基于CDIO的应用型本科《机械原理》教学改革探索

支新涛

摘 要： 《机械原理》是机械专业重要的基础课程和主干课程，建立与应用型本科人才培养方案和教学体系相适应的《机械原理》课程教学内容、教学方法是应用型本科教育中机械学科建设的一项重要内容。本文结合CDIO工程理念进行了教学改革探索，旨在为同行提供借鉴和参考，强化《机械原理》的教学效果，为培养应用型人才提供方法。

关键词： 应用型 机械原理 CDIO工程理念 教学改革

一、机械原理在应用型本科中的重要性

随着高等教育的普及化，对高层次应用型人才需要逐渐增加，应用型本科教育对于满足中国经济社会发展起到积极的促进作用。应用型本科重在“应用”二字，在人才培养模式上，应用型本科以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力为主线，涉及学生的知识、能力、素质结构和培养方案，以“应用”为主旨和特征构建课程体系，重视学生的技术应用能力的培养，为生产、建设、管理、服务第一线培养具有深厚学科基础理论和较强职业能力的高级应用型人才。

《机械原理》是应用型本科院校机械专业的一门重要的专业基础课，机械原理是许多机械产品和现代技术装备的基础和技术的核心。本课程主要研究机构组成原理、机构运动学及机器动力学等，通过本课程的学习，学生能够掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，并初步具有机构分析和设计机构的能力。掌握机械原理的相关知识不仅对培养学生的工程素质和综合能力具有重要作用，而且在整个机械类应用型人才培养中占据重要地位。

二、传统概念的机械原理教学的不足之处

机械原理课程来源很早，并且教学方法在逐渐完善，但是传统意义上的机械原理教学具有不足之处[1]。

1.课程设计题目陈旧

当前很多高校“机械原理课程设计”选题主要是对减速器、螺旋千斤顶装置进行设计和静力分析，并在此基础上确定校核计算和绘制图纸。无论是用手工绘制图纸还是CAD软件绘制图纸，设计中都要无数遍地查询设计手册，过于侧重理论，偏重以往的图表公式，往往参考上一届的学生设计结果，对设计过程和结果一知半解，学生称之为“瞎抄”，这种模式是传统的高等教育人才培养模式，在历史上曾发挥过重要作用。但是，随着产业结构的转型与升级，对应用型人才需求越来越多，同时实际要求也越来越高。一些弊端随之凸显，设计过程与工程实践完全脱节，设计的产品没有考虑如何加工和安装，学生在设计过程中仅是被动地接受知识，无法真正培养工程应用能力，对工程意识的建立、工程应用能力的培养等都有不利影响。

2.设计方法一成不变。

机械原理作业和课程设计主要采用查询机械手册选型，采用手工计算校核相结合的方法。这曾经是机械设计的主流方法，在最初起到了很重要的作用。但是这样的设计方法带来了一些弊端，设计过程过于缓慢、枯燥，完全不能满足快速发展的社会需求。

3.题目统一，没有差别。

高等教育的普及化对高校开放了大门，学生数量增多，但是独生子女成为高校学生的主流，学生个体差异很大。这些差异包括性格，对基础知识和社会知识的掌握。传统教学普及式的教育必然安排一样的作业和练习。作业和课程设计全班甚至全年级共做一个题目，事实上學生没有自己完成，本身的惰性认为别人做出了，自己也能做出，就不用再做了，兴趣缺失成为高校学生普遍现象[2]，更不要提培养创新能力了。

4.轻实践，重理论。

教材是成熟的技术，一些高校还采用很久以前的教材，这些教材有很多经典的知识，但对于机构的讲解，学生从书本上见到的只是直线和圆组成的机构简图，对于现实生活的机械产品难有感性认识。缺乏总体设计理论，不能够把不同的机构有效地组织成新的机构。

由于存在以上问题，使得本来是应用型强大、思维灵活发散的机械原理教学，变成只讲理论，不懂实物的说教，教学过程枯燥，学习目标不确定，学习激情减退，教学质量下降的填鸭式教学，对培养适合工程需要的应用型人才是不合适的。这就要求改变机械原理的教学方法，把CDIO工程理念应用到机械原理的教学中显得很有必要。

三、基于CDIO工程理念的机械原理教学改革实践

CDIO（Conceive构思—Design设计—Implement实施—Operate运作）是以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生主动实践的方式学习工程，能培养学生的四大能力（即理论知识、个人素质和发展能力、协作能力、工程—社会大系统适应与调控能力）[3]。结合CDIO教学模式，不仅使学生对今后可能从事的职业及所需具备的相关技能有大致了解，而且有利于推动特色专业建设，使专业特点更加鲜明[4]。根据应用型人才培养要求，我们基于CDIO工程理念对机械原理课程的教学进行如下改革实践。

