基于CDIO的机械设计课程教学研究与探讨

阮红芳　刘星茹

摘要：本文分析了独立学院机械设计教学的现状与存在的问题，并结合北信学院应用型人才的培养目标，提出了基于CDIO工程教育理念对机械设计课程教学的一些探讨与建议并加以实施，以达到培养学生分析、解决工程问题的能力与勇于创新的精神。

关键词：CDIO理念；应用型人才；机械设计

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）02-0170-02

CDIO工程教育模式是2000年10月以来，由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等四所大学组成的工程教育改革研究团队提出，CDIO（Conceivingnesis—Designing—Implementing—Operation）即构思—设计—实现—运行的工程教育理念和以能力培养为目标的CDIO一体化理念。CDIO程教育模式以产品从研发到运行的整个周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习。目前国内，汕头大学康全礼等人提出了CDIO课程计划，鼓励多学科综合、创造性和创业精神培养，让学生通过自评、互评改变对学习和生活的态度并逐步形成相应的工作技能；浙江工业大学李红霞等人基于CDIO工程教育大纲提出了理论力学教学改革，强调了基础教育应与工程教育相结合，培养工科大学生自主创新、沟通、协调及团队合作能力，充分调动了学生学习的积极性与主动性，培养学生分析问题、解决问题的能力，取得了良好效果。CDIO工程教育理念中国化的实践将成为培养创新应用型人才的有效途径[1]。西安工业大学北方信息工程学院人才培养目标是培养具有创新精神和实践能力、特色鲜明、能够适应市场竞争的本科应用型高级专门人才。结合学院人才培养目标，基于CDIO工程教育理念，就机制专业的主要专业基础课机械设计课程，通过研究课程与学生的特点，探讨行之有效的教学方法，不断提高教学质量，培养学生分析、解决工程问题的能力与勇于创新的精神。

一、机械设计课程的特点

机械设计是机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业基础课之一，它的地位与重要性不言而喻。该课程具有综合性、理论性与实践性很强的特点。机械设计课程本身所包含的内容比较多，综合性强，体现在要具备先修多门课程：材料力学、理论力学、机械制图、机械原理等，全面学习前期相关的基础知识，才能顺利过渡到该课程；其理论性很强，相关原理的学习及重要公式的推导对大多数学生来说有一定难度，课程所涉及的知识面范围较广，各章节之间看似无必然的联系等等；实践性体现在通过该课程的系统学习之后，要求学生具有设计通用零、部件和简单机器的能力，通过为期两周的课程程设计进一步强化与检验所学的理论知识，最终为后续专业课的学习及专业产品和机器的设计打下坚实的基础。

二、机械设计教学现状与问题

北信学院作为独立学院，大多数专业在师资与实验配备方面都依赖其母体学校，教学大纲、教材的选取等沿用母体学校的，大纲的要求过高与北信学生特点存在着不适应的地方，影响学生学习的积极性；在实际的教学过程中，教学环节中缺乏实践内容，课程的安排往往忽略各课程的衔接关系，课程与实践教学环节的教学条件有待于改善，具体主要有如下方面：

1.课程之间缺乏系统的衔接，教学大纲要求过高。先修课程的学习情况会直接影响机械设计的学习效果，由于好多课程一味压缩课时，上课内容只能删减，课程的开设、内容的安排缺乏系统地考虑，使得前后课程关系、衔接上出现脱节现象。学生在学习后一门课的时候，往往出现前面有些知识点不清楚；有时前后课程有重复的内容，易造成时间的浪费。教学大纲是实施教育思想与教学计划的基本保证，由于所用的教学大纲大多沿用母体学校教学大纲，要求相对较高，而我院学生整体基础相对薄弱，过高的要求起不到实质性作用，很难提高学生的学习兴趣，只能成为摆设；大纲版本相对比较旧，教材在不断更新，新的知识点在不断增加，旧大纲体现出跟不上发展的需要。

2.教学环节中实践内容的不足。学院实验室还在规划与建设中，缺少课程必备的教学器材，给教学带来很大的挑战，当给学生讲通用零部件的结构、组成时，只能用PPT图片或画简图的形式讲解，由于没有必备的零部件模型，学生没有亲自动手去拆装过，理解起来就相对困难。例如，学生在做课程设计时，对减速器的设计就显得很抽象、困难，没有动手装拆过减速器，只见过图片，有些地方的结构无法设计出来，有的同学即便画出图来，也讲不出设计的原理，更谈不上创新。

3.课程与工程实践培训未很好对接。学院在加强学生工程实践能力培训上做了许多工作，不仅要求教师要参加工程实践培训，作为职称评审、教师考核依据，学生必须参加一定时间工程实践，以获得必需的学分。但一些技术含量高的高新企业、研究所很难接收学生真正参与它们单位实践，大多数学生往往参加的是与专业不太一致的简单重复劳动，对课程的学习作用不大；生产实习时间有限，往往是参观学习，又排在机械设计课程结束后，对该课程学习与课程设计无任何影响。

