基于CDIO的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

胡清明，徐長(zhǎng)順，郭建華，聞全意，曹忠亮，巨勇智

基于CDIO的機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

胡清明，徐長(zhǎng)順，郭建華，聞全意，曹忠亮，巨勇智

（齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)核心課程，針對(duì)該課程特點(diǎn)與教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，基于美國(guó)麻省理工學(xué)院等4所頂尖工業(yè)大學(xué)倡導(dǎo)的CDIO工程教育理念，對(duì)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及考核方式進(jìn)行改革，并在教學(xué)過(guò)程中加以實(shí)施．針對(duì)傳統(tǒng)課堂教學(xué)中存在內(nèi)容枯燥、效率低、實(shí)驗(yàn)教學(xué)比重小以及考試形式單一的問(wèn)題，提出基于CDIO理念以項(xiàng)目為單元對(duì)課堂教學(xué)和考核方式進(jìn)行優(yōu)化，為機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程進(jìn)一步教學(xué)的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)．

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)；CDIO；工程教育；教學(xué)改革

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)（Mechanical Manufacturing Equipment Design，簡(jiǎn)稱MMED）是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)必修的課程，隨著國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)裝備設(shè)計(jì)與制造方向的人才需求量也不斷增大，尤其是重型機(jī)械制造和高端機(jī)床行業(yè)，且國(guó)家對(duì)專業(yè)人才的標(biāo)準(zhǔn)也在逐步提高．打破國(guó)外對(duì)高精尖智能制造裝備技術(shù)出口的壟斷迫在眉睫，改變大型、高精度數(shù)控機(jī)床大部分依賴進(jìn)口的局面已成為培養(yǎng)年青一代機(jī)械專業(yè)人才的首要目標(biāo)[1]．機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生肩負(fù)著振興我國(guó)機(jī)械裝備制造業(yè)的歷史重任，教師作為學(xué)生獲取專業(yè)知識(shí)的重要載體，其教育方式的選擇至關(guān)重要．隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國(guó)制造2025”等重大戰(zhàn)略思想的提出與實(shí)施，教育方式也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，形成多形式綜合課堂[2-4]．

1 課程教學(xué)中現(xiàn)存問(wèn)題分析

機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程內(nèi)容主要包括機(jī)械制造裝備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、主要零部件設(shè)計(jì)、制造方法與精度優(yōu)化等基本理論和知識(shí)[5-7]．該課程知識(shí)點(diǎn)多、涉及知識(shí)面廣、實(shí)踐性強(qiáng)．另外，隨著機(jī)械行業(yè)的迅猛發(fā)展和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造技術(shù)的引入，典型零件的設(shè)計(jì)方法也趨于多樣化，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以滿足教學(xué)需要．與此同時(shí)，國(guó)家對(duì)裝備制造人才的多元化、復(fù)合化以及創(chuàng)新型需求，對(duì)本課程進(jìn)行教學(xué)方式和考核方法改革勢(shì)在必行．通過(guò)企業(yè)需要和相關(guān)院校該課程進(jìn)行調(diào)研得知，課程教學(xué)過(guò)程中存在3個(gè)方面問(wèn)題．

1.1 教學(xué)方式單一，授課靈活度不夠

課堂教學(xué)中，部分教師按照課本上的固有順序，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致且密集的講解，但沒(méi)有具體地劃分出書本內(nèi)容中的重點(diǎn)部分與非重點(diǎn)部分．而該課程的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)較多，要求學(xué)生具有較好的專業(yè)基礎(chǔ)和綜合知識(shí)，從而導(dǎo)致部分學(xué)生無(wú)法全部消化，降低了學(xué)習(xí)效率．在教學(xué)中有的教師只采用傳統(tǒng)的授課方式，沒(méi)有合理利用多媒體，使課堂效率在一定程度上受到了限制，容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)本門課程產(chǎn)生枯燥感；有的教師以講授為主，不能與學(xué)生互動(dòng)，導(dǎo)致有些學(xué)生的注意力無(wú)法集中，容易錯(cuò)過(guò)一些書本上的細(xì)節(jié)．機(jī)械制造技術(shù)在不斷發(fā)展，可是課堂教育卻更新緩慢，對(duì)工程軟件的熟悉與運(yùn)用已成為機(jī)械行業(yè)不可或缺的能力，但是在教育環(huán)節(jié)中缺少工程軟件與本門課程的聯(lián)動(dòng)．

