基于CDIO模式的機械系統(tǒng)設計課程教學改革研究

[摘 要]針對機械系統(tǒng)設計課程的特點和存在的問題，基于CDIO工程教育思想及理念，建立了機械系統(tǒng)設計課程改革體系架構，在此基礎上，提出課程內容模塊化、教學過程層次化、綜合型的成績考核等課程環(huán)節(jié)的具體實施策略。通過課程改革的實踐，能夠使學生更加深入地理解和掌握機械系統(tǒng)設計的基本理論和方法學，提高課程的教育教學質量。

[關鍵詞]CDIO;工程教育;機械系統(tǒng)設計;教學改革

[中圖分類號] G423.07 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）01-0144-02

一、引言

CDIO（Conceive——構思，Design——設計，Implement——實施，Operate——操作）作為一種全新的教育模式是由美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學、瑞典皇家技術學院4所工程大學發(fā)起的。CDIO是以項目設計為載體，所有需要學習和掌握的內容都圍繞項目設計這個核心進行，讓學生以主動的、實踐的、課程之間具有有機聯(lián)系的方式學習工程知識，從而獲得工程能力。

CDIO的理念繼承和發(fā)展了歐美20世紀90年代以來工程教育改革的成果，具有很強的可操作性和廣泛的適應性。近年來，我國許多高校參與了CDIO教育改革研究和試點工作，并取得了明顯的效果。

機械系統(tǒng)設計是體現(xiàn)機械設計工程學特點和性質的專業(yè)核心課程之一，其課程任務和目標是使學生熟悉機械產品設計的一般規(guī)律和特點，掌握機械產品設計的基本方法和技術，培養(yǎng)學生綜合運用機械原理、機械設計、機械制造工程學、現(xiàn)代設計方法、機械裝備設計等課程的知識進行機械產品整機設計的能力。該課程既有獨立的理論框架，同時又通過重要知識點把前序的相關課程加以綜合，形成一個有機聯(lián)系的機械設計類課程體系。

CDIO所倡導的“做中學”的教學模式和“以工程為導向”的教學方法，尤其適合于工程性、綜合性較強的機械系統(tǒng)設計的理論與實踐教學?；贑DIO理念改革機械系統(tǒng)設計課程體系，能夠為該課程的培養(yǎng)目標、課程設計、教學方式方法、教育評價等方面的建設提供新的思路和方法。

二、現(xiàn)階段機械系統(tǒng)設計課程教學存在問題

機械系統(tǒng)設計是機械類學生必修的專業(yè)主干課程，也是大學本科畢業(yè)設計前最后一門理論綜合課程，該課程起到了從理論過渡到實際，從基礎過渡到專業(yè)的橋梁作用。但從目前教學效果看，無論是教學大綱、教材還是教學方法都無法適應高等工程教育的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的應用型機械系統(tǒng)設計課程體系還存在以下不足之處。

（一）教材內容涉及面廣，各部分內容之間缺乏有機聯(lián)系

機械系統(tǒng)設計教材中一般都涉及機械設計基礎、機械裝備設計、設計方法學、可靠性設計、機電傳動與控制、液壓與氣壓傳動、機械制造工藝學等方面的知識，而且往往以設計原則和規(guī)律加以總結、概括，使學習者抓不住重點。其次，教材各章所舉的例子涉及機床、工程機械、輕工機械、農業(yè)機械、成型機械等，這些例子大多一提而過，沒有從系統(tǒng)的觀點闡述他們之間的聯(lián)系與區(qū)別，使學生沒有能形成對機械系統(tǒng)設計的整體性理解。

（二）課程中部分內容與機械裝備設計課程內容重復

現(xiàn)有的教材中多以機床部件作為示例對象，講授相應的子系統(tǒng)設計，甚至有的教材整本書講授的就是機床的整機設計。實際上，機械系統(tǒng)設計有自己特定的研究角度和范疇，是一門綜合性的、全方位的、研究機械系統(tǒng)整機設計方法的課程，不應只局限于機床的設計。

（三）教學上缺乏實踐環(huán)節(jié)與手段

機械系統(tǒng)設計是一門實踐性較強的課程，應該邊學習邊實踐才能實現(xiàn)提高設計能力、培養(yǎng)創(chuàng)造性素質的目的。但由于教材缺乏完整的樣例分析，在教學中缺乏有針對性的實踐訓練，使學生對于所學內容掌握得不夠深入，學習過程中窮于理解、背記概念和各種公式及其推導，從而淡化了實踐能力的培養(yǎng)和訓練。

