基于CDIO的機械原理綜合考核方法改革與實踐

田桂中 李濱城 周宏根 李純金

[摘 要]作為教學(xué)效果最具時效性和導(dǎo)向性的檢測手段，考核方法是課程教學(xué)及其改革的重要組成部分。根據(jù)CDIO教學(xué)模式改革需要，機械原理綜合考核方法涉及課堂參與度、課外項目驗收和課程基本知識等多個方面，貫穿課堂教學(xué)全過程，需處理好教學(xué)理念和教師、學(xué)生、教學(xué)資源等投入問題。實踐證明，機械原理綜合考核方法可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]機械原理 CDIO 綜合考核方法 課堂參與度 課外項目驗收

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）08-0138-03

機械原理是機械類和近機類專業(yè)的主干技術(shù)基礎(chǔ)課，是理論課程向?qū)嵺`課程過渡的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)機械類高級工程技術(shù)人才的基本知識和技能、創(chuàng)新能力、基本素養(yǎng)等方面具有關(guān)鍵作用。[1]隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展，新型機械產(chǎn)品及其工作原理層出不窮，對傳統(tǒng)的機械原理課程教學(xué)和考核方法提出了綜合改革要求。[2] [3]課程考核既是教學(xué)的重要組成部分，也是檢驗與保證教學(xué)效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和手段，是課程綜合改革的重要組成和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。筆者探索一種符合機械原理項目式教學(xué)模式的綜合考核方法，經(jīng)多年教學(xué)實踐證明，效果顯著。

一、綜合考核方法改革必要性

國內(nèi)眾多高校長期進行機械原理課程教學(xué)模式改革的探索，尤其是課程體系和內(nèi)容[4] [5]、教學(xué)手段和方法[6] [7]等方面的改革與實踐，但是考核方法仍以考試模式為主，進行小范圍內(nèi)修補性改善工作的實踐[8]，仍以“知識量化記憶考查”為主，期末考試決定課程成績，使學(xué)生產(chǎn)生“考前突擊”和“只注重理論知識”的應(yīng)試心理，形成“重知識輕能力”的不良導(dǎo)向，導(dǎo)致學(xué)生平時上課積極性不高、動手實踐活動興趣不足和創(chuàng)新思考意識不強等問題，這勢必影響課程教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

結(jié)合江蘇科技大學(xué)機械制造專業(yè)試點的國家級“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”項目，深化基于CDIO的機械原理教學(xué)模式改革，即在傳統(tǒng)課堂教學(xué)和實驗教學(xué)基礎(chǔ)上，引入計算機技術(shù)和Matlab軟件，進行包括運動分析、力分析、連桿機構(gòu)設(shè)計、凸輪廓線設(shè)計、齒輪廓線設(shè)計和速度波動調(diào)節(jié)在內(nèi)的課外解析法項目研究，要求學(xué)生分成3-4人一組，共同完成其中三類項目的分析建模、編程求解、報告撰寫、演示答辯等任務(wù)，并提交研究報告、Matlab源文件和關(guān)鍵草稿紙等過程材料，進行匯報答辯，研究報告應(yīng)內(nèi)容完整、工整清晰、統(tǒng)一規(guī)范，Matlab源文件應(yīng)運行流暢且具有良好的可讀性。為保證基于CDIO的機械原理課程教學(xué)模式改革質(zhì)量，進行貫穿課程教學(xué)全過程的、配套的多元化綜合考核方法改革與實踐，是十分必要的。

二、綜合考核方法改革與實踐

為消除以“知識量化記憶考查”為主的、期末閉卷考試單一形式的課程考核方法的不利影響，基于項目式教學(xué)的機械原理課程，采用貫穿課程教學(xué)全過程“課堂參與度、課內(nèi)實驗、課外項目和期末考試相結(jié)合”的全方位，多元化綜合考核方法（見表1），基于CDIO的機械原理綜合考核方法的主要改革措施與實踐方法如下。

表1 基于CDIO的機械原理綜合考核方法實施方案

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（一）面向?qū)W習(xí)態(tài)度和基礎(chǔ)能力的課堂參與度考核

隨著高校擴招后學(xué)生基本素質(zhì)的普遍下降，課堂出勤率和參與積極性，普遍也下降。端正學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度并激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，尤其是具有理論性、系統(tǒng)性和工程實踐性的機械原理的教學(xué)質(zhì)量，是建立機械工程意識和基礎(chǔ)能力的有效保證。將學(xué)生分成3人組（最后一組可能為4人）進行編號，按編號分塊安排教室座次，以便于快速統(tǒng)計缺席人員、分組討論、課堂提問和課外項目布置等工作。平時成績按缺勤率扣分和課堂參與度加分計算，總分不超過20分。以56學(xué)時機械原理課程為例，缺勤扣0.5分 / 次，缺勤1 / 3以上者，取消課程考評資格；回答問題或上講臺演示加1-3分 / 次。