1.2 實(shí)踐比重較低，學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)

由于本課程主要涉及機(jī)床典型零部件設(shè)計(jì)、常見(jiàn)夾具設(shè)計(jì)和物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)等知識(shí)，教學(xué)過(guò)程中，需要通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)加深學(xué)生對(duì)基本原理和典型部件結(jié)構(gòu)的掌握，如組合夾具設(shè)計(jì)中，通過(guò)讓學(xué)生拆裝夾具使其真實(shí)地體驗(yàn)不同夾具的結(jié)構(gòu)組成和基本工作原理．實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)同樣重要，但是在這門課程的教育環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的比重偏低，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力欠缺，甚至在面對(duì)真實(shí)的機(jī)械制造設(shè)備而無(wú)從下手，甚至有些零部件都無(wú)法叫出對(duì)應(yīng)名稱[8]．

1.3 課程考核方式不夠多元化

在課程考核環(huán)節(jié)，主要以期末試卷成績(jī)?yōu)橹鳎瑢?dǎo)致部分學(xué)生用突擊復(fù)習(xí)的方法來(lái)應(yīng)對(duì)考試，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握不夠透徹，并沒(méi)有真正意義上掌握本門課程的知識(shí)[9]．

上述問(wèn)題在我國(guó)高校普遍存在，為了解決這些問(wèn)題，許多高校依據(jù)自身特色提出了相應(yīng)的教學(xué)理念．如中國(guó)民航大學(xué)、汕頭大學(xué)、北方交通大學(xué)、燕山大學(xué)等都引進(jìn)了美國(guó)麻省理工學(xué)院等4所頂尖工業(yè)大學(xué)倡導(dǎo)的全新人才培養(yǎng)理念—CDIO（構(gòu)思Conceive、設(shè)計(jì)Design、實(shí)施Implement、運(yùn)作Operate）工程教育理念[10-12]，這種教育理念與國(guó)家在機(jī)械專業(yè)人才的培養(yǎng)上有諸多相似之處．本文在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程的教育方式進(jìn)行改革，注重實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力與分析解決問(wèn)題能力．

2 教學(xué)方式改革研究

2.1 課堂教學(xué)改革

雖然課本更新?lián)Q代的周期需要一段時(shí)間，但是教師的教學(xué)方法可以靈活多變．學(xué)生接受知識(shí)的途徑也隨著時(shí)代發(fā)展而不斷豐富起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式，會(huì)在一定程度上使學(xué)生的注意力更加集中．

（1）將書本上的內(nèi)容劃分出重點(diǎn)與非重點(diǎn)，非重點(diǎn)內(nèi)容以傳統(tǒng)形式加多媒體形式進(jìn)行教學(xué)，而針對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容，教師組織學(xué)生集中討論，并借助齊齊哈爾大學(xué)與齊重?cái)?shù)重股份有限公司雙方共享受雙跨人才，邀請(qǐng)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的高級(jí)工程師開(kāi)展講座對(duì)制造裝備的學(xué)科前沿知識(shí)進(jìn)行介紹．

（2）在課前，將參與課程的學(xué)生分成4~5人的學(xué)習(xí)小組，在講授過(guò)程中，教師經(jīng)常布置一些與講授內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題，學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)以小組為單位進(jìn)行集中討論．課堂教學(xué)由傳統(tǒng)的以教師講授為主，變?yōu)橐詫W(xué)生討論為主，教師講授為輔．通過(guò)工程中的實(shí)際案例引導(dǎo)學(xué)生思考并先進(jìn)行討論，逐步引入理論內(nèi)容．教師作為學(xué)生思路的引導(dǎo)者，用適當(dāng)?shù)姆椒ㄒ龑?dǎo)學(xué)生自主思考，讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中也占有一定的主導(dǎo)性，培養(yǎng)其解決問(wèn)題和團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力．

同時(shí)，學(xué)習(xí)小組定期進(jìn)行組間成員更換，防止同一小組在時(shí)間周期變長(zhǎng)之后導(dǎo)致的疲倦．在課后，也可以通過(guò)學(xué)習(xí)小組來(lái)督促學(xué)生完成課后作業(yè)或課程設(shè)計(jì)等．

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程中，與課堂理論教學(xué)同等重要，是理論教學(xué)的深入．理論是基礎(chǔ)，而實(shí)踐就是驗(yàn)證并利用理論的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的始終．

