設計課程的全部零部件。以此項目為主線組織教學，在內容上，按照項目的需求整合教學內容，確保項目中的主要零部件的設計都在學習的范圍內。在時間上，按照項目進展的先后順序來安排教學進度;項目開始之前，先用少量的時間，介紹機械設計的基本要求、一般過程和設計概論，再布置設計任務，進入項目的總體設計階段，“做”就開始了。緊接著總體設計，講授機械傳動設計和軸類零部件初步設計等內容，然后開始裝配圖設計，“做”與“學”互相穿插、同步進行。在教學方法上，以應用為目標，在學中干，在干中學，學用結合;以自學為主，問題驅動，急用先學，學了就用。教學上以指導為主、講授為輔，講授內容根據(jù)實際需要，按需來講，少講多做，講則指向明確、畫龍點睛。

3 以任務為驅動，激發(fā)學習興趣

將全班分成四個設計團隊，設計方案分成四類：有帶傳動——直齒圓柱齒輪減速器、鏈傳動——直齒圓柱齒輪減速器、帶傳動——斜齒圓柱齒輪減速器、帶傳動——直齒圓錐齒輪減速器等;每個方案又有不同的參數(shù)，達到一人一題。保證了學生在設計中既能實現(xiàn)團隊合作，又能獨立思考。在第一次課上，就下達設計任務書，使學生一開始就明確自己的角色、承擔的設計任務;在而后某些章節(jié)的學習中，作業(yè)就在各自的任務中分解，是各自設計任務的組成部分;“作業(yè)”完成了，設計任務就完成了，課程學習也就結束了。另外，還安排了答辯環(huán)節(jié)，要求每個學生走上講臺，闡述自己的設計思路和設計成果，這也無形中增加了學生任務。使學生在整個學習過程中，時時感到任務在肩，壓力在心，“不用揚鞭自奮蹄”，增強了學習的主動性和責任感。

四 一體化教學的效果

機械設計一體化課程經過教學實踐，取得了積極的效果，在以下幾個主要方面有了大的改進。

1 變被動為主動，學習興趣提高

機械設計課程知識零散、內容枯燥，令教師和學生都比較頭痛，但在本次教學中，學與用的關系一開始就得到顯現(xiàn)，學生帶著任務，自加壓學習，無需督促。課堂中所做的和說的主題都是和學習相關，自始至終都在一種緊張而有秩序的氣氛中進行。以往開小差、小動作、打瞌睡等種種不良現(xiàn)象一掃而光。

2 師生互動加強，學習效果明顯

一體化教學模式，充分調動了學生的積極性，學生在學與做的過程中，越深入，發(fā)現(xiàn)的問題就越多，有了問題，促使學生主動向老師請教。指導教師的注意力和側重點也從課堂講授放在平時指導上，與學生交流的機會多了，在現(xiàn)場因材施教，有針對性的指導，更激發(fā)了學生的學習興趣，從而引導學生學習更加深入。

3 做的時間充裕，設計的質量提高

一方面，教學內容經過優(yōu)化整合，知識的冗余度減少，也就等于擠出了一定的學習時間;另一方面，學生從接受設計任務到經過答辯任務結束，總時間不變，但做的時間拉長，甚至還延伸到課外，學生有足夠的時間和精力來處理設計中的問題。設計的準確度、圖面質量都得到提高，表達能力也明顯改進。

總之，作為我校首批卓越工程師試點班，課程群改革方興未艾，機械設計一體化課程只是該專業(yè)眾多一體化課程之一，目前的做法只是初步嘗試，還存在不少問題。但盡管如此，這些嘗試可作為本試點專業(yè)的其它一體化課程的先例，也可為其它專業(yè)其它課程改革提供參考。

參考文獻

[1]江帆， 王一軍，蕭仲敏，等.基于知識點優(yōu)化的CDIO教學改革實踐[J]. 教學研究， 2013，36（1）：81-84.

[2]都秀紅， 邱雪松， 王瓊，等. 機械設計課程設計教學改革初探[J].教學研究，2011（5）： 51-54.

[3]劉曉川.基于CDIO高職課程“教學做一體化”的構建與實施[J].職教論壇， 2013（14）：64-67.