基于CDIO模式機(jī)械制圖課程科研項(xiàng)目式教學(xué)的實(shí)踐

張興麗 孟兆新

摘要：機(jī)械制圖課程是高等院校重要的工科專業(yè)基礎(chǔ)課程，注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。文章基于國(guó)際先進(jìn)的CDIO教育理念，將科研項(xiàng)目引入機(jī)械制圖課程中，探討了讓學(xué)生以小組形式開(kāi)展科研項(xiàng)目的具體方案。以科研項(xiàng)目形式對(duì)機(jī)械制圖課程的改革可以大幅度增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力， 全面提升工程素質(zhì)和綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：CDIO工程教育模式；機(jī)械制圖；科研項(xiàng)目；實(shí)踐能力

一、引言

機(jī)械制圖是所有工科大學(xué)生走進(jìn)大學(xué)校園最先接觸到的專業(yè)基礎(chǔ)課程，這樣安排，旨在以該課程作為起點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生關(guān)注工程實(shí)踐的相關(guān)問(wèn)題以及科學(xué)技術(shù)的前沿問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)觀察生產(chǎn)生活中存在的問(wèn)題，主動(dòng)積累工程知識(shí)，培養(yǎng)分析問(wèn)題的習(xí)慣和能力，提升自身工程科學(xué)的素質(zhì)。當(dāng)前，大部分高校的機(jī)械制圖課堂仍主要通過(guò)單純板書(shū)或多媒體加板書(shū)的教學(xué)方式，注重投影理論、三維視圖的閱讀與繪制、圖樣表達(dá)等基礎(chǔ)知識(shí)和基本能力的傳授與訓(xùn)練，忽視了對(duì)學(xué)生實(shí)際工程能力的培養(yǎng)，造成很多工科畢業(yè)生實(shí)際工作能力與企業(yè)的要求相差甚遠(yuǎn)，不能為我國(guó)的工業(yè)化進(jìn)程產(chǎn)生強(qiáng)大的推動(dòng)力。

CDIO模式是國(guó)外大學(xué)提出的一種新型工程教育模式，CDIO分別代表構(gòu)思 （Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate）。CDIO模式的教育理念是通過(guò)工程實(shí)踐讓學(xué)生了解產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的每個(gè)環(huán)節(jié)，然后根據(jù)研究發(fā)展方向和產(chǎn)業(yè)需求，主動(dòng)學(xué)習(xí)相關(guān)課程。由此可見(jiàn)，CDIO工程教育模式注重通過(guò)參加實(shí)踐活動(dòng)對(duì)高質(zhì)量應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。隨著我國(guó)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的啟動(dòng)，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的高校重視借鑒CDIO工程教育模式來(lái)提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力，目前已有57所高?；贑DIO教育模式對(duì)機(jī)械類、電氣類等專業(yè)課程開(kāi)展了教育教學(xué)方面的改革，并取得了卓著的教學(xué)成果。美國(guó)、日本已將CDIO的工程教育理念引入到工程制圖課程中，以產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造為主線，在教學(xué)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ桃庾R(shí)和基本的工程素質(zhì)。本文基于CDIO的教育理念，結(jié)合機(jī)械制圖課程實(shí)際特點(diǎn)，探討以創(chuàng)新科研項(xiàng)目為導(dǎo)向提升學(xué)生實(shí)踐能力的具體措施。

二、以科研項(xiàng)目形式進(jìn)行機(jī)械制圖課程改革的實(shí)踐

（一）科研項(xiàng)目實(shí)施的具體流程和方法

根據(jù)機(jī)械制圖課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)了機(jī)械制圖的基本理論、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及基本計(jì)算機(jī)繪圖方法后，在學(xué)生中間開(kāi)展小的創(chuàng)新科研項(xiàng)目是提升其工程素質(zhì)的有效途徑。項(xiàng)目的流程圖如圖1所示，通過(guò)創(chuàng)新科研項(xiàng)目能夠使學(xué)生親身經(jīng)歷產(chǎn)品從研發(fā)到制造的整個(gè)過(guò)程，提高實(shí)踐工作能力。

