邢繼春+張文會+張楠+顧勇飛

摘要：本文基于CDIO工程教育理念，深化在機械設(shè)計課程的改革與策略，提出通過提高教師工程實踐能力，改革與優(yōu)化理論課程的教學(xué)方法，加強現(xiàn)代設(shè)計手段與方法的應(yīng)用等策略培養(yǎng)學(xué)生工程實踐與創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)，為更好地培養(yǎng)新形勢下的全能人才奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：CDIO；機械設(shè)計；工程實踐；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）44-0105-03

《機械設(shè)計》是機械類專業(yè)普遍開設(shè)的主干專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是銜接專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課的關(guān)鍵紐帶，在機械類學(xué)生知識體系中起到承上啟下的關(guān)鍵的節(jié)點作用。隨著現(xiàn)代社會工業(yè)信息化水平的發(fā)展，企業(yè)對機械類人才的要求越來越高。而我國傳統(tǒng)教育模式下的《機械設(shè)計》課程重理論輕實踐，教學(xué)方法單一化、程式化、規(guī)?；?。它沒有重視到學(xué)生個性思維的發(fā)展、解決實際工程能力的提高以及團隊協(xié)作精神的培養(yǎng)。據(jù)統(tǒng)計，我國畢業(yè)工程技術(shù)人才中，適合在國際化公司工作的人不到10%。其中的主要原因為中國教育系統(tǒng)偏于理論，中國學(xué)生幾乎沒有受到項目教學(xué)培訓(xùn)和團隊工作的實際訓(xùn)練。因此，作為關(guān)鍵節(jié)點的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，《機械設(shè)計》課程需要不斷吸取國內(nèi)外先進的教學(xué)方法，根據(jù)本課程的教學(xué)特點改變教學(xué)方法，提高對未來機械類人才培養(yǎng)的質(zhì)量。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達到預(yù)定目標。國內(nèi)外的經(jīng)驗都表明，CDIO“做中學(xué)”的理念和方法是先進可行的，適合工科教育教學(xué)過程各個環(huán)節(jié)的改革。那么，如何有機地將這種先進教學(xué)理念結(jié)合到現(xiàn)階段《機械設(shè)計》課程中，以下是對CDIO開放式教學(xué)模式下《機械設(shè)計》課程教學(xué)的改革與思考。

一、教師工程實踐能力的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師處于教學(xué)活動中的主導(dǎo)地位，教師講授理論知識，學(xué)生被動接受相應(yīng)的知識。這樣只是對以往知識的繼承、積累和掌握，不利于培養(yǎng)學(xué)生現(xiàn)代工程技術(shù)人員的基本素質(zhì)。CDIO開放式教學(xué)相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，它不僅要求教師在教學(xué)活動中角色進行轉(zhuǎn)變，更要求教師的教學(xué)理念與思想從根本上發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨著我國教學(xué)規(guī)模的擴大，教師隊伍數(shù)量增大，教師隊伍的年齡結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。據(jù)統(tǒng)計，青年教師的數(shù)量占教師隊伍總數(shù)的62%，而且青年教師的學(xué)歷水平越來越高，這是一個很好的發(fā)展趨勢。但縱看青年教師的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，他們雖然接受過一定的工程教育，并且參與過工程實踐訓(xùn)練，可是，他們工程實踐的經(jīng)驗仍存在不足，因此不利于青年教師教學(xué)水平的提高與學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。CDIO工程教育理念告訴我們，只有把《機械設(shè)計》課程的教師培養(yǎng)成具有工程實踐理念的準工程師，才能在教學(xué)活動不斷地將工程實踐的理念滲透給學(xué)生?！稒C械設(shè)計》教師的工程實踐理念與能力的培養(yǎng)是一個長期的、不間斷的過程。為增加青年教師工程實踐培訓(xùn)的機會，在青年教師上講臺前，他們要進行半年以上的工程實踐培訓(xùn)或掛職工作，讓他們走入企業(yè)尤其是畢業(yè)學(xué)生的用人單位，了解行業(yè)的尖端技術(shù)與對人才素質(zhì)的實際需要，積累工程實踐的經(jīng)驗，從而在以后的教學(xué)活動中有的放矢地講授相關(guān)知識，做到工程實踐性與理論性相的結(jié)合。在實踐培訓(xùn)結(jié)束后，由有經(jīng)驗的教授和企業(yè)工程師聯(lián)合考核青年教師水平，通過考核者方可正式走上講臺。完善學(xué)校與企業(yè)聯(lián)合培訓(xùn)青年教師的制度，將實踐培訓(xùn)活動不定期地進行下去，做到教師的工程教育教學(xué)理念與企業(yè)人才素質(zhì)需要不脫節(jié)，為培養(yǎng)青年教師CDIO工程教育理念與可續(xù)發(fā)展做好重要基礎(chǔ)。

