基于CDIO的應用型本科《機械原理》教學改革探索

支新濤

摘 要： 《機械原理》是機械專業重要的基礎課程和主干課程，建立與應用型本科人才培養方案和教學體系相適應的《機械原理》課程教學內容、教學方法是應用型本科教育中機械學科建設的一項重要內容。本文結合CDIO工程理念進行了教學改革探索，旨在為同行提供借鑒和參考，強化《機械原理》的教學效果，為培養應用型人才提供方法。

關鍵詞： 應用型 機械原理 CDIO工程理念 教學改革

一、機械原理在應用型本科中的重要性

隨著高等教育的普及化，對高層次應用型人才需要逐漸增加，應用型本科教育對于滿足中國經濟社會發展起到積極的促進作用。應用型本科重在“應用”二字，在人才培養模式上，應用型本科以適應社會需要為目標，以培養技術應用能力為主線，涉及學生的知識、能力、素質結構和培養方案，以“應用”為主旨和特征構建課程體系，重視學生的技術應用能力的培養，為生產、建設、管理、服務第一線培養具有深厚學科基礎理論和較強職業能力的高級應用型人才。

《機械原理》是應用型本科院校機械專業的一門重要的專業基礎課，機械原理是許多機械產品和現代技術裝備的基礎和技術的核心。本課程主要研究機構組成原理、機構運動學及機器動力學等，通過本課程的學習，學生能夠掌握機構學和機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，并初步具有機構分析和設計機構的能力。掌握機械原理的相關知識不僅對培養學生的工程素質和綜合能力具有重要作用，而且在整個機械類應用型人才培養中占據重要地位。

二、傳統概念的機械原理教學的不足之處

機械原理課程來源很早，并且教學方法在逐漸完善，但是傳統意義上的機械原理教學具有不足之處[1]。

1.課程設計題目陳舊

當前很多高校“機械原理課程設計”選題主要是對減速器、螺旋千斤頂裝置進行設計和靜力分析，并在此基礎上確定校核計算和繪制圖紙。無論是用手工繪制圖紙還是CAD軟件繪制圖紙，設計中都要無數遍地查詢設計手冊，過于側重理論，偏重以往的圖表公式，往往參考上一屆的學生設計結果，對設計過程和結果一知半解，學生稱之為“瞎抄”，這種模式是傳統的高等教育人才培養模式，在歷史上曾發揮過重要作用。但是，隨著產業結構的轉型與升級，對應用型人才需求越來越多，同時實際要求也越來越高。一些弊端隨之凸顯，設計過程與工程實踐完全脫節，設計的產品沒有考慮如何加工和安裝，學生在設計過程中僅是被動地接受知識，無法真正培養工程應用能力，對工程意識的建立、工程應用能力的培養等都有不利影響。

2.設計方法一成不變。

機械原理作業和課程設計主要采用查詢機械手冊選型，采用手工計算校核相結合的方法。這曾經是機械設計的主流方法，在最初起到了很重要的作用。但是這樣的設計方法帶來了一些弊端，設計過程過于緩慢、枯燥，完全不能滿足快速發展的社會需求。

3.題目統一，沒有差別。

高等教育的普及化對高校開放了大門，學生數量增多，但是獨生子女成為高校學生的主流，學生個體差異很大。這些差異包括性格，對基礎知識和社會知識的掌握。傳統教學普及式的教育必然安排一樣的作業和練習。作業和課程設計全班甚至全年級共做一個題目，事實上學生沒有自己完成，本身的惰性認為別人做出了，自己也能做出，就不用再做了，興趣缺失成為高校學生普遍現象[2]，更不要提培養創新能力了。

4.輕實踐，重理論。

教材是成熟的技術，一些高校還采用很久以前的教材，這些教材有很多經典的知識，但對于機構的講解，學生從書本上見到的只是直線和圓組成的機構簡圖，對于現實生活的機械產品難有感性認識。缺乏總體設計理論，不能夠把不同的機構有效地組織成新的機構。

由于存在以上問題，使得本來是應用型強大、思維靈活發散的機械原理教學，變成只講理論，不懂實物的說教，教學過程枯燥，學習目標不確定，學習激情減退，教學質量下降的填鴨式教學，對培養適合工程需要的應用型人才是不合適的。這就要求改變機械原理的教學方法，把CDIO工程理念應用到機械原理的教學中顯得很有必要。

三、基于CDIO工程理念的機械原理教學改革實踐

CDIO（Conceive構思—Design設計—Implement實施—Operate運作）是以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生主動實踐的方式學習工程，能培養學生的四大能力（即理論知識、個人素質和發展能力、協作能力、工程—社會大系統適應與調控能力）[3]。結合CDIO教學模式，不僅使學生對今后可能從事的職業及所需具備的相關技能有大致了解，而且有利于推動特色專業建設，使專業特點更加鮮明[4]。根據應用型人才培養要求，我們基于CDIO工程理念對機械原理課程的教學進行如下改革實踐。

