基于CDIO的机械制造装备设计课程教学改革

胡清明，徐长顺，郭建华，闻全意，曹忠亮，巨勇智

基于CDIO的机械制造装备设计课程教学改革

胡清明，徐长顺，郭建华，闻全意，曹忠亮，巨勇智

（齐齐哈尔大学 机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

机械制造装备设计课程是机械设计制造及其自动化专业核心课程，针对该课程特点与教学过程中发现的问题，基于美国麻省理工学院等4所顶尖工业大学倡导的CDIO工程教育理念，对课堂教学、实验教学及考核方式进行改革，并在教学过程中加以实施．针对传统课堂教学中存在内容枯燥、效率低、实验教学比重小以及考试形式单一的问题，提出基于CDIO理念以项目为单元对课堂教学和考核方式进行优化，为机械制造装备设计课程进一步教学的开展奠定了基础．

机械制造装备设计；CDIO；工程教育；教学改革

机械制造装备设计（Mechanical Manufacturing Equipment Design，简称MMED）是机械设计制造及其自动化专业必修的课程，随着国内机械行业不断发展，我国对装备设计与制造方向的人才需求量也不断增大，尤其是重型机械制造和高端机床行业，且国家对专业人才的标准也在逐步提高．打破国外对高精尖智能制造装备技术出口的垄断迫在眉睫，改变大型、高精度数控机床大部分依赖进口的局面已成为培养年青一代机械专业人才的首要目标[1]．机械设计制造及其自动化专业的学生肩负着振兴我国机械装备制造业的历史重任，教师作为学生获取专业知识的重要载体，其教育方式的选择至关重要．随着“互联网+”“中国制造2025”等重大战略思想的提出与实施，教育方式也应与时俱进，形成多形式综合课堂[2-4]．

1 课程教学中现存问题分析

机械制造装备设计课程内容主要包括机械制造装备的结构特点、工作原理、机械传动系统设计、主要零部件设计、制造方法与精度优化等基本理论和知识[5-7]．该课程知识点多、涉及知识面广、实践性强．另外，随着机械行业的迅猛发展和计算机辅助设计制造技术的引入，典型零件的设计方法也趋于多样化，采用传统的教学方法难以满足教学需要．与此同时，国家对装备制造人才的多元化、复合化以及创新型需求，对本课程进行教学方式和考核方法改革势在必行．通过企业需要和相关院校该课程进行调研得知，课程教学过程中存在3个方面问题．

1.1 教学方式单一，授课灵活度不够

课堂教学中，部分教师按照课本上的固有顺序，对知识点进行细致且密集的讲解，但没有具体地划分出书本内容中的重点部分与非重点部分．而该课程的知识点相对较多，要求学生具有较好的专业基础和综合知识，从而导致部分学生无法全部消化，降低了学习效率．在教学中有的教师只采用传统的授课方式，没有合理利用多媒体，使课堂效率在一定程度上受到了限制，容易导致学生对本门课程产生枯燥感；有的教师以讲授为主，不能与学生互动，导致有些学生的注意力无法集中，容易错过一些书本上的细节．机械制造技术在不断发展，可是课堂教育却更新缓慢，对工程软件的熟悉与运用已成为机械行业不可或缺的能力，但是在教育环节中缺少工程软件与本门课程的联动．

1.2 实践比重较低，学生动手能力不强

由于本课程主要涉及机床典型零部件设计、常见夹具设计和物流系统设计等知识，教学过程中，需要通过实践环节加深学生对基本原理和典型部件结构的掌握，如组合夹具设计中，通过让学生拆装夹具使其真实地体验不同夹具的结构组成和基本工作原理．实验教学与理论教学同样重要，但是在这门课程的教育环节中，实验教学的比重偏低，导致学生实际动手能力欠缺，甚至在面对真实的机械制造设备而无从下手，甚至有些零部件都无法叫出对应名称[8]．

1.3 课程考核方式不够多元化

在课程考核环节，主要以期末试卷成绩为主，导致部分学生用突击复习的方法来应对考试，对知识点的掌握不够透彻，并没有真正意义上掌握本门课程的知识[9]．

上述问题在我国高校普遍存在，为了解决这些问题，许多高校依据自身特色提出了相应的教学理念．如中国民航大学、汕头大学、北方交通大学、燕山大学等都引进了美国麻省理工学院等4所顶尖工业大学倡导的全新人才培养理念—CDIO（构思Conceive、设计Design、实施Implement、运作Operate）工程教育理念[10-12]，这种教育理念与国家在机械专业人才的培养上有诸多相似之处．本文在此基础上对机械制造装备设计课程的教育方式进行改革，注重实践教学，培养学生自主学习能力与分析解决问题能力．

