基于CDI O教学理念的机械工程专业项目化课程体系改革

张 跃，马常亮，蒋 勇，张乐莹，刘 艳

（南京理工大学泰州科技学院，江苏 泰州225300）

0 引言

CDIO工程教育理念是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate），它以产品研发到产品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，它是一种以项目为引导的工程教育模式[1-3]。CDIO作为目前较流行的一种人才培养理念，把学生的知识能力、人际交往能力、沟通能力、对产品的生产制造过程的掌握和对系统建构的技能等，与真实的工程实践相结合，在工程实践中充分得到锻炼和培养。南京理工大学泰州科技学院作为全国试点高校，对机械工程专业进行了改革试点，取得了一定的成绩。

1 课程体系的构建

我校机械工程专业的培养目标是培养适应社会主义现代化和地方及区域经济建设需要，在工程意识、技术素养、实践能力、创新精神与思想道德、艺术文化、人文精神等方面全面和谐发展，具备机械工程基础知识与应用能力，能在企业生产从事机械、机电产品的研发、设计、制造以及生产运行与设备控制的应用型工程技术人才。基于这一目标机械工程专业的人才培养的特点就是宽口径，就业面广。我校机械工程专业课程主要分为以下几类：（1）机械设计类课程：工程图形学、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、互换性与测量技术、塑料成型工艺与模具设计、冲压成型工艺与模具设计等；（2）机械制造类课程：机械制造技术基础、数控技术与编程、工程材料及成型工艺等；（3）机电类课程：电工学、模拟电路与数字电路、单片机原理及运用、电气控制及PLC、控制工程基础等；（4）计算机类课程：机械CAD/CAM、机械结构优化设计、工业机器人虚拟仿真技术等。

根据CDIO以项目为引导的工程教育模式，将CDIO项目按规模和范围划分为三级[4-5]。一级为包含机械专业主要课程群（设计类、制造类、机电类、计算机类），通过典型机械产品的方案构思、结构设计、优化分析、工程出图、零部件加工、产品调试到运行，经历CDIO的整个过程；二级为包含一组相关核心课程群（如机械设计类）能力要求的项目，这些项目相当于综合性的课程设计，把相关联的课程知识有机地结合起来，使学生学习到有机和关联的知识群而不是孤立的知识点；三级为单门课程为增强该门课程能力与理解而设的项目。

2 课程改革与实施

2.1 三级项目改革

三级项目是课程项目，每个教师都要知道自己的课程在整个专业课程体系中的作用，包括在知识、能力、素质培养中的作用。例如机械设计这门课程的教学目标之一是使学生掌握机械结构设计的能力，在这门课程中的三级项目常规的是设计减速器，专业教师在常规的减速器项目以外开发了齿轮范成仪的设计，要求学生设计齿轮范成仪并制作实物，学生机通过机械设计理论知识的学习，强化所学内容的消化吸收，充分调动学生的设计、动手能力，最终完成齿轮范成仪的结构设计及实物的加工制造如图1所示，该设计获得江苏省机械创新设计大赛二等奖。

图1 齿轮范成仪

在《机械CAD/CAM技术》这门课程中，按照企业产品实际研发流程，将重点知识梳理、凝练为CAD、CAE和CAM三大知识模块，如图2所示。一半课时用于理论教学，保证知识体系的系统和完整；另一半课时采用项目化上机实践，旨在重点训练学生的机械三维数字化设计能力。通过本课程学习及考核，不断培养、选拔学生组建团队参加全国三维数字化创新设计大赛、全国大学生机械创新设计大赛等与机械专业培养目标匹配很好的学科竞赛，学生设计的作品如图3所示，充分说明机械工程专业基于CDIO理念的应用型课程体系的有效性。

图2 《机械C A D/C A M技术》应用型课程改革

图3 机械C A D/C A M课程项目

2.2 二级项目改革

二级项目是基于课程群的，每个课程群都有一个项目，这些项目相当于综合性的课程设计，该项目涉及机械设计、机械制造工艺、机械CAD/CAM、机械结构优化设计等多门课程的有机结合。我校机械工程专业在二级项目中主要设有机械设计、机械制造工艺及机械装备设计课程设计。图4所示为并联臂3D打印机的设计，学生通过调研及方案论证提出设计思路，完成相关参数计算及校核后画出设计图及三维结构，然后完成并联臂3D打印机的组装及调试，通过本项目学生需要用到机械设计、机械制图、机械CAD/CAM、工程力学、控制系统等相关课程知识。

图4并联臂3D打印机

图5 所示为塑料注射模综合课程设计项目，学生完成三通管注射模设计后，需要编制典型零部件的加工工艺卡片，完成零件的仿真加工过程，生成G代码。由于3D打印技术的发展，在本项目中要求学生完成模具的3D打印，来验证模具设计结构是否合理，能更好地提高学生的动手能力及学习的积极性。

（续下图）

（接上图）

图5 三通管模具设计

2.3 一级项目改革

一级项目是融入了学生四年学习的所有基础知识及专业知识而设置的综合性项目，其中一级项目贯穿整个“构思、设计、实施、运行”的全过程。一级项目通过毕业设计的形式，历时4个月，学生需要完成课题的方案设计、结构设计、零部件制造、装配调试到运行等阶段。如图6所示的自动炒菜机器人，学生完成方案设计后，画出二维结构图及三维结构，完成炒菜机器人的仿真设计；方案设计经论证后，学生自己采购零配件，完成零件的加工及样机的组装及控制系统的调试，机械专业学生除了机械设计、机械加工、机械CAD/CAM以外，还要学习单片机的理论知识及控制系统的设计，实现自动炒菜机器人的自动控制，通过一级项目的学习，大大提高学生的制图能力、计算机辅助设计能力，机械加工能力及电气控制设计等能力。一级项目的设计及开发要结合教师本身实践能力，需要专业教师的潜心设计，如图7学生完成的自动上下搬运车的一级项目。

图6 炒菜机器人设计

图7 自动上下搬运车

3 结束语

近年来，南京理工大学泰州科技学院机械工程专业以培养应用型人才为目标，围绕着CDIO教学理念的模式进行了项目化课程体系改革，以项目教学改革为切入点，对课程、课程群构建了一级、二级、三级项目，学生在项目训练中学中做，做中学，以项目成果为导向，检验学生掌握知识、运用知识的能力，大大提高了学生的学习兴趣及动手能力，培养了学生的工程素养，取得了一定的成绩。