由于各方面的原因，加上独立学院学生的基础知识整体薄弱、自觉性相对较差，对于机械设计这门综合性、理论性相对较强的课来说，显得相对困难，在学习方面的积极性不高、兴趣不浓厚，最终导致理论知识不扎实，实际动手操作能力难提高。

三、机械设计教学的探讨与建议

目前各个学校、学科都在强调实践环节、工程教育背景，但硬件设施不足与投入的力度不够，工作是做了，口号是喊了，仍然没有实质性的效果。实践的基础是理论知识的完备，必须在抓好理论教学的基础上，加强教师、学生的工程实践能力培训。由于机械设计本身的特点，充分利用我院有限的教学资源，基于工程CDIO教育理念，教学过程中注重学生工程实践能力与创新精神培养，对机械设计理论教学与实践教学环节，提出如下改革的思路与建议：

1.修订教学大纲，灵活调整教学内容。以课程群的形式，充分考虑各课程之间相互关系与衔接情况，对原来的教学大纲进行系统修订。结合学生的情况与学院培养目标，对相关课程的章节内容、学生的要求及考核评价形式做了详细明确的说明，对某些原理、公式要求以“会用”为尺度，对其证明与推导过程不过分追求，重点突出学生灵活应用知识分析、解决问题的能力培养。目前教材琳琅满目，必须根据大纲要求与学生的特点来挑选适合学生的优秀教材，使教材成为教师授课与学生课后学习的主要参考书之一。

2.加强教师、学生工程背景培训。由于目前我们的专职教师队伍以青年教师为主，缺乏工程实践经验，因此加强工程实践培训显得尤为重要。青年教师利用工作之余进行与专业相同或相近的工程背景培训，积累自己在工程实际中接触的问题来充实理论教学环节，通过实际案例分析，将课堂理论与实践有机结合，使课堂气氛更加活跃，充分调动学生学习的积极性与主动性。积极开展与学校周边企业的合作培训，给学生提供方便、多样化的工程培训机会，学生可根据自己的专业及兴趣选择，也可以自行联系合适的单位进行工程培训，将所学的理论运用于工程实践中，再通过实践使得对某些原理与理论理解更加深刻。

3.充分发挥多媒体教学的优势。学院实验室在规划与筹建中，随着逐步分期分批建设，为机械设计课程购置必备的零部件模型与实验设备仪器，将为教学顺利开展与提高学生的实际动手能力提供有力保障。教与学的互动是实现有效教学的关键。目前，充分利用多媒体进行引导与互动，在讲到传动装置与轴系零部件时装时，播放相关视频、动画取得良好的效果。

4.发挥好课程设计的作用。机械设计课程设计作为实践课程，要求学生在老师的指导下在两周的时间里独立完成，工作量相对较大。机械原理中学的连杆机构和凸轮机构学生无法应用，致使机械原理与机械设计课程内容脱节，这两门课程的课程设计分别为机器方案设计和减速器设计，致使两个课程设计脱节。如何起到预期效果，值得不断地研究、探索。为了避免传统的题目减速器在网上资料应有尽有，学生抄袭不利于培养学生创新能力的培养，把题目设计成包含有减速器的传动装置设计，在结构与装置的选择上，使得设计更加灵活，给学生一定的设计空间，鼓励他们大胆创新，充分利用机械原理中所学的机构，使课程之间自然衔接起来。实施过程中采用以组为单位，共同讨论设计方案，在总体方案一致的条件下，每个同学的部分设计参数有所不同，来加强学生团队合作精神与创新能力的培养。

今后可将课程设计题目与工程实践相结合，教师可通过工程拓宽题目内容，改变传统设计题目比较单一的现状；学生可根据自己的参加实践的情况提出感兴趣的设计题目，鼓励大胆创新，从而真正实现理论与实践的结合，使学生走出学校之前得到充分锻炼。

基于CDIO工程一体化理念，通过对机械设计课程教学中存在的问题与课程本身特点，并结合北信学院人才培养目标的要求，进行初步研究和探讨，对教学大纲的修订、工程实践培训、课程设计等提出了一些建议，旨在通过改革，提高教育教学质量，培养学生分析、解决工程问题的能力与勇于创新的精神，为后续专业课的学习、毕业设计及今后从事相关工作打下坚实的基础。

参考文献：

[1]康全礼，陆小华，熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报，2008，31（4）.

[2]李红霞，张淑佳，李乐胡等.基于CDIO工程教育大纲的理论力学教学改革[J].神州，2011，（5）.

[3]钱静，陈安军.CDIO理念下的包装工程专业实践教学初探与思考[J].西南师范大学学报：自然科科学版，2012，37（1）.

[4]吕宏，王慧，刘大力.高校机械设计课程有效教学的探讨[J].教育探索，2013，（8）.

[5]张永安.我国机械设计教学现状的思考及建议[J].中国大学教学，2013，（6）.