基于CDIO理念的《机械工程导论》课程教学改革

李增芳，郑高安，王红梅，方贵盛

(浙江水利水电学院 机械与汽车工程学院，浙江 杭州 310018)

CDIO(Conceive Design Implement Operate)是近年来提出的一种工程教育的新模式，它以工程产品研发到运行的生命周期为载体，使学生在实际项目的实践过程中，直接体验产品从构思、设计、实施与运作的完整过程，以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式进行学习，从而有效培养学生的知识能力、工程实践能力、创新能力、人际交往能力和沟通能力.因此，由CDIO教育模型出发，对课程进行改革是学生获得知识、培养学生进行复杂系统设计开发能力和职业能力的有力保证[1-3].

机械工程导论课是我校机械设计制造及其自动化专业的一门重要基础课程，该课程根据专业教学基本要求，其主要目标是帮助学生了解专业的培养目标、学科概况、课程设置、就业前景和领域等，培养专业兴趣，使学生对所学专业及从事的工作岗位有比较清晰的认识.为进一步提高本课程的教学效果，培养学生工程实践能力，根据课程特点，本文以CDIO工程教育理念为指导，从教学内容、教学组织、考核方式等方面进行教学改革与创新[4-5].

1 传统机械工程导论课存在的问题分析

传统机械工程导论课程的教学内容主要包括了专业概述和职业规划、人才培养方案概述以及专业学科领域的前沿知识.课程教学的组织实施一般由专业带头人负责课程的总体规划和考试考核工作，课程由专业骨干成员讲授，每人结合自己的专业建设和科研学术方向，讲授擅长的学科方向知识.注重学习过程考核，考核成绩一般采用出勤、开卷考试、课程作业、课程文献查找等方式相结合形成.通过开设导论课程，学生对专业及从事的岗位有了一定认识，也在一定程度上培养了专业兴趣，然而由于导论课程的对象是大学一年级的新生，传统的讲课方式让学生缺乏对专业的感性认识，这在一定程度上影响了导论课程的教学效果.

具体的表现有以下几点：

(1)专业兴趣培养不够.由于刚入校的新生缺少先验知识，尚缺乏机电产品实物和企业生产现场的真实感受，对老师讲解的部分教学内容可能很难接受和理解，教学内容也会显得空洞乏味，因此课程教学很难达到预期的效果，不能很好地培养学生的专业兴趣爱好.

(2)工程素养培养缺乏.传统导论课程主要采用课堂教学和理论考核的模式，教学过程以教师为中心，教学内容上没有引入以机电产品构思、设计、实现和运行为全过程的项目实践教学，所以学生的工程实践能力、职业能力、团队合作精神等工程素养缺少很好的培养.

(3)教学缺乏整体认识.传统导论课教学内容一般概括了机械设计、机械制造、机电控制等专业学科领域知识，在讲授中主要是每位老师结合自己的专业建设和科研学术方向，讲授擅长的学科方向知识，这样的安排很可能会让学生孤立地看待和学习某一具体的专业课程，缺乏对专业领域的一个整体认识，不能正确理解课程之间的内在联系.

2 基于CDIO理念导论课程的教学改革

为进一步提高机械工程导论的教学效果，培养学生工程实践能力，将CDIO工程教育理念引入到机械导论课程的教学实践当中，通过增加项目实践教学，改革教学组织和考核方式，使学生更好地理解和掌握专业核心课程的主要知识点，实现培养学生实践和创新能力及搭建合理知识结构的教学目标.

2.1 课程教学内容设计

根据CDIO教学大纲中对导论课程的教学要求，经课程组精心讨论，决定把机械工程导论课程的教学分为理论教学和项目实践两大部分.

2.1.1 理论教学内容

机械工程导论课程强调教学的系统性、全面性、前沿性以及与国际化，重视学生工程能力的培养.经课程组精心设计，理论部分内容为开设8次学科前沿及发展的讲座，让学生了解所学专业的最新发展及应用领域.课程讲解主要内容为：机械工程发展简史、机械加工技术发展、现代设计方法发展、模具技术发展、机械传动技术、水利机械发展、机电一体化技术发展、机械工程师职业能力素质要求等，每次讲解均围绕即将开展的实践项目内容，使项目实践教学内容成为贯穿课程教学的一条主线.在开展讲座的同时有针对性地带学生去机械制造类企业参观见习，帮助学生进一步了解和认识专业特点、机械工程学科概况.

2.1.2 项目实践内容

项目实践任务的设计主要包含项目对象选取、项目任务确定、项目教学组织和项目考核等内容.在传统理论教学的基础上，适当引入典型机电产品具体项目实践，通过实践让学生基本理解本专业所涵盖的范围和机械工程师的主要工作责任，对专业将学习的课程、课程的目的和它们之间的相互联系有一个较清楚的认识，从而促进学生能有目的、有兴趣地对待今后的专业课程学习.