1.創(chuàng)意構(gòu)思，確定研究對(duì)象。

開(kāi)展科研項(xiàng)目之前，組織學(xué)生到實(shí)習(xí)基地參觀和實(shí)習(xí)。在課堂上對(duì)學(xué)生講解機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)方面的入門知識(shí)，開(kāi)闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生積極參加創(chuàng)新科研項(xiàng)目的熱情。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成善于觀察，勤于思考的習(xí)慣，對(duì)生產(chǎn)生活中感興趣的科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行提煉。將學(xué)生分成幾個(gè)課題小組，每個(gè)小組展開(kāi)頭腦風(fēng)暴，積極構(gòu)思要設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的產(chǎn)品或機(jī)構(gòu)，需要具備什么樣的功能，可以解決哪些實(shí)際問(wèn)題，從而確定項(xiàng)目最終的研究目標(biāo)。鑒于大一新生的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備不足，教師需要對(duì)科研項(xiàng)目的可行性進(jìn)行把關(guān)，及時(shí)把每個(gè)小組項(xiàng)目存在問(wèn)題以及改進(jìn)意見(jiàn)反饋給學(xué)生，讓學(xué)生修改后進(jìn)行項(xiàng)目的整體方案設(shè)計(jì)。

2.整體裝配設(shè)計(jì)和零件詳細(xì)設(shè)計(jì)。

在進(jìn)行產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生可以將機(jī)械制圖已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，鍛煉了學(xué)生的構(gòu)型設(shè)計(jì)能力、圖形表達(dá)能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力等。教師要保證定期與學(xué)生之間進(jìn)行有效的溝通交流，在知識(shí)技術(shù)層面上對(duì)學(xué)生進(jìn)行耐心指導(dǎo)，在學(xué)生遭遇失敗、情緒低落時(shí)從精神層面鼓勵(lì)他們要重拾信心，迎難而上。

3.3D打印，裝配調(diào)試。

3D 打印技術(shù)的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)制造的局限性。它可以將許多難以加工或無(wú)法加工的形體展現(xiàn)在人們面前。借助3D打印技術(shù)，學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)將科研項(xiàng)目的三維數(shù)據(jù)模型制造出立體實(shí)物，縮短了產(chǎn)品創(chuàng)意與成品之間的距離，增強(qiáng)了學(xué)生設(shè)計(jì)的成就感。在3D打印機(jī)輸入的三維圖形文件是STL格式，這需要學(xué)生掌握使用Solid Works、UG等三維圖形軟件繪圖的能力，另外還需要學(xué)生自己去學(xué)習(xí)和補(bǔ)充3D打印技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。將打印出來(lái)的零件按照一定裝配關(guān)系安裝在一起，并對(duì)最終設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，不斷將理論與實(shí)踐相結(jié)合，鍛煉學(xué)生面對(duì)問(wèn)題積極尋找解決問(wèn)題方法和途徑的工程實(shí)踐能力。

4.整理研究報(bào)告，驗(yàn)收總結(jié)。

在項(xiàng)目進(jìn)行期間，要定期檢查項(xiàng)目的進(jìn)展情況，及時(shí)對(duì)項(xiàng)目中存在的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和糾正，期末要對(duì)每個(gè)小組的科研項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收。每個(gè)學(xué)生需要交一份手繪的零件圖、計(jì)算機(jī)繪制的裝配圖，每個(gè)小組要提交利用3D打印技術(shù)打印出來(lái)的實(shí)物模型以及結(jié)題報(bào)告?？蒲许?xiàng)目的評(píng)分將占課程總成績(jī)的50%以上，充分體現(xiàn)科研項(xiàng)目在整個(gè)機(jī)械制圖課程中的重要性?？梢栽u(píng)選一些項(xiàng)目參加全國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)大賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等，還可以將優(yōu)秀的科研項(xiàng)目推薦到企業(yè)，實(shí)現(xiàn)科技成果的轉(zhuǎn)化。

