李增芳，鄭高安，王紅梅，方貴盛

(浙江水利水電學(xué)院 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

CDIO(Conceive Design Implement Operate)是近年來(lái)提出的一種工程教育的新模式，它以工程產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，使學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)踐過(guò)程中，直接體驗(yàn)產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)作的完整過(guò)程，以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而有效培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)能力、工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、人際交往能力和溝通能力.因此，由CDIO教育模型出發(fā)，對(duì)課程進(jìn)行改革是學(xué)生獲得知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力和職業(yè)能力的有力保證[1-3].

機(jī)械工程導(dǎo)論課是我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程，該課程根據(jù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)基本要求，其主要目標(biāo)是幫助學(xué)生了解專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)科概況、課程設(shè)置、就業(yè)前景和領(lǐng)域等，培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)興趣，使學(xué)生對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)及從事的工作崗位有比較清晰的認(rèn)識(shí).為進(jìn)一步提高本課程的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，根據(jù)課程特點(diǎn)，本文以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、考核方式等方面進(jìn)行教學(xué)改革與創(chuàng)新[4-5].

1 傳統(tǒng)機(jī)械工程導(dǎo)論課存在的問(wèn)題分析

傳統(tǒng)機(jī)械工程導(dǎo)論課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括了專(zhuān)業(yè)概述和職業(yè)規(guī)劃、人才培養(yǎng)方案概述以及專(zhuān)業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的前沿知識(shí).課程教學(xué)的組織實(shí)施一般由專(zhuān)業(yè)帶頭人負(fù)責(zé)課程的總體規(guī)劃和考試考核工作，課程由專(zhuān)業(yè)骨干成員講授，每人結(jié)合自己的專(zhuān)業(yè)建設(shè)和科研學(xué)術(shù)方向，講授擅長(zhǎng)的學(xué)科方向知識(shí).注重學(xué)習(xí)過(guò)程考核，考核成績(jī)一般采用出勤、開(kāi)卷考試、課程作業(yè)、課程文獻(xiàn)查找等方式相結(jié)合形成.通過(guò)開(kāi)設(shè)導(dǎo)論課程，學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)及從事的崗位有了一定認(rèn)識(shí)，也在一定程度上培養(yǎng)了專(zhuān)業(yè)興趣，然而由于導(dǎo)論課程的對(duì)象是大學(xué)一年級(jí)的新生，傳統(tǒng)的講課方式讓學(xué)生缺乏對(duì)專(zhuān)業(yè)的感性認(rèn)識(shí)，這在一定程度上影響了導(dǎo)論課程的教學(xué)效果.

具體的表現(xiàn)有以下幾點(diǎn)：

(1)專(zhuān)業(yè)興趣培養(yǎng)不夠.由于剛?cè)胄５男律鄙傧闰?yàn)知識(shí)，尚缺乏機(jī)電產(chǎn)品實(shí)物和企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)感受，對(duì)老師講解的部分教學(xué)內(nèi)容可能很難接受和理解，教學(xué)內(nèi)容也會(huì)顯得空洞乏味，因此課程教學(xué)很難達(dá)到預(yù)期的效果，不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)興趣愛(ài)好.

(2)工程素養(yǎng)培養(yǎng)缺乏.傳統(tǒng)導(dǎo)論課程主要采用課堂教學(xué)和理論考核的模式，教學(xué)過(guò)程以教師為中心，教學(xué)內(nèi)容上沒(méi)有引入以機(jī)電產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行為全過(guò)程的項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)，所以學(xué)生的工程實(shí)踐能力、職業(yè)能力、團(tuán)隊(duì)合作精神等工程素養(yǎng)缺少很好的培養(yǎng).

(3)教學(xué)缺乏整體認(rèn)識(shí).傳統(tǒng)導(dǎo)論課教學(xué)內(nèi)容一般概括了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)電控制等專(zhuān)業(yè)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，在講授中主要是每位老師結(jié)合自己的專(zhuān)業(yè)建設(shè)和科研學(xué)術(shù)方向，講授擅長(zhǎng)的學(xué)科方向知識(shí)，這樣的安排很可能會(huì)讓學(xué)生孤立地看待和學(xué)習(xí)某一具體的專(zhuān)業(yè)課程，缺乏對(duì)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，不能正確理解課程之間的內(nèi)在聯(lián)系.