1.變化作業和課程設計題目，培養學生創新思維能力。

首先，課后作業體現以人為本，以學生為主的理念，一改以往全班同學布置一個題目的習慣。在生活和生產中提出題目，也鼓勵學生自選題目完成作業和課程設計，如打包機、自動升降臺、洗瓶機、自動門鎖、自動上水器等。這樣不僅擴大了題目的數量和類型，而且學生覺得有趣，能夠實際解決問題，從而提高了興趣，也給了學生自主安排進度、自己設計的空間，使他們學會了獨立思考、積極創新、相互協作。特別是在設計過程中，學生采用各種方式獲取相關的資料，經常在圖書館和網上學習各種知識，并且相互討論，不僅增長了知識，而且提高了各方面的能力。然后對提出的各種方案進行評價，找出最佳方案，培養學生獨立設計的能力。

2.采用現代設計方法，提高設計的趣味性和快捷性。

提高學生學習興趣是保證教學質量提高的條件[5]。以往的課程設計和作業的檢查結果僅僅是幾張圖紙和設計報告，這樣設計的機構或者機器能否在實際中應用，取決于采用的模板的正確性的高低，所以學生設計的積極性不高。隨著計算機虛擬設計技術的發展，采用軟件進行機構設計和虛擬裝配，并對機構進行運動學仿真成了設計的發展方向，很多企業設計了相關軟件，而且學生學習計算機軟件的積極性很高，在作業和課程設計環節，要求學生采用軟件設計、裝配和校核顯得很有必要。如對凸輪機構進行設計時，傳統方法采用反轉法，需要學生具備掌握分度和截取線段的能力，由于累計誤差的存在，往往造成同一個題目會出現好幾種凸輪圖形，這樣既浪費了時間，又不能提高精度。采用企業開發的軟件進行設計時，僅僅輸入導程就可以生成凸輪形狀，既快捷又可以驗證學生平時的想法，有利于提高興趣。對裝配中的干涉問題，傳統方法是通過理論計算，任務量大，由于繪圖誤差而出現誤差，采用軟件（如Pro/E等）對機構設計方案進行虛擬設計、裝配和運動學仿真，并快速驗證干涉性。軟件的虛擬功能的運用加快了機械設計的步伐，提高了驗證的速度和精確性。學生通過這樣的練習和鍛煉，不但提高了軟件設計的熟練程度，而且看到自己設計的成果的虛擬動畫，大大提高了成就感和學習興趣，出現了老師沒有想到的結果，強化了教學效果。

3.采用小組完成同一題目的方式，鍛煉學生的協調合作能力。

由于學生人數的增加、教學時間的安排和教學進度的要求，課程設計采用每人一個題目成了機械原理課程設計的軟肋，很容易造成學生大面積抄襲，既不利于學生能力的提高，又浪費了時間。采用一組完成一個題目的方式，每組設一個組長，負責安排設計進度和領導小組人員進行整體方案設計，每個小組成員負責其中一個環節的設計和校核。由于組長是大家選舉出來的，很有領導能力，有利于整個小組工作的開展。設計題目是學生自己選的，興趣較高，從心理上學生已經把課程設計當成了愉悅的工作，參與意識非常高，設計的積極性高。在有限的時間內完成課程設計，小組成員能充分發揮特長，協調一致，相互探討，形成協助意識，增強團隊意識和責任感，有利于快速適應未來的工作崗位。

4.擴展課外知識，提高實際應用能力。

培養應用型人才的目的就是為地方經濟服務。在機械原理課程的講授過程中，以應用型為主要目標，教材內容具有滯后性，要培養適應當下的應用型人才，就要結合當地特色講解機械行業中所用到的機械原理的相關知識和機構原理。基于網絡的多媒體課堂教學是將多媒體技術和網絡技術結合應用于課堂教學，實現教學過程的創新和優化[6]。通過播放科技展覽的視頻和實地參加科技展覽的方式，讓學生接觸實際所采用的機構知識。

四、結語

以應用型為主的CDIO工程理念在機械原理教學實踐中，優點明顯，能夠有效提高學生的工程能力和個人綜合能力。通過實踐，學生建立了工程理念，激發了學習興趣，提高了團隊合作能力，很多學生已經不再把《機械原理》課程的作業和課程設計看成負擔，而是樂在其中。

參考文獻：

[1]孫亮波，孔建益，黃美發，桂慧.在機械原理教學中引入機械創新設計項目的研究與實踐[J].設計與研究，2010，12（37）：21-23.

[2]徐琳，唐晨，錢靜，秦虎，孟慧.大學生專業興趣度與轉專業傾向及行為的關系[J].心理學研究，2011，4（3）：72-76.

[3]陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創新的啟示[J].中國高教研究，2006，（11）：139-140.

[4]陸繼慶，徐慶.基于CDIO模式的“電子技術綜合設計”課程改革[J].電氣電子教學學報，2011，33（5）：22-23.

[5]武子軒.淺談如何培養技校學生學習電工學課程的興趣[J].科學之友，2010，04（12）：123-124.

[6]金升燦，韓英.基于網絡的多媒體課堂教學模式的研究與實踐[J].計算機教育，2010（1）：132-134.