CDIO模式下機械設計系列課程改革與實踐的研究

摘 要：基于CDIO理念，以機械設計系列課程體系為載體，旨在通過機械設計課程體系和教學內容的改革，強化工程理念，激發學生參加各類工程實踐活動的熱情，進而探索一條“集工程知識、能力和素質于一體、實現實踐教學和理論教學無縫對接”的在“CDIO做中學”教學模式。

關鍵詞：機械設計系列課程 CDIO 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2015）06-235-02

高等學校肩負著為國民經濟各部門提供技術人才的重任，是集國家知識創新和知識傳播于一體的重要陣地。以培養具有持續創新能力為己任的高等教育，必將為國民經濟的發展和國家軟實力的提升提供堅實的人才基礎。

改革開放30多年來，“中國制造”以價廉、量大迅速占據國際市場，在一片衰敗的經濟中一支獨秀，連續多年保持中國經濟快速增長的強勢勁頭，以后來居上的強者風范接連追趕法、英、德、日，成為世界第二大經濟體。但以低技術含量、粗放型經濟增長模式為代價的經濟繁榮，在展現綜合國力強勢上升的同時，也使我國飽償了犧牲環境和能源所帶來的沉重代價。

實現中華民族的偉大復興，構筑“強國夢”，必需具有創新型的原創設計，擁有高素質、創新能力的工程類人才，是中國成為高科技含量的“機械設計強國”的不竭動力；中國設計必然要經歷一次脫胎換骨的質的飛躍，即從最初的仿照設計向創新設計過渡，進而完成擁有知識產權的原創設計，從而進級具有高技術含量的“機械制造強國”。

基于CDIO理念，以機械設計系列課程體系為載體的課程改革，旨在通過機械設計課程體系和教學內容的改革，強化工程理念，激發學生參加各類工程實踐活動的熱情，進而探索一條“集工程知識、能力和素質于一體、實現實踐教學和理論教學無縫對接”的符合時代需求的工科人才。

一、機械設計系列課程的內涵

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate），其源于杜威的“做中學”思想，將實踐教育融于與理論教育中。其重要性在于提供了一個很好的框架和理念，使學生能夠以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程{1}。體現了現代工業產品從構思、研發到運行改良乃至終結廢棄的生命全過程{2}。

機械設計系列課程在機械學科整個教育進程中，肩負著培養具有時代需求原創性設計能力的機械設計人才的重任。機械設計系列課程是指《機械原理》、《機械設計》及《機械精度設計與檢測基礎》等課程，在機械大類培養中肩負著構思（Conceive）機構設計方案、對機構的運動學分析、動力學分析，利用強度和剛度設計準則將機械方案中的機構設計轉化成零、部件的結構設計 （Design），進而對滿足互換性生產的零、部件實施（Implement）精度設計，最終運行（Operate）的結果是可加工的機械設計圖紙。因而機械設計系列課程在機械設計人才培養模式中，是踐行CDIO工程理念從最初的產品構思到最后機器成品運行的過程的最好詮釋和最佳實施載體。

二、“機械設計課程設計體系”傳統教學的弊端

機械設計系列課程在教學環節中由理論教學和實踐教學組成。理論教學在高等教育中承載厚重理論基礎的作用，實踐教學在于檢驗理論教學的同時又拓展了理論教學的內涵，因而在教學環節中占據著理論與實踐有機結合而又相互促進的重要地位，是學生從簡單的基礎認知上升到復雜的綜合運用、從知識的原始積累到工程能力不斷提升的過程，也是激發學生培養創新思維的重要環節。但在傳統的機械設計系列課程體系教學過程中，“重理論、輕實踐”導致高校過分關注理論基礎，應試教育的結果，割裂了理論與實踐之間的關系，造成學生只關注考試內容，忽視工程設計與實踐，加劇工程教育科學化趨勢愈演愈烈。高等教育對工程技術人才的培養嚴重偏離了工程技術的軌道、出現了理論與實踐嚴重的脫節，所學知識無法應用于工程實際，在課程設計和畢業設計的諸多環節都驗證了學生在工程實際設計中的蒼白：在機械系統方案設計中學生無法將所學常用典型機構設計恰當地運用到綜合設計中；在機械設計課程設計過程中，無法將教材理論內容升華到工程實際運用中，比如在傳動系統參數選擇過程中，單純強調理論內容而不考慮工程實際，甚至在裝配圖、零件圖中根本沒有機械精度標注的概念。原本關系密切的三門課程，因為分在不同學期的講解，而被學生認知為彼此獨立的知識點。學完全部課程后，即使掌握了相關理論，而在解決工程實際運用時卻不知如何下手。“重理論、輕實踐”的教育后果，使工程人才的培養偏離了時代的需求，出現大量畢業生找不到工作的同時企業卻出現嚴重的用人荒的尷尬局面。在華跨國公司和國內科技公司的人才需求調研結果，讓所有從事高等教育的人感覺震驚：在數以千計的工科院校中，只能從國內10～15 所大學雇傭到合格的工科畢業生{3}。這就意味著高等學校在人才培養的模式上有著難推其咎的責任。倡導CDIO工程理念，重構課程體系和課程內容，培養具有創新能力的高素質人才是21世紀高等教育亟待解決的課題。

三、CDIO工程教育模式下機械設計系列課程的教改措施

基于CDIO教育理念對機械設計系列課程體系的改革，突出機械設計的構思多樣性（綜合性、多解性、再設計、創造性等）和機械設計中的共性內容{4}。強調設計思想、設計方法的培養和實施，是構成工程教育中極為重要的一環，課程內容不僅有很強的系統性、理論性，而且具有很強的實踐性。因此機械設計系列課程在教學過程中向學生傳遞的教學理念，直接關系到機械類人才培養的質量。采用CDIO理念，將機械設計系列課程體系內容按照構思—設計—實現—運行四個層面進行課程內容設置，探索教學內容在“CDIO做中學”的教學模式，是我們本次進行課程體系改革的關鍵。