2 基于CDIO理念導(dǎo)論課程的教學(xué)改革

為進(jìn)一步提高機(jī)械工程導(dǎo)論的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力，將CDIO工程教育理念引入到機(jī)械導(dǎo)論課程的教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，通過(guò)增加項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)，改革教學(xué)組織和考核方式，使學(xué)生更好地理解和掌握專(zhuān)業(yè)核心課程的主要知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力及搭建合理知識(shí)結(jié)構(gòu)的教學(xué)目標(biāo).

2.1 課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)CDIO教學(xué)大綱中對(duì)導(dǎo)論課程的教學(xué)要求，經(jīng)課程組精心討論，決定把機(jī)械工程導(dǎo)論課程的教學(xué)分為理論教學(xué)和項(xiàng)目實(shí)踐兩大部分.

2.1.1 理論教學(xué)內(nèi)容

機(jī)械工程導(dǎo)論課程強(qiáng)調(diào)教學(xué)的系統(tǒng)性、全面性、前沿性以及與國(guó)際化，重視學(xué)生工程能力的培養(yǎng).經(jīng)課程組精心設(shè)計(jì)，理論部分內(nèi)容為開(kāi)設(shè)8次學(xué)科前沿及發(fā)展的講座，讓學(xué)生了解所學(xué)專(zhuān)業(yè)的最新發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域.課程講解主要內(nèi)容為：機(jī)械工程發(fā)展簡(jiǎn)史、機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法發(fā)展、模具技術(shù)發(fā)展、機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、水利機(jī)械發(fā)展、機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展、機(jī)械工程師職業(yè)能力素質(zhì)要求等，每次講解均圍繞即將開(kāi)展的實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容，使項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容成為貫穿課程教學(xué)的一條主線(xiàn).在開(kāi)展講座的同時(shí)有針對(duì)性地帶學(xué)生去機(jī)械制造類(lèi)企業(yè)參觀(guān)見(jiàn)習(xí)，幫助學(xué)生進(jìn)一步了解和認(rèn)識(shí)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、機(jī)械工程學(xué)科概況.

2.1.2 項(xiàng)目實(shí)踐內(nèi)容

項(xiàng)目實(shí)踐任務(wù)的設(shè)計(jì)主要包含項(xiàng)目對(duì)象選取、項(xiàng)目任務(wù)確定、項(xiàng)目教學(xué)組織和項(xiàng)目考核等內(nèi)容.在傳統(tǒng)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)引入典型機(jī)電產(chǎn)品具體項(xiàng)目實(shí)踐，通過(guò)實(shí)踐讓學(xué)生基本理解本專(zhuān)業(yè)所涵蓋的范圍和機(jī)械工程師的主要工作責(zé)任，對(duì)專(zhuān)業(yè)將學(xué)習(xí)的課程、課程的目的和它們之間的相互聯(lián)系有一個(gè)較清楚的認(rèn)識(shí)，從而促進(jìn)學(xué)生能有目的、有興趣地對(duì)待今后的專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí).

選取的機(jī)電產(chǎn)品作為項(xiàng)目對(duì)象時(shí)主要的考慮因素有三方面[5]，一是要有趣味性，能很好地激發(fā)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)品與生活緊密相關(guān)；二是代表性，該機(jī)電產(chǎn)品各組成部分能較好地對(duì)應(yīng)與本專(zhuān)業(yè)主要課程的教學(xué)內(nèi)容目標(biāo)，可以通過(guò)機(jī)電產(chǎn)品的不同功能部件理出專(zhuān)業(yè)課程之間的關(guān)系；三是真實(shí)性，產(chǎn)品必須是實(shí)物并配有相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)、說(shuō)明書(shū)和圖紙等材料，產(chǎn)品通電后能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí).根據(jù)上述主要考慮因素，課程組選取了往年浙江省機(jī)械設(shè)計(jì)大賽的“排除萬(wàn)難”救援機(jī)器人作為項(xiàng)目實(shí)踐的對(duì)象，救援機(jī)器人分為機(jī)械部分和電子控制部分，其構(gòu)思、設(shè)計(jì)、制造、裝配、運(yùn)行分別對(duì)應(yīng)了專(zhuān)業(yè)的主要課程(見(jiàn)圖1).

