基于CDIO的機械制造裝備設計課程教學改革

胡清明，徐長順，郭建華，聞全意，曹忠亮，巨勇智

基于CDIO的機械制造裝備設計課程教學改革

胡清明，徐長順，郭建華，聞全意，曹忠亮，巨勇智

（齊齊哈爾大學 機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

機械制造裝備設計課程是機械設計制造及其自動化專業核心課程，針對該課程特點與教學過程中發現的問題，基于美國麻省理工學院等4所頂尖工業大學倡導的CDIO工程教育理念，對課堂教學、實驗教學及考核方式進行改革，并在教學過程中加以實施．針對傳統課堂教學中存在內容枯燥、效率低、實驗教學比重小以及考試形式單一的問題，提出基于CDIO理念以項目為單元對課堂教學和考核方式進行優化，為機械制造裝備設計課程進一步教學的開展奠定了基礎．

機械制造裝備設計；CDIO；工程教育；教學改革

機械制造裝備設計（Mechanical Manufacturing Equipment Design，簡稱MMED）是機械設計制造及其自動化專業必修的課程，隨著國內機械行業不斷發展，我國對裝備設計與制造方向的人才需求量也不斷增大，尤其是重型機械制造和高端機床行業，且國家對專業人才的標準也在逐步提高．打破國外對高精尖智能制造裝備技術出口的壟斷迫在眉睫，改變大型、高精度數控機床大部分依賴進口的局面已成為培養年青一代機械專業人才的首要目標[1]．機械設計制造及其自動化專業的學生肩負著振興我國機械裝備制造業的歷史重任，教師作為學生獲取專業知識的重要載體，其教育方式的選擇至關重要．隨著“互聯網+”“中國制造2025”等重大戰略思想的提出與實施，教育方式也應與時俱進，形成多形式綜合課堂[2-4]．

1 課程教學中現存問題分析

機械制造裝備設計課程內容主要包括機械制造裝備的結構特點、工作原理、機械傳動系統設計、主要零部件設計、制造方法與精度優化等基本理論和知識[5-7]．該課程知識點多、涉及知識面廣、實踐性強．另外，隨著機械行業的迅猛發展和計算機輔助設計制造技術的引入，典型零件的設計方法也趨于多樣化，采用傳統的教學方法難以滿足教學需要．與此同時，國家對裝備制造人才的多元化、復合化以及創新型需求，對本課程進行教學方式和考核方法改革勢在必行．通過企業需要和相關院校該課程進行調研得知，課程教學過程中存在3個方面問題．

1.1 教學方式單一，授課靈活度不夠

課堂教學中，部分教師按照課本上的固有順序，對知識點進行細致且密集的講解，但沒有具體地劃分出書本內容中的重點部分與非重點部分．而該課程的知識點相對較多，要求學生具有較好的專業基礎和綜合知識，從而導致部分學生無法全部消化，降低了學習效率．在教學中有的教師只采用傳統的授課方式，沒有合理利用多媒體，使課堂效率在一定程度上受到了限制，容易導致學生對本門課程產生枯燥感；有的教師以講授為主，不能與學生互動，導致有些學生的注意力無法集中，容易錯過一些書本上的細節．機械制造技術在不斷發展，可是課堂教育卻更新緩慢，對工程軟件的熟悉與運用已成為機械行業不可或缺的能力，但是在教育環節中缺少工程軟件與本門課程的聯動．

1.2 實踐比重較低，學生動手能力不強

由于本課程主要涉及機床典型零部件設計、常見夾具設計和物流系統設計等知識，教學過程中，需要通過實踐環節加深學生對基本原理和典型部件結構的掌握，如組合夾具設計中，通過讓學生拆裝夾具使其真實地體驗不同夾具的結構組成和基本工作原理．實驗教學與理論教學同樣重要，但是在這門課程的教育環節中，實驗教學的比重偏低，導致學生實際動手能力欠缺，甚至在面對真實的機械制造設備而無從下手，甚至有些零部件都無法叫出對應名稱[8]．

1.3 課程考核方式不夠多元化

在課程考核環節，主要以期末試卷成績為主，導致部分學生用突擊復習的方法來應對考試，對知識點的掌握不夠透徹，并沒有真正意義上掌握本門課程的知識[9]．

上述問題在我國高校普遍存在，為了解決這些問題，許多高校依據自身特色提出了相應的教學理念．如中國民航大學、汕頭大學、北方交通大學、燕山大學等都引進了美國麻省理工學院等4所頂尖工業大學倡導的全新人才培養理念—CDIO（構思Conceive、設計Design、實施Implement、運作Operate）工程教育理念[10-12]，這種教育理念與國家在機械專業人才的培養上有諸多相似之處．本文在此基礎上對機械制造裝備設計課程的教育方式進行改革，注重實踐教學，培養學生自主學習能力與分析解決問題能力．