根據(jù)面向?qū)W習(xí)態(tài)度和基礎(chǔ)能力的課堂參與度考核計算學(xué)生平時成績，方法客觀、公平、公正、可實施，學(xué)生各自的努力和付出決定平時成績，避免了教師的人為因素影響、點名等考勤的時間浪費，并弱化師生矛盾，重點考核學(xué)生對待學(xué)習(xí)的態(tài)度、從課堂上獲取知識的能力，包括理解能力、計算能力、收集歸納資料的能力、表達能力等。

（二）面向綜合能力和科研素養(yǎng)考核的項目驗收

根據(jù)機械原理課堂教學(xué)進程，課外項目逐一從教學(xué)資料[6]中選擇或自由申請，需教師審核并確認各小組項目差異性和難度，小組成員間須有明確的分工與協(xié)作，禁止以逸待勞。項目完成后，小組提供課外項目研究報告、Matlab源程序和關(guān)鍵草稿紙等材料，并申請答辯。

學(xué)期末，由任課教師組織3-5名教師組成答辯組，對小組及其成員進行課外項目驗收評分。各小組進行課外項目演示匯報，其中項目匯報的程序為：演示5分鐘、總結(jié)匯報3分鐘、回答問題7分鐘，總計15分鐘。根據(jù)考核內(nèi)容與評分依據(jù)（見表2），答辯教師分別評定小組總體成績，再參照小組成員分工、答辯匯報和回答問題等情況，分別確定各成員成績，最后計算答辯組教師評分平均值，即為課外項目成績。

表2 機械原理課外項目驗收考核評分表

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機械原理課外項目研究和驗收過程中，以學(xué)生為主體，教師承擔(dān)指導(dǎo)答疑與考核驗收等輔助工作，重點考核學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識對工程實際問題的分析及解決能力，包括理論聯(lián)系實際的能力，創(chuàng)新開發(fā)能力，自主學(xué)習(xí)、交流溝通、團隊協(xié)作、活動組織等綜合能力。

此外，開展科技論文寫作規(guī)范訓(xùn)練和科研素養(yǎng)教育。在機械原理學(xué)科發(fā)展方向調(diào)研和文獻查閱基礎(chǔ)上，學(xué)生自選題目，如機械發(fā)展史、醫(yī)療機器人、生物機械、仿生機構(gòu)、微小機械等，嚴格按照國家科技論文寫作要求和規(guī)范撰寫報告，獨立完成綜述性論文1篇，包含題目、中英文摘要、中英文關(guān)鍵詞、引言、正文、結(jié)論和參考文獻等部分。依據(jù)論文內(nèi)容完整性、格式和符號規(guī)范性、語言精練性（避免抄襲現(xiàn)象）評判打分，可替換上述三項課外項目的最低分。

（三）課程基本知識考核

期末考試重點考核學(xué)生對課程基本理論、基本知識和基本技能的掌握情況，包括結(jié)構(gòu)分析、運動分析、力分析和連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪及輪系等常用機構(gòu)。采用閉卷筆試模式，包括選擇填空題、判斷題、簡答題和計算分析題等題型。

三、考核方法改革實踐效果與注意事項

通過機械原理課程項目式教學(xué)模式及考核方法改革與實踐，在掌握課程基本理論、基本知識和基本技能基礎(chǔ)上，學(xué)生的機構(gòu)設(shè)計、綜合、創(chuàng)新等專業(yè)能力和系統(tǒng)性工程意識、基本的科研素養(yǎng)得到顯著提高，在后續(xù)的專業(yè)課程，第二課堂（如課外科技制作、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽等），畢業(yè)設(shè)計等學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中充分發(fā)揮，尤其是在第二課堂，機械類專業(yè)學(xué)生興趣濃厚，積極主動，上手快，創(chuàng)意多，動手實踐能力強。近年來，江蘇科技大學(xué)機制專業(yè)學(xué)生的課外科技作品與論文、專利等數(shù)量快速增多，在全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、挑戰(zhàn)杯全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、江蘇省大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽等科技競賽中不斷取得突破，與課程教學(xué)模式和考核方法改革密切相關(guān)。

機械原理綜合考核方法改革與教學(xué)模式改革是一體的，相互支持的，尤其是課堂教學(xué)組織與安排、課外項目實施與考核、期末考試內(nèi)容與試題等方面，存在面廣、點多、工作量大等問題。為保證課程教學(xué)與考核方法綜合改革實踐的效果，應(yīng)注意以下幾個事項。

