基于CDIO模式機械制圖課程科研項目式教學的實踐

張興麗 孟兆新

摘要：機械制圖課程是高等院校重要的工科專業基礎課程，注重培養學生的實踐能力和創新意識。文章基于國際先進的CDIO教育理念，將科研項目引入機械制圖課程中，探討了讓學生以小組形式開展科研項目的具體方案。以科研項目形式對機械制圖課程的改革可以大幅度增強學生的實際動手能力， 全面提升工程素質和綜合素質。

關鍵詞：CDIO工程教育模式；機械制圖；科研項目；實踐能力

一、引言

機械制圖是所有工科大學生走進大學校園最先接觸到的專業基礎課程，這樣安排，旨在以該課程作為起點，激發學生關注工程實踐的相關問題以及科學技術的前沿問題。學生通過觀察生產生活中存在的問題，主動積累工程知識，培養分析問題的習慣和能力，提升自身工程科學的素質。當前，大部分高校的機械制圖課堂仍主要通過單純板書或多媒體加板書的教學方式，注重投影理論、三維視圖的閱讀與繪制、圖樣表達等基礎知識和基本能力的傳授與訓練，忽視了對學生實際工程能力的培養，造成很多工科畢業生實際工作能力與企業的要求相差甚遠，不能為我國的工業化進程產生強大的推動力。

CDIO模式是國外大學提出的一種新型工程教育模式，CDIO分別代表構思 （Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）。CDIO模式的教育理念是通過工程實踐讓學生了解產品從研發到運行的每個環節，然后根據研究發展方向和產業需求，主動學習相關課程。由此可見，CDIO工程教育模式注重通過參加實踐活動對高質量應用型人才的培養。隨著我國卓越工程師教育培養計劃的啟動，國內越來越多的高校重視借鑒CDIO工程教育模式來提升學生的工程實踐能力，目前已有57所高校基于CDIO教育模式對機械類、電氣類等專業課程開展了教育教學方面的改革，并取得了卓著的教學成果。美國、日本已將CDIO的工程教育理念引入到工程制圖課程中，以產品的設計和制造為主線，在教學過程中強調培養學生嚴謹的工程意識和基本的工程素質。本文基于CDIO的教育理念，結合機械制圖課程實際特點，探討以創新科研項目為導向提升學生實踐能力的具體措施。

二、以科研項目形式進行機械制圖課程改革的實踐

（一）科研項目實施的具體流程和方法

根據機械制圖課程實踐性強的特點，學生在學習了機械制圖的基本理論、國家標準以及基本計算機繪圖方法后，在學生中間開展小的創新科研項目是提升其工程素質的有效途徑。項目的流程圖如圖1所示，通過創新科研項目能夠使學生親身經歷產品從研發到制造的整個過程，提高實踐工作能力。

1.創意構思，確定研究對象。

開展科研項目之前，組織學生到實習基地參觀和實習。在課堂上對學生講解機械產品設計、制造、使用和維護方面的入門知識，開闊學生的視野，激發學生積極參加創新科研項目的熱情。同時引導學生養成善于觀察，勤于思考的習慣，對生產生活中感興趣的科學問題進行提煉。將學生分成幾個課題小組，每個小組展開頭腦風暴，積極構思要設計一個什么樣的產品或機構，需要具備什么樣的功能，可以解決哪些實際問題，從而確定項目最終的研究目標。鑒于大一新生的專業知識儲備不足，教師需要對科研項目的可行性進行把關，及時把每個小組項目存在問題以及改進意見反饋給學生，讓學生修改后進行項目的整體方案設計。

2.整體裝配設計和零件詳細設計。

在進行產品裝配結構設計及零件的詳細設計時，學生可以將機械制圖已經學過的理論知識與實踐相結合，鍛煉了學生的構型設計能力、圖形表達能力、計算機應用能力等。教師要保證定期與學生之間進行有效的溝通交流，在知識技術層面上對學生進行耐心指導，在學生遭遇失敗、情緒低落時從精神層面鼓勵他們要重拾信心，迎難而上。

3.3D打印，裝配調試。

3D 打印技術的應用打破了傳統制造的局限性。它可以將許多難以加工或無法加工的形體展現在人們面前。借助3D打印技術，學生能夠實現將科研項目的三維數據模型制造出立體實物，縮短了產品創意與成品之間的距離，增強了學生設計的成就感。在3D打印機輸入的三維圖形文件是STL格式，這需要學生掌握使用Solid Works、UG等三維圖形軟件繪圖的能力，另外還需要學生自己去學習和補充3D打印技術的相關知識，培養學生的自主學習能力。將打印出來的零件按照一定裝配關系安裝在一起，并對最終設計產品進行調試。在調試過程中，學生通過發現問題、分析問題、解決問題，不斷將理論與實踐相結合，鍛煉學生面對問題積極尋找解決問題方法和途徑的工程實踐能力。