（二） 科研項(xiàng)目引入對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)培養(yǎng)的效果分析

1.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

具有CDIO特色的機(jī)械制圖課程強(qiáng)調(diào)課堂上教師的引導(dǎo)作用，學(xué)生是主體。通過(guò)在學(xué)生中開(kāi)展科研項(xiàng)目，切實(shí)將老師的作用從傳授知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造能力為主。學(xué)生作為主體，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中去主動(dòng)學(xué)習(xí)和補(bǔ)充一些課程之外的知識(shí)。提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)，通過(guò)學(xué)習(xí)拓展學(xué)生的知識(shí)面， 初步培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的能力。特別是大一新生對(duì)大學(xué)教育充滿了好奇，更應(yīng)該發(fā)揮機(jī)械制圖實(shí)踐性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，積極誘發(fā)學(xué)生自主擴(kuò)展知識(shí)的能力、動(dòng)手操作能力以及創(chuàng)造能力，為后續(xù)其它專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

通過(guò)參與科研項(xiàng)目，使學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品從構(gòu)思到實(shí)物模型的各個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生的動(dòng)手能力得到增強(qiáng)，理論知識(shí)運(yùn)用能力得到很大的提高，為畢業(yè)后參與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)積累一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在選擇研究主題的過(guò)程中，學(xué)生初步形成創(chuàng)新性思維，通過(guò)仔細(xì)觀察生活中的平常事物獲取靈感，調(diào)研國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，挖掘有研究?jī)r(jià)值的課題；在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生初步了解開(kāi)展科研工作的流程和方法，為以后學(xué)業(yè)上的繼續(xù)深造或進(jìn)行研發(fā)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；在調(diào)試產(chǎn)品過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)積極思考獲得解決問(wèn)題的良好途徑，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，提高了自身的創(chuàng)新能力和工程綜合素質(zhì)。

3.培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

每個(gè)科研項(xiàng)目小組都有一位總負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各階段出現(xiàn)的問(wèn)題，保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。項(xiàng)目組的每個(gè)成員都有明確的分工，在初期查閱資料學(xué)習(xí)的階段，需要學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)自己負(fù)責(zé)的工作，并且在學(xué)習(xí)之后向其他同學(xué)講解，整個(gè)項(xiàng)目小組形成相互學(xué)習(xí)，互相溝通，共同努力的學(xué)習(xí)氛圍。在后期調(diào)試過(guò)程中，項(xiàng)目組成員一起發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，一起解決。因此，科技項(xiàng)目的開(kāi)展不僅僅有助于學(xué)生專業(yè)知識(shí)的提高、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還有助于培養(yǎng)小組成員團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和與他人進(jìn)行思想溝通的能力，實(shí)現(xiàn)向現(xiàn)代化工程理念的轉(zhuǎn)變。

4.磨練學(xué)生的意志品質(zhì)。

進(jìn)行科研項(xiàng)目常常會(huì)遭遇失敗，有的學(xué)生遇到困難就會(huì)對(duì)自己產(chǎn)生懷疑，缺乏責(zé)任感，產(chǎn)生放棄的念頭，此時(shí)正是對(duì)學(xué)生意志品格的磨練，學(xué)生具有頑強(qiáng)的毅力、執(zhí)著的精神才能戰(zhàn)勝挫折和失敗。

三、結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)正在組織實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，大學(xué)教育更加重視學(xué)生的工程綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。借鑒CDIO的教育理念，以學(xué)生進(jìn)行一個(gè)小的科研項(xiàng)目形式對(duì)機(jī)械制圖課程進(jìn)行改革，可顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，滿足社會(huì)對(duì)高質(zhì)量應(yīng)用型人才的需求。

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