2 教學方式改革研究

2.1 課堂教學改革

雖然課本更新換代的周期需要一段時間，但是教師的教學方法可以靈活多變．學生接受知識的途徑也隨著時代發展而不斷豐富起來，網絡教學的方式，會在一定程度上使學生的注意力更加集中．

（1）將書本上的內容劃分出重點與非重點，非重點內容以傳統形式加多媒體形式進行教學，而針對重點內容，教師組織學生集中討論，并借助齊齊哈爾大學與齊重數重股份有限公司雙方共享受雙跨人才，邀請具有豐富經驗的高級工程師開展講座對制造裝備的學科前沿知識進行介紹．

（2）在課前，將參與課程的學生分成4~5人的學習小組，在講授過程中，教師經常布置一些與講授內容相關的問題，學生在規定時間內以小組為單位進行集中討論．課堂教學由傳統的以教師講授為主，變為以學生討論為主，教師講授為輔．通過工程中的實際案例引導學生思考并先進行討論，逐步引入理論內容．教師作為學生思路的引導者，用適當的方法引導學生自主思考，讓學生在課程學習中也占有一定的主導性，培養其解決問題和團隊協作的能力．

同時，學習小組定期進行組間成員更換，防止同一小組在時間周期變長之后導致的疲倦．在課后，也可以通過學習小組來督促學生完成課后作業或課程設計等．

2.2 實驗教學改革

實驗教學在機械制造裝備設計課程中，與課堂理論教學同等重要，是理論教學的深入．理論是基礎，而實踐就是驗證并利用理論的環節，實驗教學應貫穿整個學習過程的始終．

（1）提高實驗教學在整個教學環節中的比重，讓學生設身處地了解并熟悉機床的結構、傳動精度等實際問題．提高學生的動手能力、觀察能力、分析能力以及解決實際問題的能力．

借助黑龍江省智能機床研究院和智能制造裝備協同中心，引進企業導師對學生進行實踐環節的指導，增加學校與機械相關企業的學生實習合作項目，提高學生在實驗教學環節中的實踐質量．不僅讓學生能夠在學校的實驗室中接觸到機械制造設備，也能夠有機會在保證絕對安全的條件下到相關企業去學習先進的機械制造技術與方法．

（2）隨著信息時代的發展，企業在進行機械制造時，工程軟件的使用覆蓋率越來越大，而且工程軟件的運用在很大程度上促進了生產效率，與此同時，提高了對專業人才的要求．學校也開展了很多相關工程軟件的課程，但是往往軟件的學習課程都是獨立出來的，沒有和實際的工程實例相結合，教師在課堂上列舉的大多是一些比較普通且與實際不一定相符的實例．在實驗教學的過程中，增加工程軟件結合實際工程問題的案例教學，并由企業提出一些以往遇到的實際問題，交給學生來分析處理，學生利用軟件教學課程上學習到的方法加以應用，并將其解決．如針對現有銑鏜床進行改造，通過給學生設置如何在現有數控銑鏜床上增加自動換刀裝置和換刀機床，引導學生思考如何用UG，Solidworks，Pro/E等三維設計軟件進行虛擬建模．這樣不僅能夠有效降低學生剛步入企業工作時的陌生感，而且還能夠增加工程軟件與工程實例的結合教學，避免紙上談兵，可以大幅度提高學生的實際動手能力與綜合素質．

（3）結合齊齊哈爾大學與齊重數控裝備有限公司共建和人才共享機制的基礎，通過讓高校教師進入企業和邀請企業專家走進課堂等模式，充分發揮企業專家實踐能力強的特點對學生進行授課，激發學生的學習興趣，同時通過校企合作科研項目合作，有效促進教師科研能力和實踐能力的提升，將更多的青年教師引入企業，有助于雙師型教師隊伍建設，為培養理論與實踐兼備的現代機械制造裝備人才提供保障．

2.3 考核方式改革

傳統考核中，主要以試卷形式為主，這種形式易使學生產生應試心理，部分學生在突擊復習后雖然考試成績不低，但并未真正理解和掌握課程知識點，做到融會貫通，因此，需對考核環節進行改革．將考核成績的比重按照一定比例分開，課堂出勤成績＋考試考核成績為40%，實驗教學成績為30%，工程軟件與工程問題實例相結合的課程設計成績為30%．

考試考核仍然以試卷形式為主，在以往的固定考試內容的基礎上，減少客觀題的比重，增加主觀題的比重，引導學生運用多個知識點去解決問題．如在考核過程中設計題為“機床的主傳動系統設計中轉數為何滿足等比數列？”有效地避免學生突擊復習，在這樣的題型設計下，只有真正學通、學懂機械制造裝備設計的學生，在主觀題中能夠答出更高的分數，從真正意義上引導學生思考，培養學生解決問題的能力．