4.整理研究報告，驗收總結。

在項目進行期間，要定期檢查項目的進展情況，及時對項目中存在的問題進行總結和糾正，期末要對每個小組的科研項目進行驗收。每個學生需要交一份手繪的零件圖、計算機繪制的裝配圖，每個小組要提交利用3D打印技術打印出來的實物模型以及結題報告。科研項目的評分將占課程總成績的50%以上，充分體現科研項目在整個機械制圖課程中的重要性。可以評選一些項目參加全國的機械設計大賽、大學生創新創業大賽等，還可以將優秀的科研項目推薦到企業，實現科技成果的轉化。

（二） 科研項目引入對學生工程素質培養的效果分析

1.激發學生學習的主觀能動性。

具有CDIO特色的機械制圖課程強調課堂上教師的引導作用，學生是主體。通過在學生中開展科研項目，切實將老師的作用從傳授知識轉變為培養學生的學習和創造能力為主。學生作為主體，在項目實施過程中去主動學習和補充一些課程之外的知識。提高了學生的學習熱情，同時，通過學習拓展學生的知識面， 初步培養學生進行科學研究的能力。特別是大一新生對大學教育充滿了好奇，更應該發揮機械制圖實踐性強的優勢，積極誘發學生自主擴展知識的能力、動手操作能力以及創造能力，為后續其它專業課的學習打下堅實的基礎。

2.提升學生的工程實踐能力和創新能力。

通過參與科研項目，使學生經歷一個機械產品從構思到實物模型的各個環節，學生的動手能力得到增強，理論知識運用能力得到很大的提高，為畢業后參與產品的設計研發積累一定的實踐經驗。在選擇研究主題的過程中，學生初步形成創新性思維，通過仔細觀察生活中的平常事物獲取靈感，調研國內外的研究現狀，挖掘有研究價值的課題；在項目的設計過程中，學生初步了解開展科研工作的流程和方法，為以后學業上的繼續深造或進行研發工作打下堅實基礎；在調試產品過程中，學生通過積極思考獲得解決問題的良好途徑，培養了嚴謹的工作作風，提高了自身的創新能力和工程綜合素質。

3.培養學生的團隊協作精神。

每個科研項目小組都有一位總負責人，負責協調各階段出現的問題，保證項目的順利進行。項目組的每個成員都有明確的分工，在初期查閱資料學習的階段，需要學生主動學習自己負責的工作，并且在學習之后向其他同學講解，整個項目小組形成相互學習，互相溝通，共同努力的學習氛圍。在后期調試過程中，項目組成員一起發現新問題，一起解決。因此，科技項目的開展不僅僅有助于學生專業知識的提高、創新能力的培養，還有助于培養小組成員團隊協作能力和與他人進行思想溝通的能力，實現向現代化工程理念的轉變。

4.磨練學生的意志品質。

進行科研項目常常會遭遇失敗，有的學生遇到困難就會對自己產生懷疑，缺乏責任感，產生放棄的念頭，此時正是對學生意志品格的磨練，學生具有頑強的毅力、執著的精神才能戰勝挫折和失敗。

三、結語

目前我國正在組織實施“卓越工程師教育培養計劃”，大學教育更加重視學生的工程綜合素質和實踐能力的培養。借鑒CDIO的教育理念，以學生進行一個小的科研項目形式對機械制圖課程進行改革，可顯著提升學生的學習能力、創新意識和實踐能力，滿足社會對高質量應用型人才的需求。

參考文獻：

[1]焦永和， 張彤.我國高校圖學教育的現狀與發展[J]. 工程圖學學報，2004，（4）.

[2] 章毓文，劉煬.工程圖學教學體制現狀分析與解決辦法的思考[J].工程圖學學報， 2006，（4）.

[3] 顧佩華， 沈民奮，陸小華譯. 重新認識工程教育——國際CDIO培養模式與方法[M]. 北京： 高等教育出版社， 2009.

[4] 王偉冰，張東梅，李玉菊. 基于 CDIO 理念的新機械制圖教學模式研究[J].長春理工大學學報（社會科學版）， 2010，（1）.

[5] 梁瑛娜. 國外工程圖學教育及CDIO理念對我國圖學教育改革的啟迪[J]. 教育教學論壇， 2015， 26.