基于CDIO理念的“機械原理”課程教學改革研究

姚敏娟 辛紹杰

【摘 要】本文闡述CDIO理念在“機械原理”課程教學的應用，以項目為主線、貫徹CDIO教學模式的構思-設計-實現-運作四個環節，把應達到的知識目標、能力目標和素質目標融入到項目教學中，對課程的綜合考核實施提出了一些改革的策略和方法。

【關鍵詞】CDIO；項目構思；項目設計；項目評價；課程考核

前言

以知識傳授為主導的“機械原理”課程教學方法制約了學生的學習主動性及其創新潛能的發揮，往往學生在碰到具體工程問題時就不知所措，自己不能分析問題并解決問題。因此，如何在課程教學中培養學生分析問題、解決問題的能力，是本課程教學急待解決的問題。

CDIO即代表構思（Conceive）-設計（Design）-實現（Implement）-運作（Operate），其教育理念的核心是培養學生基礎知識、個人學習能力、合作能力、創新能力四個層面的能力。將教學內容與工程緊密聯系，激發學生創新意識及創新能力，滿足社會對工程人才知識結構和素質能力需求的新型課程教學模式是解決當下工科高校人才培養中出現的重理論教學輕實踐教學，學生眼高手低理論聯系實踐能力不強和自主學習能力差等問題。CDIO教育模式倡導在職業環境下根據人才培養目標和能力培養體系，采用教學做一體化方式，通過以實際項目為載體的教學任務，達成教學目標的基本理念和方法。強調在真實的項目中“做中學”、“學中做”，更加強調在真實的職業環境中開展教學，培育人才。

一、基于CDIO理念的“機械原理”課程教學改革實踐措施方法

以項目為主線，把應達到的知識目標、能力目標和素質目標融入到項目教學中，其項目分為三級，一級項目以章節的主要知識點為基礎進行設置，項目的題目及要求由老師根據課程內容設置，學生必須根據所給定項目的要求，采用CDIO的構思-設計-實現-運作完成項目。例如：凸輪機構廓線設計，學生拿到題目后首先“構思”該一級項目可以由兩種方法完成：1.圖解法，采用按比例作圖的方法獲得凸輪的廓線；2.解析法，采用數學建模并利用計算機編程最后得到凸輪的廓線。再根據自己所選擇的方法“設計”制定廓線設計的路線方法，步驟，最后得到設計結果：圖解法繪制的廓線和解析法獲得的廓線，“實現”完成本項目。由老師最后打分評價項目完成的優劣。完成課題的“運作”。一級項目由教師設定項目并由學生單獨完成。二級項目一般以章為單位進行設置，例如連桿機構設計、凸輪機構設計、齒輪機構設計等，對于二級項目題目的選擇，學生可以選擇老師給定的題目，也可自行擬定項目，只要最終能達到項目要求。完成對項目的‘構思-‘設計-‘實現，最后由老師作出評價，完成項目的‘運作環節。三級項目一般放在課程的后半段實施，由學生自行構思設計一裝置，至少包含學過的兩個或以上機構，并要求來源于工程實際，以小組形式合作共同完成。為了確保各級項目的順利完成，項目設置的難度把控就尤為重要，在每一級專項目都必須提供足夠的樣例示例，以各種方式進行展示：多媒體、動畫、實物等，并在相應的項目完成階段提供足夠的資料查詢和必要的輔導。使學生循序漸進，從易到難完成課程要求的各級項目，最后完成項目目標。對于三級項目，項目的‘實現環節除需要完成項目報告外，必須提供項目模擬樣機，考慮到實際的可操作性，一般要求學生采用計算機技術通過及建模軟件來實現。

二、課程綜合考核方法的改革與實踐

為了使項目教學有效的激發學生學習的動力，傳統的以“知識量化記憶考察”為主的、期末閉卷單一的考核方法必須改變，采用課堂參與度、課程實驗、課外項目和期末考試相結合的全方位多元化綜合考核方法（如表1），具體基于CDIO理念的“機械原理”課程教學考核的辦法如下。

（一）學習態度及基礎能力的課堂參與度考核

端正學生的學習態度，激發學生學習興趣，提高課堂教學質量，是實現像兼具理論性、系統性及工程實踐性的機械原理課程教學目標的有效保證。出勤率10分，缺勤扣1分∕1次，缺勤超過總課時1∕3者，取消課程考評資格；作業5分，有教師綜合評定；課堂問題回答5分，有教師根據每位學生的課堂回答問題等表現綜合評分。考核標準公開，通過這種方法考核計算學生的平時成績，方法較客觀，可操作性強。

（二）課內實驗的考核標準

課內實驗主要訓練學生的基本實驗動手能力。總分10分，最后由實驗教師根據學生實驗完成情況及實驗報告完成情況綜合評定，為保證每位學生都能得到基本實驗動手技能的訓練，規定若未完成實驗或未交實驗報告者取消課程考評資格。

（三）課外項目的考核驗收

課程中的一級及二級子項目要求每位學生獨立完成，考核分值為20分，以項目報告形式提交教師評閱。三級項目以小組形式進行，小組成員間必須有明確的分工協作，嚴禁不勞而獲，濫竽充數。項目完成后提交研究報告，并組織3～5位任課教師進行項目答辯，對項目進行驗收評分。考核分值為20分，答辯小組根據項目小組的分工不同針對性進行給分，主要從項目匯報、問題回答及項目程序演示多角度綜合評分。重點考核學生應用所學知識對工程實際問題的分析解決能力，創新開發能力、自主學習、團隊協作、交流溝通等能力。

（四）課程基本知識考核

期末考試重點考核學生對課程的基本知識、基本理論、基本技能掌握情況。具體包括機構的結構分析、運動分析、力分析；常用機構的設計：連桿機構、凸輪機構、齒輪機構及輪系。采用閉卷筆試的方式進行，題型包括填空題、是非題、選擇題、計算題、作圖題及問答題等多種題型。

參考文獻：

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[4]王知行.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

作者簡介：

姚敏娟 （1970—）女，上海電機學院機械學院，講師，碩士，研究方向：機械設計及理論。

辛紹杰 （1963—）男，上海電機學院機械學院，教授，博士，研究方向：機械設計及理論、機器人技術。