1.“構思”優化課程體系和教學內容。將CDIO教育理念融于課程體系中，將人才培養設定在CDIO的背景環境下，強調基礎知識學習服務于工程實踐。

基于CDIO理念，進行課程內容整合，幫助學生建立機械設計課程群的概念。如從機器的構成講起，幫助學生梳理機械設計系列三門課程在整個教學計劃中所起的功用和在工程實踐中所扮演的角色，以圖1所示的機械設計課程體系關系圖講清三者之間、諸多先修課程之間的關系，建立課程群的概念，讓學生清楚各門課程體系之間的相互交叉和融合，以及在工程實踐中所起的作用。通過機械設計課程群的建立，明確理論教學的最終目的是為工程實踐中的機械設計服務的。通過重構理論體系，加強課程教學內容對工程實踐的對接關系，培養出集工程知識、能力和素質于一體、實踐教學和理論教學無縫對接的工程人才，重點推動基于工程實踐的學習、基于工程設計的學習、基于工程案例的學習等多種研究性學習方法，不斷強化學生創新能力的培養。

圖1是我們在機械設計系列課程緒論課中向學生講解的機械設計系列課程群之間的關系圖。

2.“設計”教學方式和教學方法。傳統機械原理課程講授過分注重課程體系的完整性，以注重圖解法教學和單一典型常用機構講解為基礎，而對機構綜合設計特別是機械系統方案設計涉及較少，對實用性較強的解析法講解不多，這就導致培養對象在進行相關設計時，只學會單一機構設計并能進行相關分析，而對研究對象整體進行機械系統方案設計時，缺乏機構創新能力和綜合運用能力。

因而在機械設計系列課程講解過程中，基于CDIO工程理念，精心“設計”教學環節，給學生創造融理論于實踐中的接觸式的學習方式，幫助學生建立認知課程體系，通過認知課程體系加深學生對基礎理論理解和運用。從提升學生創新能力、工程設計與實踐能力出發，在理論教學、實驗教學和實踐教學三個方面進行課程體系改革，在課堂教學中增加工程實際案例，在實驗與實踐教學環節中有目的加入提升創新能力培養因素，使創新能力培養與課堂教學融于一體，探索出一條集科學研究與工程能力培養相互促進的途徑。

3.“實現”注重實踐教學環節。從“提升工程創新意識和強化工程能力為目標”的寬口徑、多渠道培養原則出發，改革實踐教學環節。在充分把握好第一課堂教學的同時，帶領學生開辟第二課堂教學活動，通過參加科研活動、機械原理和機械設計的創新大賽，培養學生在兼備專業基礎知識同時，具有良好的人際溝通能力、團隊協作精神和較強的工程實踐能力。例如在機械原理課程設計環節中，由最初教師指定課題轉化到2～3人一組，按照全國機械設計創新大賽模式，在課程設計環節向學生推出2～3個設計主題思想，由各組學生自由選擇，完成相應的課程設計。在答辯環節中，增加學生自述、教師點評和學生互評環節，選出優秀的設計團隊參加兩年一度的全國機械設計創新大賽，在進一步拓寬學生創新視野的同時，對提升學生的創新思維和工程理念的培養，起著巨大的推動作用。在佳木斯大學校園里有越來越多的同學紛紛加入各種科技興趣小組，在參加全國各級大學生科技創新活動中取得了成績，激發學生將所學內容應用工程實踐的濃厚興趣。

4.“運行”提升學生工程實踐能力。目前CDIO模式在國際高等教育中運行良好，其普適性和可操作性，決定其人才培養層次的多樣化。在集大眾教育和精英教育于一身的高等學府中進行CDIO模式教育，為社會提供高素質的人才做好技術儲備。近幾年來，通過教師精心設計的教學環節，培養學生在基礎、實踐并重的同時，注重加強學生創新能力的培養，越來越多的科學技術小組的出現。佳木斯大學正在不斷調整自己的教育目標，為高等學校快速實現與社會接軌，正步入為社會培養合格的工程技術人員的健康軌道上。

結語

通過機械系列課程體系的改革和實踐，探索了教學內容在“CDIO做中學”的教學模式，加強課程體系、課程內容和教學方法的綜合配套改革，強化了學生工程意識的培養和團隊協作精神；探討機械類本科生工程能力與創新能力的培養、構成及生成機制，將創新教育與工程教育滲透到專業教育之中，為培養具有工程理念的高素質、創新型工程人才奠定了基礎。

[基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目：地方高校機械類專業創新應用型人才培養模式的構建與實現（JG2013010516）；佳木斯大學教學研究重點項目：地方高校機械類專業創新應用型人才培養模式的構建研究（JYLA2012-006）]

注釋：

{1}厲威成.CDIO模式的教育理念及其實踐研究[D].四川師范大學，2012

{2}林藝真.CDIO高等工程教育模式探析[J].哈爾濱學院學報，2008（4）

{3}林鍵.高校工程人才培養的定位研究[J].高等工程教育研究，2009（5）

{4}鐘毅芳.機械設計原理與方法[M].華中科技大學出版社，2007.2

（作者單位：佳木斯大學機械工程學院 黑龍江佳木斯 154007）

[作者簡介：劉桂珍（1965—），女，黑龍江尚志人，副教授；于影（1962—），女，黑龍江佳木斯人，教授。通訊作者：于影]

（責編：若佳）