1.变化作业和课程设计题目，培养学生创新思维能力。

首先，课后作业体现以人为本，以学生为主的理念，一改以往全班同学布置一个题目的习惯。在生活和生产中提出题目，也鼓励学生自选题目完成作业和课程设计，如打包机、自动升降台、洗瓶机、自动门锁、自动上水器等。这样不仅扩大了题目的数量和类型，而且学生觉得有趣，能够实际解决问题，从而提高了兴趣，也给了学生自主安排进度、自己设计的空间，使他们学会了独立思考、积极创新、相互协作。特别是在设计过程中，学生采用各种方式获取相关的资料，经常在图书馆和网上学习各种知识，并且相互讨论，不仅增长了知识，而且提高了各方面的能力。然后对提出的各种方案进行评价，找出最佳方案，培养学生独立设计的能力。

2.采用现代设计方法，提高设计的趣味性和快捷性。

提高学生学习兴趣是保证教学质量提高的条件[5]。以往的课程设计和作业的检查结果仅仅是几张图纸和设计报告，这样设计的机构或者机器能否在实际中应用，取决于采用的模板的正确性的高低，所以学生设计的积极性不高。随着计算机虚拟设计技术的发展，采用软件进行机构设计和虚拟装配，并对机构进行运动学仿真成了设计的发展方向，很多企业设计了相关软件，而且学生学习计算机软件的积极性很高，在作业和课程设计环节，要求学生采用软件设计、装配和校核显得很有必要。如对凸轮机构进行设计时，传统方法采用反转法，需要学生具备掌握分度和截取线段的能力，由于累计误差的存在，往往造成同一个题目会出现好几种凸轮图形，这样既浪费了时间，又不能提高精度。采用企业开发的软件进行设计时，仅仅输入导程就可以生成凸轮形状，既快捷又可以验证学生平时的想法，有利于提高兴趣。对装配中的干涉问题，传统方法是通过理论计算，任务量大，由于绘图误差而出现误差，采用软件（如Pro/E等）对机构设计方案进行虚拟设计、装配和运动学仿真，并快速验证干涉性。软件的虚拟功能的运用加快了机械设计的步伐，提高了验证的速度和精确性。学生通过这样的练习和锻炼，不但提高了软件设计的熟练程度，而且看到自己设计的成果的虚拟动画，大大提高了成就感和学习兴趣，出现了老师没有想到的结果，强化了教学效果。

3.采用小组完成同一题目的方式，锻炼学生的协调合作能力。

由于学生人数的增加、教学时间的安排和教学进度的要求，课程设计采用每人一个题目成了机械原理课程设计的软肋，很容易造成学生大面积抄袭，既不利于学生能力的提高，又浪费了时间。采用一组完成一个题目的方式，每组设一个组长，负责安排设计进度和领导小组人员进行整体方案设计，每个小组成员负责其中一个环节的设计和校核。由于组长是大家选举出来的，很有领导能力，有利于整个小组工作的开展。设计题目是学生自己选的，兴趣较高，从心理上学生已经把课程设计当成了愉悦的工作，参与意识非常高，设计的积极性高。在有限的时间内完成课程设计，小组成员能充分发挥特长，协调一致，相互探讨，形成协助意识，增强团队意识和责任感，有利于快速适应未来的工作岗位。

4.扩展课外知识，提高实际应用能力。

培养应用型人才的目的就是为地方经济服务。在机械原理课程的讲授过程中，以应用型为主要目标，教材内容具有滞后性，要培养适应当下的应用型人才，就要结合当地特色讲解机械行业中所用到的机械原理的相关知识和机构原理。基于网络的多媒体课堂教学是将多媒体技术和网络技术结合应用于课堂教学，实现教学过程的创新和优化[6]。通过播放科技展览的视频和实地参加科技展览的方式，让学生接触实际所采用的机构知识。

四、结语

以应用型为主的CDIO工程理念在机械原理教学实践中，优点明显，能够有效提高学生的工程能力和个人综合能力。通过实践，学生建立了工程理念，激发了学习兴趣，提高了团队合作能力，很多学生已经不再把《机械原理》课程的作业和课程设计看成负担，而是乐在其中。

参考文献：

[1]孙亮波，孔建益，黄美发，桂慧.在机械原理教学中引入机械创新设计项目的研究与实践[J].设计与研究，2010，12（37）：21-23.

[2]徐琳，唐晨，钱静，秦虎，孟慧.大学生专业兴趣度与转专业倾向及行为的关系[J].心理学研究，2011，4（3）：72-76.

[3]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006，（11）：139-140.

[4]陆继庆，徐庆.基于CDIO模式的“电子技术综合设计”课程改革[J].电气电子教学学报，2011，33（5）：22-23.

[5]武子轩.浅谈如何培养技校学生学习电工学课程的兴趣[J].科学之友，2010，04（12）：123-124.

[6]金升灿，韩英.基于网络的多媒体课堂教学模式的研究与实践[J].计算机教育，2010（1）：132-134.