面向CDIO模式的“机械工程控制基础”课程教学探索

张文兴+钟金豹+谭心

【摘要】本文圍绕CDIO工程教育模式，分析了目前教学方法的不足，从四个方面探索了本门课程教改的可行性。

【关键词】CDIO工程教育模式，机械工程控制基础

【中图分类号】TH-4

1. CDIO工程教育模式

为培养适应社会主义现代化建设需要、德智体全面发展、具有创新精神、注重实践、基础扎实、能力强、获得机械工程师基本训练的高级应用型人才，切实推进机械设计制造及其自动化专业综合改革工作，笔者以“机械工程控制基础”课程为例，采用CDIO工程教育的新模式对普通本科院校“机械工程控制基础”课程的教学改革进行初步探索。

课程教学改革以国际工程教育改革的最新成果CDIO工程教育模式为核心，改变传统的教学模式，新模式以学生为主体，要求学生积极参与课堂互动，而且课程教学内容要紧密结合工程实践，过CDIO模式的课程学习，使学生掌握基础性和专业性的工程技术知识。CDIO的含义为：构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运行（Operate），它以产品研发到产品运行的周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系方式的学习工程。CDIO以培养学生工程基础知识、个人能力、团队能力和工程系统能力四个层面，使学生在这四个层面达到预定目标，为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思-设计-实现-运行（CDIO）过程的背景环境基础上的工程教育。它对整个模式的实施和检验进行了系统的、全面的指引，使得工程教育改革具体化、可操作、可测量，并对学生和教师都具有重要指导意义。CDIO体现了系统性、科学性和先进性的统一，代表了当代工程教育的发展趋势。

2. CDIO教学内容的改革探索

CDIO工程教育模式是一个呈现系统性、有中心及层次的、物化的整体性思维活动，体现了一个学生的基础理论和专业知识的全面性和知识应用的灵活性。就目前教学情况而言，学生学习一般缺乏主动性，老师们大部分只是按部就班地在讲台上讲述，而学生则是生硬地去接受，因此，在这教学过程中，很多老师缺少相关知识点的启示以及因果关系、逻辑关系方面的思考，从而导致师生之间的教和学的严重脱节。

笔者认为，一个好的产品来源于一个好的构思，他直接决定了产品质量以及研发周期，因此，一个好的老师不仅在课堂上要传授知识，而且还要启发学生的思维能力。《机械工程控制基础》综合了多门学科知识，如高数、力学、复变函数及电工电子学、机械原理、液压传动、机械振动学等，因此，一套有效的控制系统可以采用多种思路进行设计，需要综合各个因素进行分析研究，比如设计的可行性分析、能否实现预期功能并成功运行，特别是设计的可行性分析过程中，一定要结合实际并考虑后面的实现和运行。在这个过程中既需要老师的合理开导，也需要同学们个人能力和团队能力共同完成。因此，笔者根据CDIO工程教育模式对目前的教学方法进行改革探索。

（1） 增加工程实际案例

老师在教学过程中，结合讲课内容适当的插入一些实际的工程案例，这样不仅可以提高学生们的学习兴趣，而且还可以让学生更好地理解和掌握教学内容。如热水器的温度控制、水塔的液面高度控制等。通过这些常见的简单案例，既解释了闭环控制系统这个概念的含义，又可以提高学生对这门课程的积极性，锻炼学生的构思和设计能力。

（2） 课堂讨论

由于本门课程的理论性太强，如果老师在课堂上一味地讲授相关定义、工作原理、公式推导等理论，很容易打消学生的学习激情、并产生听觉和视觉疲劳，大大降低上课质量。因此，在教学过程中应该根据课堂内容结合实际工程问题适当增加讨论互动环节，特别是一些比较重要的知识点，老师可以提出一些跟实际工程相关的问题，让学生在课堂上或者业余时间进行相互讨论和解决。当然，老师可以给予一定的辅导和暗示，这样就可以将学生的被动学习转化为主动学习，而且可以提高学习兴趣、活跃课堂气氛，同时还可以培养学生独立分析问题、解决问题的能力。

（3）增加课程设计环节

既然要将CDIO有机的联系起来，课程设计环节必不可少。目前，本门课程在一般本科院校内大部分没有课程设计环节，讲完理论课程后就以闭卷考试的方式结束，导致大部分学生只懂理论知识，却不懂理论怎么应用。《机械设计》这门课在该方面做的就比较好，课程讲完了紧接着就进行减速齿轮箱的课程设计，让学生学以致用。因此，笔者认为，本门课程结束后，应该围绕控制系统进行课程设计，比如温度控制、液位控制等比较常见的控制系统，让学生以小组的形式进行控制系统的搭建，这个过程就可以很好地将CDIO的工程教育模式有机的结合起来，提高学生的综合水平。

（4） 新的评价体系

传统的评价体系莫过于平时成绩和期末考试，很多学生为了应付考试，只能不求甚解的死记硬背，有的甚至考试作弊。这种应试教育的评价体系导致学生创新能力不足，缺乏提出问题和发现问题的能力，更没有解决实际问题的能力。因此，要将学生培养成一个优秀的工程师，评价体系一定要进行教学改革。应该加入课堂考核环节，如课堂表现、完成作业情况、完成实验情况、课程设计情况等；在考试环节中，加入一些创新设计的题型，了解学生是否有思路、有创新性等。

3.结论

教学改革永无止境，围绕CDIO的工程教育模式，以培养学生成为具有综合能力的优秀工程师为目的，从四个方面分析了本门课程在教学过程中一些不足，并提出了相应的改革措施，使学生具备发现问题、独立分析问题和解决问题的能力，不仅扎实掌握基础理论知识，同时还提高实际操作能力。

参考文献

[1] 杨叔子， 杨克冲. 机械工程控制基础[M]. 第六版. 武汉： 华中科技大学出版社，2012

[2] 谭心，尹明，钟金豹，张文兴. 机械工程控制基础[M].北京：清华大学出版社，2013

[3] 钟金豹、谭心、张文兴. 《机械工程控制基础》课程案例教学法探索[J]. 课程教育研究，2013（9）：252

[4]邢预恩，张文兴. 机械专业实践教学内容及方式的改革[J]. 中国冶金教育，2011（3）：69-71endprint