2 教学方式改革研究

2.1 课堂教学改革

虽然课本更新换代的周期需要一段时间，但是教师的教学方法可以灵活多变．学生接受知识的途径也随着时代发展而不断丰富起来，网络教学的方式，会在一定程度上使学生的注意力更加集中．

（1）将书本上的内容划分出重点与非重点，非重点内容以传统形式加多媒体形式进行教学，而针对重点内容，教师组织学生集中讨论，并借助齐齐哈尔大学与齐重数重股份有限公司双方共享受双跨人才，邀请具有丰富经验的高级工程师开展讲座对制造装备的学科前沿知识进行介绍．

（2）在课前，将参与课程的学生分成4~5人的学习小组，在讲授过程中，教师经常布置一些与讲授内容相关的问题，学生在规定时间内以小组为单位进行集中讨论．课堂教学由传统的以教师讲授为主，变为以学生讨论为主，教师讲授为辅．通过工程中的实际案例引导学生思考并先进行讨论，逐步引入理论内容．教师作为学生思路的引导者，用适当的方法引导学生自主思考，让学生在课程学习中也占有一定的主导性，培养其解决问题和团队协作的能力．

同时，学习小组定期进行组间成员更换，防止同一小组在时间周期变长之后导致的疲倦．在课后，也可以通过学习小组来督促学生完成课后作业或课程设计等．

2.2 实验教学改革

实验教学在机械制造装备设计课程中，与课堂理论教学同等重要，是理论教学的深入．理论是基础，而实践就是验证并利用理论的环节，实验教学应贯穿整个学习过程的始终．

（1）提高实验教学在整个教学环节中的比重，让学生设身处地了解并熟悉机床的结构、传动精度等实际问题．提高学生的动手能力、观察能力、分析能力以及解决实际问题的能力．

借助黑龙江省智能机床研究院和智能制造装备协同中心，引进企业导师对学生进行实践环节的指导，增加学校与机械相关企业的学生实习合作项目，提高学生在实验教学环节中的实践质量．不仅让学生能够在学校的实验室中接触到机械制造设备，也能够有机会在保证绝对安全的条件下到相关企业去学习先进的机械制造技术与方法．

（2）随着信息时代的发展，企业在进行机械制造时，工程软件的使用覆盖率越来越大，而且工程软件的运用在很大程度上促进了生产效率，与此同时，提高了对专业人才的要求．学校也开展了很多相关工程软件的课程，但是往往软件的学习课程都是独立出来的，没有和实际的工程实例相结合，教师在课堂上列举的大多是一些比较普通且与实际不一定相符的实例．在实验教学的过程中，增加工程软件结合实际工程问题的案例教学，并由企业提出一些以往遇到的实际问题，交给学生来分析处理，学生利用软件教学课程上学习到的方法加以应用，并将其解决．如针对现有铣镗床进行改造，通过给学生设置如何在现有数控铣镗床上增加自动换刀装置和换刀机床，引导学生思考如何用UG，Solidworks，Pro/E等三维设计软件进行虚拟建模．这样不仅能够有效降低学生刚步入企业工作时的陌生感，而且还能够增加工程软件与工程实例的结合教学，避免纸上谈兵，可以大幅度提高学生的实际动手能力与综合素质．

（3）结合齐齐哈尔大学与齐重数控装备有限公司共建和人才共享机制的基础，通过让高校教师进入企业和邀请企业专家走进课堂等模式，充分发挥企业专家实践能力强的特点对学生进行授课，激发学生的学习兴趣，同时通过校企合作科研项目合作，有效促进教师科研能力和实践能力的提升，将更多的青年教师引入企业，有助于双师型教师队伍建设，为培养理论与实践兼备的现代机械制造装备人才提供保障．

2.3 考核方式改革

传统考核中，主要以试卷形式为主，这种形式易使学生产生应试心理，部分学生在突击复习后虽然考试成绩不低，但并未真正理解和掌握课程知识点，做到融会贯通，因此，需对考核环节进行改革．将考核成绩的比重按照一定比例分开，课堂出勤成绩＋考试考核成绩为40%，实验教学成绩为30%，工程软件与工程问题实例相结合的课程设计成绩为30%．

考试考核仍然以试卷形式为主，在以往的固定考试内容的基础上，减少客观题的比重，增加主观题的比重，引导学生运用多个知识点去解决问题．如在考核过程中设计题为“机床的主传动系统设计中转数为何满足等比数列？”有效地避免学生突击复习，在这样的题型设计下，只有真正学通、学懂机械制造装备设计的学生，在主观题中能够答出更高的分数，从真正意义上引导学生思考，培养学生解决问题的能力．