（1）提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中的比重，讓學(xué)生設(shè)身處地了解并熟悉機(jī)床的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)精度等實(shí)際問(wèn)題．提高學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、分析能力以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力．

借助黑龍江省智能機(jī)床研究院和智能制造裝備協(xié)同中心，引進(jìn)企業(yè)導(dǎo)師對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐環(huán)節(jié)的指導(dǎo)，增加學(xué)校與機(jī)械相關(guān)企業(yè)的學(xué)生實(shí)習(xí)合作項(xiàng)目，提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中的實(shí)踐質(zhì)量．不僅讓學(xué)生能夠在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室中接觸到機(jī)械制造設(shè)備，也能夠有機(jī)會(huì)在保證絕對(duì)安全的條件下到相關(guān)企業(yè)去學(xué)習(xí)先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)與方法．

（2）隨著信息時(shí)代的發(fā)展，企業(yè)在進(jìn)行機(jī)械制造時(shí)，工程軟件的使用覆蓋率越來(lái)越大，而且工程軟件的運(yùn)用在很大程度上促進(jìn)了生產(chǎn)效率，與此同時(shí)，提高了對(duì)專業(yè)人才的要求．學(xué)校也開(kāi)展了很多相關(guān)工程軟件的課程，但是往往軟件的學(xué)習(xí)課程都是獨(dú)立出來(lái)的，沒(méi)有和實(shí)際的工程實(shí)例相結(jié)合，教師在課堂上列舉的大多是一些比較普通且與實(shí)際不一定相符的實(shí)例．在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，增加工程軟件結(jié)合實(shí)際工程問(wèn)題的案例教學(xué)，并由企業(yè)提出一些以往遇到的實(shí)際問(wèn)題，交給學(xué)生來(lái)分析處理，學(xué)生利用軟件教學(xué)課程上學(xué)習(xí)到的方法加以應(yīng)用，并將其解決．如針對(duì)現(xiàn)有銑鏜床進(jìn)行改造，通過(guò)給學(xué)生設(shè)置如何在現(xiàn)有數(shù)控銑鏜床上增加自動(dòng)換刀裝置和換刀機(jī)床，引導(dǎo)學(xué)生思考如何用UG，Solidworks，Pro/E等三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行虛擬建模．這樣不僅能夠有效降低學(xué)生剛步入企業(yè)工作時(shí)的陌生感，而且還能夠增加工程軟件與工程實(shí)例的結(jié)合教學(xué)，避免紙上談兵，可以大幅度提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力與綜合素質(zhì)．

（3）結(jié)合齊齊哈爾大學(xué)與齊重?cái)?shù)控裝備有限公司共建和人才共享機(jī)制的基礎(chǔ)，通過(guò)讓高校教師進(jìn)入企業(yè)和邀請(qǐng)企業(yè)專家走進(jìn)課堂等模式，充分發(fā)揮企業(yè)專家實(shí)踐能力強(qiáng)的特點(diǎn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行授課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)通過(guò)校企合作科研項(xiàng)目合作，有效促進(jìn)教師科研能力和實(shí)踐能力的提升，將更多的青年教師引入企業(yè)，有助于雙師型教師隊(duì)伍建設(shè)，為培養(yǎng)理論與實(shí)踐兼?zhèn)涞默F(xiàn)代機(jī)械制造裝備人才提供保障．

2.3 考核方式改革

傳統(tǒng)考核中，主要以試卷形式為主，這種形式易使學(xué)生產(chǎn)生應(yīng)試心理，部分學(xué)生在突擊復(fù)習(xí)后雖然考試成績(jī)不低，但并未真正理解和掌握課程知識(shí)點(diǎn)，做到融會(huì)貫通，因此，需對(duì)考核環(huán)節(jié)進(jìn)行改革．將考核成績(jī)的比重按照一定比例分開(kāi)，課堂出勤成績(jī)＋考試考核成績(jī)?yōu)?0%，實(shí)驗(yàn)教學(xué)成績(jī)?yōu)?0%，工程軟件與工程問(wèn)題實(shí)例相結(jié)合的課程設(shè)計(jì)成績(jī)?yōu)?0%．

