基于CDIO工程教育模式对《机械工程控制基础》教学改革探讨

王道累+王昊+杨峰+李敏

摘要：本文采用CDIO工程教育模式对《机械工程控制基础》课程进行深入的学习并不断的尝试、反思、总结，进一步促进教学成长，提高教学效果。

关键字：CDIO；机械工程；控制理论

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）14-0120-02

一、引言

《机械工程控制基础》目的在于使学生能以动力学的观点去看待一个机械工程系统，而不是静态观点；从整体的而不是分离的角度，通过系统中信息之间的传递、转换和反馈等角度来分析、反映系统的动态行为；能结合工程实际情况，进行分析、研究其中的問题，再应用经典控制论中的基本概念和基本方法去解决问题。在教学过程，采用CDIO工程教育模式。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程的理论、技术和经验等[1-4]。同时，也对《机械工程控制基础》这门课程的深入的学习进行不断的尝试、反思、总结，进一步促进教学成长，提高教学效果。

二、CDIO教学案例描述与分析

运用CDIO思想，对日常生活中使用家用电器等进行启发式教育。比如日常家电电冰箱，启动学生思维想象，如何使电冰箱进行工作，如何构思它的这个结构，如何设计好各个部件，如何使各部件协调实现及运作等[5-7]。我们来分析一台电冰箱的结构和制冷原理。

1.构思。这台冰箱它要完成什么功能，进而可以设计出其结构组成，比如该台冰箱要有冷却等功能，因此它可以由冷却器、压缩机、散热器，并且它们之间要用一根装有一种沸点很低的制冷剂管道相连。为了能使制冷剂不断地在管道里循环，压缩机要安装在管道的底部。此时，当制冷剂流动到狭窄的毛细管时，这时散热器就要开始对外放出热量，由于制冷剂在细管里受到强大压力，由气态变成液态。当制冷剂通过由较粗的管道组成的冷却器时，制冷剂由液态立即变为气态，由于压力突然降低，从而吸收电冰箱内的热量，这样便使使箱内的温度降低，达到制冷的效果。

2.设计。通过构思出冰箱整体结构，那么就可以根据整个冰箱组成特点进行设计（如图1所示家用电冰箱）。

3.实现。通过电冰箱的结构和制冷原理分析，运用控制理论分析和给出控制系统结构框图，再进行分析各个模块意涵。

该系统结构由输入、输出模块，控制处理模块、检测与反馈模块、以及工作电路所组成。各模块之间相互联系与合作，通过各自功能不同，完成不同任务，并将结果传递给下一个模块。最终达到冷却的控制效果。

4.运作。电冰箱工作原理如下，（1）当接通电源后，控制电路发出指令执行接通压缩机工作电路，随着制冷剂不断地在管道中循环，电冰箱内热量被吸收，使电冰箱内的温度下降。同时，箱内温度不断地被冷藏室内的温度传感器检测，控制（处理）部分接收到温度变化反馈的电信号，然后对预置的温度和反馈的温度进行比较、分析、处理。当电冰箱内的温度达到设定的温度时，电磁继电器会接收到控制部分发出指令，继电器便立即切断压缩机工作电路，制冷工作停止。（2）当电冰箱内温度回升并超过设定温度时，控制部分又发出指令，使电磁继电器接通压缩机工作电路，压缩机重新工作并进行制冷。

三、CDIO教学方法反思

对于教师来讲，在教学过程中不能只传授书上的理论知识就行了。必须随时留意日常生活遇到的问题，通过引导与启发，让学生讲理论知识与日常生活遇到问题相结合，利用理论知识分析与解决问题。做到实践与理论相互补充，相互作用，这样能加强学生的学习积极性，也能通过了解实践的应用而且更加深刻领会课本的知识。

《机械工程控制基础》本身也是一门与实践紧密结合课程。必须能让学生参与到实践应用中，通过观察周边事物的工作本质，结合控制理论分析，分析模型，建立控制模型输入、输出等信息。作为学习者，应该不断进行探索控制系统的应用。从不同角度分析和应用控制理论的本质内容。

通过，家庭常用电器电冰箱工作原理，建立控制模型。把各个部分的参数设定好，并阐述电冰箱如何控制好的贮藏食物过程，加深对控制理论的学习和印象。

四、结论

采用CDIO工程教育模式对教学方法改革探讨，对《机械工程控制基础》课程进行初步的实现，通过学生的反应及信息回馈，能很好对提高学习的学习兴趣，也能培养学生有独立思考的能力。同时，也对《机械工程控制基础》这门课程的深入的学习进行不断的尝试、反思、总结，进一步促进教学成长，提高教学效果。

参考文献：

[1]王天宝，程卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践——成都信息工程学院的工程教育改革实践[J].高等工程教育研究，2010，（01）.

[2]张秋月，佘元冠.关于我国创新型工程科技人才培养的思考[J].国家教育行政学院学报，2010，（01）.

[3]武丽艳，李琰，程鹏.科研促进教学的实践探索——创新型人才培养[J].高等理科教育，2009，（04）.

[4]廖亮.工程应用型人才培养课程体系的构建[J].价值工程，2011，（29）.

[6]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（03）.

[7]任坤，刘红，杨旭东.CDIO指导下的创新性电工电子实验设计[J].实验技术与管理，2012，（04）.

Abstract：The course of Control Fundamentals of Mechanical Engineering is taught by the mode of CDIO engineering education. It can constantly try to reflect and summarize，then it can further promote the teaching growth and improve the teaching effect.

Key words：CDIO；Mechanical Engineering；control theory