融合CDIO理论的机械设计实验教学多元化模式探索

崔冰艳 陈丽文 冯立艳 张雪雁 蔡玉强

（华北理工大学机械工程学院，河北 唐山 063000）

[摘 要] 针对大学机械设计课程实验教学过程中存在的实验技能教学和创新能力培养较弱的问题，将CDIO工程教育理论中工业产品的构思—设计—产品理念融入机械设计的实验教学中，提出多元化的实验教学模式，从机械机构基础实验的构思与实践出发，引申到综合实验的融合，升华到虚拟实验的创新，提升到课程设计实验的运行，体现到机构创意的设计，运作到科研项目的实践。

[关 键 词] 机械设计课程；专业实验；多元化教学模式；创新性；教研融合

[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）09-0020-01

一、引言

工科高等学校引入了CDIO，即构思—设计—实践—运行四元素，在培养学生夯实的专业理论知识的基础上，侧重于创新思维和动手实践的训练。将CDIO理论方法引入机械设计实验教学中，立足于将机械设计的基础理论与工程实践相结合来培养学生的五大能力。本文结合我校的机械设计实验教学，对基于CDIO理论的机械设计课程实验教学进行多元化模式的研究与探索。

二、多元化实验教学模式探索

基于CDIO理论的机械设计多元化实验教学体系的设计，从基础理论的学习到发挥创新思维的整个过程，制订合理的从简到繁、从实到虚、从理论到实践、从构思到运行的多元化教学

模式。

（一）认知性与基础实验教学

认知性实验培养学生对机械设计课程的兴趣，通过认知性实验课程的学习，可以认识各种常见的连接件结构、机构传动类型、减速器、联轴器等机械装置。主要通过现场实物、图片、动画演示以及实际测绘等方式，对机构的结构、特性和应用有更深刻和本质的认识，让学生能够准确地掌握用工程用语来表达机构的方法。

（二）综合性实验教学

综合性实验主要在一个或多个基础知识理论的基础上，根据机构设计的要求，进行综合分析与应用，注重综合能力的培养。综合实验教学包含了许多知识点，如螺纹连接、轴系结构、减速器结构等内容。以设计一款陶瓷机器人喷釉生产线为例，要求输送生产线能够自动识别陶瓷类型从而选择喷釉工作室和自动输送的功能。学生根据设计要求选择驱动方式、传动比、传动方式并掌握機械传动方案设计与实施的整个流程。学生对机械传动装置从构思、设计到实践过程的认识，加深了对CDIO理念的理解及应用。

（三）虚拟实验教学形式

虚拟实验教学形式是CDIO理论中最有利于体现构思和设计的教学形式。虚拟实验中常用零件如，轴类零件、盘类零件、齿轮、轴承、箱体等类型，学生可以根据实验具体项目实施的要求，随时调入和修改，完成不同设计要求的机构设计。以轴类的组合创意为例，学生根据设计要求的不同进行虚拟实验的构型设计与装配，要求学生设计轴系锥齿轮连接的轴系传动机构，利用虚拟设计实验系统，下图显示了两个学生根据设计要求而设计装配的轴系结构，两种轴系结构形式不同，但传動的效果是相同的。达到了以虚促实、虚实结合的效果，促进了学生自主学习能力的培养，达到了CDIO理论中构思、设计和实践的完美实现。

（四）实践教学活动

实践活动为机械工程专业学生将所学知识与技能同生产实践进行衔接提供了途径。在实践教学活动中，融合了CDIO理论中的三元素，即构思—设计—实操。机械设计的课程设计实践教学是学生在迈向工作岗位之前接触企业生产设计过程的一次重要机会，也是实验教学的一个必要环节。

（五）机构的创新设计与科研相融合的教学形式

机构的创新设计活动是学生由被动地学习向主动实际操作训练真正转化的里程碑。它是CDIO理论在机械设计实验教学中检验和评价教学效果的重要依据。将创新设计融入科研活动中，可以加深学生对学科发展的理解，让学生领悟机构创新设计的实用性和重要性，并且在此过程中学习科研思维。

三、结语

机械设计实验教学多元化模式研究是一个长期的、复杂的教学系统，文中从五个方面全方位、多角度地阐述了机械设计实验教学的多元化教学模式。

参考文献：

[1]蒋学华，韩虎，田相克，等.机械设计实验教学创新模式探索与实践[J].机械制造与研究，2007，36（6）：110-112.

[2]李克勤.基于CDIO理念的机械优化设计课程教学实践[J].科技导刊，2015（11）：128-129.