（一）教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)教學(xué)思想以知識講解為主，要求老師在課堂上把課程知識點講全講透，留給學(xué)生課后思考的疑問和空間越少越好，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣激發(fā)和能力培養(yǎng)。此外，隨著課程學(xué)時的壓縮和新知識的增加，課堂教學(xué)強度越來越大，容易打擊學(xué)生學(xué)習(xí)信心。因此，課堂教學(xué)應(yīng)以學(xué)習(xí)興趣激發(fā)和能力培養(yǎng)為主，要求學(xué)生課后投入一定比例的課外學(xué)習(xí)時間，包括課外項目研究、課外科技創(chuàng)新與制作等內(nèi)容，可參考國外部分國家的課外學(xué)習(xí)時間，約為課堂教學(xué)時間的2倍。

（二）教師的投入

機械原理項目式教學(xué)模式與綜合考核方法增加了課外項目的編程指導(dǎo)與答疑、材料核查、驗收答辯、論文審閱和成績評定等工作，其工作量與班級學(xué)生人數(shù)相關(guān)。以小班學(xué)生30人10組為例，教師工作量投入約為傳統(tǒng)教學(xué)模式的2.5倍。因此，基于CDIO的機械原理教學(xué)模式與考核方法，適合于小班化（30人左右）教學(xué)，否則教師精力難以勝任。

（三）學(xué)生的投入

機械原理項目式教學(xué)模式與綜合考核方法，增加了網(wǎng)絡(luò)自學(xué)、Matlab語言及其編程、課外項目研究與總結(jié)匯報、文獻查閱與論文撰寫等任務(wù)，其課后投入時間約為傳統(tǒng)模式的5倍，是課堂教學(xué)時間的2-3倍。該模式只適合于與專業(yè)項目結(jié)合緊密的技術(shù)主干課和專業(yè)課，一方面課外項目工程實踐性強，另一方面學(xué)習(xí)任務(wù)可行。以每周16學(xué)時（4-5門主干課）為例，課外投入時間約40學(xué)時，平均每人每天學(xué)習(xí)時間共11.2學(xué)時（約9小時），是可以推廣的。

（四）教學(xué)資源優(yōu)化

增加學(xué)生課外學(xué)習(xí)資源的投入和學(xué)生管理的自由度，硬件資源包括自習(xí)教室、開放實驗室、機房等場地，軟件資源包括課程課外項目和本科生創(chuàng)新計劃、機械設(shè)計創(chuàng)新大賽等活動，學(xué)生管理自由度包括教室和實驗室的開放時間、教師答疑時間、宿舍管理方式等方面。

四、結(jié)束語

經(jīng)過長期實踐與改進，基于CDIO的機械原理教學(xué)模式改革采用貫穿課程教學(xué)全過程的全方位、多元化綜合考核方法，涉及課堂教學(xué)參與度、課外項目驗收和期末考試等方面，更加注重教學(xué)過程、綜合能力、學(xué)習(xí)態(tài)度的考核，消除傳統(tǒng)考核方式的形式單一化、內(nèi)容統(tǒng)一化和成績功利化的不良影響，著力調(diào)動學(xué)生積極性和主動性，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，及時考查學(xué)生對新知識的學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，為后繼課程學(xué)習(xí)、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)，實現(xiàn)科研基本思路和規(guī)范的訓(xùn)練，可有效提高學(xué)生知識水平、專業(yè)能力、工程意識和科研素養(yǎng)。

[ 注 釋 ]

[1] 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2013（5）.

[2] 于曉紅，韓建友，邱麗芳，等.深化機械原理課程教學(xué)改革[J].中國大學(xué)教學(xué)，2005（4）：25-26.

[3] 于曉紅，王小群，邱麗芳.機械原理與機械設(shè)計課程體系的優(yōu)化整合[J].中國大學(xué)教學(xué)，2008（7）：34-36.

[4] 陳文華，陳秀寧.“機械原理”課程改革的實踐與探索[J].機械工業(yè)高教研究，2001（1）：71-74.

[5] 顧文斌，王怡，莊曙東.基于卓越工程師計劃的“機械原理”課程改革與創(chuàng)新[J].中國電力教育，2013（16）：100-101.

[6] 李濱城，徐超.機械原理MATLAB輔助分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010（12）.

[7] 宋小芬.高等院校學(xué)生評教方式的利弊及優(yōu)化路徑[J].大學(xué)教育，2012（2）：61.

[8] 胡娟，賀俊林，馮晚平.機械原理教學(xué)方法和手段的改革[J].陜西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006（5）：30-31.

[9] 李宏，張全明，王成志，等.機械原理課程多元化綜合考試方法初探[J].集美大學(xué)學(xué)報，2007（1）：86-88.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]