項(xiàng)目任務(wù)是要求各組學(xué)生根據(jù)分配的選題，在老師的全程指導(dǎo)下，達(dá)到以下三個(gè)目標(biāo)，具體為：(1)對(duì)項(xiàng)目實(shí)物進(jìn)行分析討論，通過(guò)查看實(shí)物、設(shè)計(jì)圖紙說(shuō)明書(shū)，深入了解產(chǎn)品的功能和組成結(jié)構(gòu)；(2)查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)了解產(chǎn)品機(jī)械部分和電子控制部分的工藝特點(diǎn)和工作原理，了解機(jī)械制圖、工程材料、機(jī)械設(shè)計(jì)、電工電子基礎(chǔ)、控制工程基礎(chǔ)和機(jī)械加工等專(zhuān)業(yè)課程及其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的作用；(3)通過(guò)實(shí)際操作產(chǎn)品，分析產(chǎn)品關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)和可能存在的問(wèn)題，然后從提高產(chǎn)品的功能、安全和成本以及新技術(shù)的應(yīng)用等角度提出改進(jìn)建議，畫(huà)出設(shè)計(jì)構(gòu)思的草圖，并編寫(xiě)報(bào)告.

圖1 救援機(jī)器人項(xiàng)目和專(zhuān)業(yè)課程的關(guān)系

2.2 課程教學(xué)組織

理論教學(xué)部分主要通過(guò)課堂講授，期間組織學(xué)生參觀(guān)救援機(jī)器人的操作演示.項(xiàng)目實(shí)踐部分則放在課程的后期，將學(xué)生組成6人左右的團(tuán)隊(duì)，指導(dǎo)學(xué)生嘗試構(gòu)思并設(shè)計(jì)一個(gè)改進(jìn)型救援機(jī)器人.項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)分三個(gè)階段，主要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，考慮到學(xué)生還未開(kāi)始專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)，所以采用了循序漸進(jìn)的方法，如第一階段讓學(xué)生分析了解機(jī)器人的功能和組成結(jié)構(gòu)，有了一定學(xué)習(xí)基礎(chǔ)后，進(jìn)入第二階段，查閱資料，學(xué)習(xí)了解機(jī)器人各組成部分對(duì)應(yīng)的機(jī)械、電子設(shè)計(jì)知識(shí)，并學(xué)習(xí)了解專(zhuān)業(yè)的課程體系，在第三階段，要求學(xué)生通過(guò)實(shí)踐操作發(fā)現(xiàn)機(jī)器人存在的一些問(wèn)題，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)對(duì)不合理部件提出改進(jìn)的思路和方法.

在項(xiàng)目實(shí)踐全過(guò)程中，學(xué)生需要在導(dǎo)師全程指導(dǎo)下不斷完善構(gòu)思和設(shè)計(jì)，最終完成項(xiàng)目預(yù)定的任務(wù).通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目的訓(xùn)練，可進(jìn)一步鞏固學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)課程體系的理解；在提高學(xué)生個(gè)人能力的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)交流和創(chuàng)新思維的能力；同時(shí)也促使學(xué)生圍繞項(xiàng)目任務(wù)目標(biāo)，提高主動(dòng)獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的工程實(shí)踐能力.

2.3 課程考核方法

在綜合傳統(tǒng)課程考核優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)導(dǎo)論課程考核進(jìn)行了改革，將考核內(nèi)容分成了專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)技能和學(xué)習(xí)態(tài)度三項(xiàng)[6]，其中專(zhuān)業(yè)知識(shí)考核主要是要求學(xué)生完成一篇綜合理論教學(xué)知識(shí)、項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)、產(chǎn)品改進(jìn)方案的書(shū)面報(bào)告，書(shū)面報(bào)告的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1)，占課程總成績(jī)40%，技能考核內(nèi)容主要包括資料文獻(xiàn)查閱、產(chǎn)品的功能分析、產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)及繪圖、PPT制作匯報(bào)等能力，占課程總成績(jī)30%，學(xué)習(xí)態(tài)度考核內(nèi)容主要包括學(xué)生的出勤、每一學(xué)習(xí)階段活動(dòng)的記錄、團(tuán)隊(duì)成員之間的合作、與導(dǎo)師指導(dǎo)工作的配合等方面，占課程總成績(jī)的30%.

表1 課程考核書(shū)面報(bào)告評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)2013級(jí)導(dǎo)論課程的教學(xué)實(shí)踐表明，基于CDIO理念的機(jī)械工程導(dǎo)論課程改革取得了較好的效果，學(xué)生通過(guò)具體產(chǎn)品項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)踐，更好地認(rèn)識(shí)了機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)學(xué)科領(lǐng)域的基本概況，理解了專(zhuān)業(yè)課程體系以及專(zhuān)業(yè)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力.今后，我們將進(jìn)一步深化機(jī)械工程導(dǎo)論課程的教學(xué)改革，在教學(xué)實(shí)踐中不斷完善課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和考核方法，以培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代工程技術(shù)發(fā)展需要的機(jī)械工程應(yīng)用型人才，實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革的最終目標(biāo).

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