實驗教學環節的考核中，將學生分組，每組給出不同的實驗題目，在教師的監督下對每組學生進行考核，并根據組內每名學生的具體任務輕重來給出分數．

課程設計的考核中，同樣將學生分組，由教師為每組的組長分配與組員數量相等的不同的設計任務，再由組長傳達給每位組員．在課程設計結束之后，由教師組成答辯小組，對學生的課程設計內容進行考核．

上述考核方式的結合，可有效提高學生在教學進程與考試考核中的主觀能動性，降低被動且無效地死記硬背書本知識．同時，也可以有效避免傳統考試形式的一些弊端，能夠提高學生的綜合素質和培養學生的綜合能力，讓學生真正掌握知識點，并能熟以應用，為其今后步入企業奠定基礎．

課程中現存問題及相應教改方案見圖1．

圖1 教改方案設計流程圖

3 結語

在機械制造裝備設計課程教學中，基于CDIO理念，在課堂教學、實驗教學以及考試環節等方面進行了教學改革，在極大程度上降低傳統形式上的課堂效率低，課堂形式枯燥單一，突擊復習應試等弊端．經過２年的課堂教學與考核發現，學生對該課程的學習興趣得到提升，且畢業后從事機床相關工作的學生人數也得以增加．同時，以項目方式和小組討論結合，還有效提高了學生理論聯系實際、解決問題、分析問題能力和團隊協作能力，有效地鍛煉了學生解決實際工程問題的能力．從另一方面講，也提高了教師的教學效果．

[1] 王衛兵，魏敏．“機械制造裝備設計”課程教學方法改革與實踐[J]．中國科教創新導刊，2012（14）：205

[2] 王新宇．“中國制造”視域下培養高職學生“工匠精神”探析[J]．職業教育研究，2016（2）：14-17

[3] 李拓宇，李飛，陸國棟．面向“中國制造2025”的工程科技人才培養質量提升路徑探析[J]．高等工程教育研究，2015（6）：17-23

[4] 田曉．中國制造2025背景下高職院校內涵建設研究[J]．輕工科技，2020，36（7）：203-204，206

[5] 徐學林．在《機械制造裝備設計》課程中實施項目教學法的研究[J]．教育現代化，2019，6（67）：175-176

[6] 王利，楊斌．新工科背景下《機械制造裝備設計》課程教學改革探索[J]．輕工科技，2018，34（7）：178-179

[7] 萬林林，伍俏平，鄧朝暉．工程教育專業認證下機械制造裝備設計課程改革[J]．當代教育理論與實踐，2015，7（4）：40-42

[8] 肖曙紅．“機械制造裝備設計”課程教學中創新思維的培養[J]．廣東工業大學學報：社會科學版，2008（S1）：92-94

[9] 樊榮，張秀全．《機械制造裝備設計》理論與實踐一體化教學模式探索[J]．教育現代化，2018，5（23）：105-107

[10] 孫中柏．基于CDIO工程教育理念的機械制造裝備設計教學改革初探[J]．才智，2018（32）：115

[11] 顧佩華，沈民奮，李升平，等．從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J]．高等工程教育研究，2008（1）：12-20

[12] 顧學雍．聯結理論與實踐的CDIO——清華大學創新性工程教育的探索[J]．高等工程教育研究，2009（1）：11-23

Teaching reform of mechanical manufacturing equipment design based on CDIO concept

HU Qingming，XU Changshun，GUO Jianhua，WEN Quanyi，CAO Zhongliang，JU Yongzhi

（School of Mechanical and Electronic Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

The mechanical manufacturing equipment design is a one of the major compulsory courses for mechanics majors．Based on course characteristics and existing teaching problems，we focused on the teaching reform during the classroom teaching，experimental teaching and examination according to the CDIO engineering education concept，which was advocated by the worldwide top 4 industrial universities including MIT in the United States．Aiming at the problems existing in traditional classroom teaching，such as dull content，low efficiency，small proportion of experimental teaching and single examination form，proposed to optimize classroom teaching and examination method based on CDIO concept and taking project as unit，which lays a foundation for further teaching of machinery manufacturing equipment design course．

mechanical manufacturing equipment design；CDIO concept；engineering education；teaching reform

TH12-4∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.10.019

1007-9831（2020）10-0086-04

2020-06-15

教育部產學合作協同育人項目（201901145012）；黑龍江省教育廳高等教育教學改革研究項目（SJGY20190715）；黑龍江省省屬本科高校基本科研業務費科研項目（135409604）；齊齊哈爾大學第五批本科課程教學方法和考核方式改革項目——機械制造裝備設計

胡清明（1985-），男，江西遂川人，副教授，在讀博士，從事現代機械傳動技術、數控加工與仿真研究．E-mail：huqingming1267@126.com