选取的机电产品作为项目对象时主要的考虑因素有三方面[5]，一是要有趣味性，能很好地激发学生的专业学习兴趣，产品与生活紧密相关；二是代表性，该机电产品各组成部分能较好地对应与本专业主要课程的教学内容目标，可以通过机电产品的不同功能部件理出专业课程之间的关系；三是真实性，产品必须是实物并配有相应的设计任务书、说明书和图纸等材料，产品通电后能正常运转，提高学生的感性认识.根据上述主要考虑因素，课程组选取了往年浙江省机械设计大赛的“排除万难”救援机器人作为项目实践的对象，救援机器人分为机械部分和电子控制部分，其构思、设计、制造、装配、运行分别对应了专业的主要课程(见图1).

项目任务是要求各组学生根据分配的选题，在老师的全程指导下，达到以下三个目标，具体为：(1)对项目实物进行分析讨论，通过查看实物、设计图纸说明书，深入了解产品的功能和组成结构；(2)查阅相关资料，学习了解产品机械部分和电子控制部分的工艺特点和工作原理，了解机械制图、工程材料、机械设计、电工电子基础、控制工程基础和机械加工等专业课程及其在产品设计中的作用；(3)通过实际操作产品，分析产品关键部件的结构功能特点和可能存在的问题，然后从提高产品的功能、安全和成本以及新技术的应用等角度提出改进建议，画出设计构思的草图，并编写报告.

图1 救援机器人项目和专业课程的关系

2.2 课程教学组织

理论教学部分主要通过课堂讲授，期间组织学生参观救援机器人的操作演示.项目实践部分则放在课程的后期，将学生组成6人左右的团队，指导学生尝试构思并设计一个改进型救援机器人.项目实践教学分三个阶段，主要在实验室进行，考虑到学生还未开始专业课程的学习，所以采用了循序渐进的方法，如第一阶段让学生分析了解机器人的功能和组成结构，有了一定学习基础后，进入第二阶段，查阅资料，学习了解机器人各组成部分对应的机械、电子设计知识，并学习了解专业的课程体系，在第三阶段，要求学生通过实践操作发现机器人存在的一些问题，应用所学知识对不合理部件提出改进的思路和方法.

在项目实践全过程中，学生需要在导师全程指导下不断完善构思和设计，最终完成项目预定的任务.通过实践项目的训练，可进一步巩固学生对专业课程体系的理解；在提高学生个人能力的同时，培养学生的团队交流和创新思维的能力；同时也促使学生围绕项目任务目标，提高主动获取知识、应用知识解决问题的工程实践能力.

2.3 课程考核方法

在综合传统课程考核优势的基础上，对导论课程考核进行了改革，将考核内容分成了专业知识、专业技能和学习态度三项[6]，其中专业知识考核主要是要求学生完成一篇综合理论教学知识、项目实践教学、产品改进方案的书面报告，书面报告的评分标准(见表1)，占课程总成绩40%，技能考核内容主要包括资料文献查阅、产品的功能分析、产品改进设计及绘图、PPT制作汇报等能力，占课程总成绩30%，学习态度考核内容主要包括学生的出勤、每一学习阶段活动的记录、团队成员之间的合作、与导师指导工作的配合等方面，占课程总成绩的30%.

表1 课程考核书面报告评价标准

3 结 语

通过2013级导论课程的教学实践表明，基于CDIO理念的机械工程导论课程改革取得了较好的效果，学生通过具体产品项目的设计实践，更好地认识了机械工程专业学科领域的基本概况，理解了专业课程体系以及专业课程之间的内在联系，培养了学生的工程实践能力.今后，我们将进一步深化机械工程导论课程的教学改革，在教学实践中不断完善课程教学内容、教学模式和考核方法，以培养适应现代工程技术发展需要的机械工程应用型人才，实现教学改革的最终目标.

参考文献：

[1] 杨晓东,崔亚新,刘贵富.试论高等学校专业导论课的开设[J],

黑龙江高教研究,2010(7)：147-149.

[2] 丁桂芝.CDIO12个标准本土化应用专题之四本——土化应用标准4-工程导论[J].计算机教育,2012(15)：104-106.

[3] 汪菊英，孙晓辉，聂小春，等.基于CDIO工程教育理念的《专业导论》教学及考核方式改革[J].职业教育研究，2013(8):105-107．

[4] 李滟泽，张晓东，杨志勇．基于CDIO工程教育理念的《车辆工程专业导论课》教学研究与实践[J].广东技术师范学院学报，2013(7)：136-138．

[5] 刘文进，杜文才，陈明锐，等.基于CDIO理念的电子通信工程导论的教学研究与探讨[J].海南大学学报：自然科学版，2012(4)：389-392．

[6] 陈红亮，王铁流，卢孔宝，等.基于CDIO教学模式的《数控机床编程与操作》课程设计[J].浙江水利水电专科学校学报，2013(4)：67-70．