考試考核仍然以試卷形式為主，在以往的固定考試內(nèi)容的基礎(chǔ)上，減少客觀題的比重，增加主觀題的比重，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多個(gè)知識(shí)點(diǎn)去解決問(wèn)題．如在考核過(guò)程中設(shè)計(jì)題為“機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)數(shù)為何滿足等比數(shù)列？”有效地避免學(xué)生突擊復(fù)習(xí)，在這樣的題型設(shè)計(jì)下，只有真正學(xué)通、學(xué)懂機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)的學(xué)生，在主觀題中能夠答出更高的分?jǐn)?shù)，從真正意義上引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力．

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的考核中，將學(xué)生分組，每組給出不同的實(shí)驗(yàn)題目，在教師的監(jiān)督下對(duì)每組學(xué)生進(jìn)行考核，并根據(jù)組內(nèi)每名學(xué)生的具體任務(wù)輕重來(lái)給出分?jǐn)?shù)．

課程設(shè)計(jì)的考核中，同樣將學(xué)生分組，由教師為每組的組長(zhǎng)分配與組員數(shù)量相等的不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，再由組長(zhǎng)傳達(dá)給每位組員．在課程設(shè)計(jì)結(jié)束之后，由教師組成答辯小組，對(duì)學(xué)生的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行考核．

上述考核方式的結(jié)合，可有效提高學(xué)生在教學(xué)進(jìn)程與考試考核中的主觀能動(dòng)性，降低被動(dòng)且無(wú)效地死記硬背書本知識(shí)．同時(shí)，也可以有效避免傳統(tǒng)考試形式的一些弊端，能夠提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，讓學(xué)生真正掌握知識(shí)點(diǎn)，并能熟以應(yīng)用，為其今后步入企業(yè)奠定基礎(chǔ)．

課程中現(xiàn)存問(wèn)題及相應(yīng)教改方案見(jiàn)圖1．

圖1 教改方案設(shè)計(jì)流程圖

3 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程教學(xué)中，基于CDIO理念，在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及考試環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行了教學(xué)改革，在極大程度上降低傳統(tǒng)形式上的課堂效率低，課堂形式枯燥單一，突擊復(fù)習(xí)應(yīng)試等弊端．經(jīng)過(guò)２年的課堂教學(xué)與考核發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣得到提升，且畢業(yè)后從事機(jī)床相關(guān)工作的學(xué)生人數(shù)也得以增加．同時(shí)，以項(xiàng)目方式和小組討論結(jié)合，還有效提高了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、解決問(wèn)題、分析問(wèn)題能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，有效地鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力．從另一方面講，也提高了教師的教學(xué)效果．

[1] 王衛(wèi)兵，魏敏．“機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)”課程教學(xué)方法改革與實(shí)踐[J]．中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2012（14）：205

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[4] 田曉．中國(guó)制造2025背景下高職院校內(nèi)涵建設(shè)研究[J]．輕工科技，2020，36（7）：203-204，206

[5] 徐學(xué)林．在《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》課程中實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法的研究[J]．教育現(xiàn)代化，2019，6（67）：175-176

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Teaching reform of mechanical manufacturing equipment design based on CDIO concept

HU Qingming，XU Changshun，GUO Jianhua，WEN Quanyi，CAO Zhongliang，JU Yongzhi

（School of Mechanical and Electronic Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

The mechanical manufacturing equipment design is a one of the major compulsory courses for mechanics majors．Based on course characteristics and existing teaching problems，we focused on the teaching reform during the classroom teaching，experimental teaching and examination according to the CDIO engineering education concept，which was advocated by the worldwide top 4 industrial universities including MIT in the United States．Aiming at the problems existing in traditional classroom teaching，such as dull content，low efficiency，small proportion of experimental teaching and single examination form，proposed to optimize classroom teaching and examination method based on CDIO concept and taking project as unit，which lays a foundation for further teaching of machinery manufacturing equipment design course．

mechanical manufacturing equipment design；CDIO concept；engineering education；teaching reform

TH12-4∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.10.019

1007-9831（2020）10-0086-04

2020-06-15

教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（201901145012）；黑龍江省教育廳高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（SJGY20190715）；黑龍江省省屬本科高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)科研項(xiàng)目（135409604）；齊齊哈爾大學(xué)第五批本科課程教學(xué)方法和考核方式改革項(xiàng)目——機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)

胡清明（1985-），男，江西遂川人，副教授，在讀博士，從事現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、數(shù)控加工與仿真研究．E-mail：huqingming1267@126.com