实验教学环节的考核中，将学生分组，每组给出不同的实验题目，在教师的监督下对每组学生进行考核，并根据组内每名学生的具体任务轻重来给出分数．

课程设计的考核中，同样将学生分组，由教师为每组的组长分配与组员数量相等的不同的设计任务，再由组长传达给每位组员．在课程设计结束之后，由教师组成答辩小组，对学生的课程设计内容进行考核．

上述考核方式的结合，可有效提高学生在教学进程与考试考核中的主观能动性，降低被动且无效地死记硬背书本知识．同时，也可以有效避免传统考试形式的一些弊端，能够提高学生的综合素质和培养学生的综合能力，让学生真正掌握知识点，并能熟以应用，为其今后步入企业奠定基础．

课程中现存问题及相应教改方案见图1．

图1 教改方案设计流程图

3 结语

在机械制造装备设计课程教学中，基于CDIO理念，在课堂教学、实验教学以及考试环节等方面进行了教学改革，在极大程度上降低传统形式上的课堂效率低，课堂形式枯燥单一，突击复习应试等弊端．经过２年的课堂教学与考核发现，学生对该课程的学习兴趣得到提升，且毕业后从事机床相关工作的学生人数也得以增加．同时，以项目方式和小组讨论结合，还有效提高了学生理论联系实际、解决问题、分析问题能力和团队协作能力，有效地锻炼了学生解决实际工程问题的能力．从另一方面讲，也提高了教师的教学效果．

[1] 王卫兵，魏敏．“机械制造装备设计”课程教学方法改革与实践[J]．中国科教创新导刊，2012（14）：205

[2] 王新宇．“中国制造”视域下培养高职学生“工匠精神”探析[J]．职业教育研究，2016（2）：14-17

[3] 李拓宇，李飞，陆国栋．面向“中国制造2025”的工程科技人才培养质量提升路径探析[J]．高等工程教育研究，2015（6）：17-23

[4] 田晓．中国制造2025背景下高职院校内涵建设研究[J]．轻工科技，2020，36（7）：203-204，206

[5] 徐学林．在《机械制造装备设计》课程中实施项目教学法的研究[J]．教育现代化，2019，6（67）：175-176

[6] 王利，杨斌．新工科背景下《机械制造装备设计》课程教学改革探索[J]．轻工科技，2018，34（7）：178-179

[7] 万林林，伍俏平，邓朝晖．工程教育专业认证下机械制造装备设计课程改革[J]．当代教育理论与实践，2015，7（4）：40-42

[8] 肖曙红．“机械制造装备设计”课程教学中创新思维的培养[J]．广东工业大学学报：社会科学版，2008（S1）：92-94

[9] 樊荣，张秀全．《机械制造装备设计》理论与实践一体化教学模式探索[J]．教育现代化，2018，5（23）：105-107

[10] 孙中柏．基于CDIO工程教育理念的机械制造装备设计教学改革初探[J]．才智，2018（32）：115

[11] 顾佩华，沈民奋，李升平，等．从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J]．高等工程教育研究，2008（1）：12-20

[12] 顾学雍．联结理论与实践的CDIO——清华大学创新性工程教育的探索[J]．高等工程教育研究，2009（1）：11-23

Teaching reform of mechanical manufacturing equipment design based on CDIO concept

HU Qingming，XU Changshun，GUO Jianhua，WEN Quanyi，CAO Zhongliang，JU Yongzhi

（School of Mechanical and Electronic Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

The mechanical manufacturing equipment design is a one of the major compulsory courses for mechanics majors．Based on course characteristics and existing teaching problems，we focused on the teaching reform during the classroom teaching，experimental teaching and examination according to the CDIO engineering education concept，which was advocated by the worldwide top 4 industrial universities including MIT in the United States．Aiming at the problems existing in traditional classroom teaching，such as dull content，low efficiency，small proportion of experimental teaching and single examination form，proposed to optimize classroom teaching and examination method based on CDIO concept and taking project as unit，which lays a foundation for further teaching of machinery manufacturing equipment design course．

mechanical manufacturing equipment design；CDIO concept；engineering education；teaching reform

TH12-4∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2020.10.019

1007-9831（2020）10-0086-04

2020-06-15

教育部产学合作协同育人项目（201901145012）；黑龙江省教育厅高等教育教学改革研究项目（SJGY20190715）；黑龙江省省属本科高校基本科研业务费科研项目（135409604）；齐齐哈尔大学第五批本科课程教学方法和考核方式改革项目——机械制造装备设计

胡清明（1985-），男，江西遂川人，副教授，在读博士，从事现代机械传动技术、数控加工与仿真研究．E-mail：huqingming1267@126.com