三、基于CDIO模式的課程教學改革

（一）基于CDIO的課程教學改革體系建設

教學內容、課程講授、課程實踐和課程評價是機械系統(tǒng)設計教學改革的四個基本教學環(huán)節(jié)，根據(jù)CDIO的理念，結合“做中學”的指導思想以及機械系統(tǒng)設計課程特點，為每個教學環(huán)節(jié)明確具體的目標要求，在此基礎上，細化了相應課程環(huán)節(jié)的具體實施內容，并按照逐層遞進的實施途徑構建了基于CDIO的機械系統(tǒng)設計課程體系。

（二）模塊化的教學內容設計

CDIO倡導以項目設計為導向的人才培養(yǎng)模式，通過項目設計將整個課程的知識體系系統(tǒng)地、有機地結合起來。在機械系統(tǒng)設計的教學內容設計上，根據(jù)“項目驅動”和模塊化思想將課程內容劃分為導論模塊、總體設計模塊、動力系統(tǒng)設計模塊、運動系統(tǒng)設計模塊、結構設計模塊和整機綜合設計實踐模塊（見圖1）。

圖中，中間主魚骨代表6個課程內容子模塊，每個斜魚刺代表對應子模塊中的核心知識內容，是進一步細化的知識單元。在每個子模塊的知識單元中，包含了具有針對性和實踐性的實習項目和基礎知識單元，基礎知識單元主要解決完成實習項目所牽涉的必要知識問題，力爭做到以實習項目作為核心，將所有需要學習和掌握的知識都圍繞項目設計核心展開，并與這個核心融合在一起。在總體上，還要注意各個模塊上的相互關聯(lián)性，并通過最后一個整機的課程設計將課程知識體系形成一個有機整體。

（三）層次化的教學過程

基于上述機械系統(tǒng)設計課程模塊的知識遞進關系，在教學過程中采用分層次教學法。在第一層次，按照教學任務的要求有選擇、有目的的設計課堂講授、實例演示和分析等環(huán)節(jié)，讓學生在教學過程中理解和掌握核心知識單元的內容。在第二層次，通過每個課程模塊的項目實習，讓學生去構思所學的知識，設計具體課程模塊涉及的內容，并通過課上的講評和互評，進一步加深對課程內容的理解，達到“學中做”和“做中學”的目的。在第三層次，要完成整機系統(tǒng)的課程設計，這是畢業(yè)設計前的一次綜合的、系統(tǒng)的訓練過程，既要完成總體方案的構思、擬定，又需要完成圖紙的繪制與計算結果的校驗，使學生能夠更加深入地理解和掌握機械整機系統(tǒng)化設計的內涵和方法學。

（四）綜合型的課程考核

在課程考核方面，將考核內容細分并分配了不同的權重，具體為綜合考試0.4，課程設計0.3，設計作業(yè)0.15，方案講評與互評0.15。在執(zhí)行的過程中，考慮到學時的限制，將學生按照設計作業(yè)進行分組，組內細化每個學生的任務，以團隊合作的方式完成項目的設計工作，課上進行小組間的互評和講評，并強化小組內每個學生的參與性，避免個別學生“搭車”。整個評價體系達到了對于學生的基本理論的理解與掌握、實踐能力和協(xié)作與溝通能力的綜合考查目的，實現(xiàn)了課程評價從結果驅動向過程驅動的轉變。

四、結論與建議

通過三年的教學實踐，基于CDIO模式的機械系統(tǒng)設計課程體系取得了較好的教學效果，學生能夠通過理論學習、項目實習、方案講評和課程實踐等課程環(huán)節(jié)的培養(yǎng)和訓練，真正地理解和掌握書本上的設計原則、規(guī)律和方法學，特別是以具體案例和項目驅動的“做中學”的實踐教學，讓學生致力于對工程問題的獨立思考和協(xié)調解決，充分調動了學生的主觀能動性，提高了學生的實踐能力和相互協(xié)作與溝通能力。本課程的改革得到的相關教學成果，可為機械專業(yè)的其他課程的建設提供借鑒作用。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 于鳳琴，黃華貴，左大為，陳雷.CDIO在軋鋼機械設計課程改革中的應用[J].教學研究，2012（6）.

[2] 曹兵.機械系統(tǒng)設計課程教學改革初探[J].大眾科技，2006（7）.

[3] 曹秒艷，盧秀春.基于CDIO模式的機械系統(tǒng)設計課程體系整合與創(chuàng)新[J].科技信息，2011（1）.

[4] 郝智秀，季林紅，馮涓.基于CDIO的低年級學生工程能力培養(yǎng)探索——機械基礎實踐教學案例[J].高等工程教育研究，2009（5）.

[5] 徐強.基于CDIO的機械制造模塊教學模式探討[J].合肥學院學報，2013（1）.

[責任編輯：鐘 嵐]