二、理論課教學(xué)的改革與優(yōu)化

《機械設(shè)計》理論課教學(xué)通常包括課堂講授和實驗操作，內(nèi)容豐富而繁雜，初次學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中感到教材脈絡(luò)很難把握，各章內(nèi)容銜接性不強，不利于知識點的理解和掌握，因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性大打折扣。在后續(xù)的課程設(shè)計中，由于對知識點理解不透徹和遺忘，導(dǎo)致他們不能靈活地應(yīng)用到工程實踐當(dāng)中，出現(xiàn)生搬硬套的現(xiàn)象。

1.課堂教學(xué)方式的改革。學(xué)習(xí)動力是興趣，學(xué)習(xí)的捷徑是實施?！稒C械設(shè)計》課程的最終目的是要培養(yǎng)學(xué)生將課堂學(xué)到的機械設(shè)計知識應(yīng)用于工程實踐中，完成課程設(shè)計的設(shè)計項目。因此，我們可以在課程開始時，確定每名學(xué)生設(shè)計任務(wù)，從最終目的講起，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與動力，很具象地告訴學(xué)生我們最終的目標，讓學(xué)生做到心中有數(shù)，學(xué)習(xí)時有的放矢，將所學(xué)的知識和設(shè)計任務(wù)有機地聯(lián)系起來。在課堂教學(xué)中，教師要充分利用多媒體教學(xué)手段，緊密結(jié)合專業(yè)特點，各有側(cè)重，注重講授內(nèi)容的新穎性，把握專業(yè)前沿，做到講授內(nèi)容廣泛新穎，突出重點和難點，啟發(fā)學(xué)生的思考和想象。階段性的設(shè)置討論課，要增加教師與學(xué)生之間的交流。教師總結(jié)前一段學(xué)習(xí)內(nèi)容，針對課程設(shè)計題目，讓學(xué)生進行分組討論，聽取學(xué)生的構(gòu)思與設(shè)計想法，并給予學(xué)生指導(dǎo)與評價。教師要減少固定模式計算的習(xí)題作業(yè)，可以針對工程實際內(nèi)容，增加開發(fā)式創(chuàng)新型作業(yè)題目，努力培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力。

2.開放式實驗課改革。受傳統(tǒng)教育模式的束縛，我國高等教育存在重理論輕實驗的現(xiàn)象，實驗課所占課時比例比較少，它往往作為理論課的“附屬品”存在。而且，實驗?zāi)Ｊ絾我?，實驗題目固定，實驗方法陳舊，與理論課及課程設(shè)計的聯(lián)系不強。學(xué)生感覺實驗課完全是在教師的指導(dǎo)下被動完成，這忽視了學(xué)生個性思維與動手能力的發(fā)展。然而，CDIO工程教育理念強調(diào)實驗課對學(xué)生綜合素質(zhì)提高的重要性。為了更好地將實驗課與理論課有機地結(jié)合起來，做到理論課是實驗課的指導(dǎo)，實驗課不僅僅是理論課的驗證，筆者認為可以采取以下措施。①整合學(xué)校實驗室資源，為學(xué)生設(shè)立開放式實驗室，全天為學(xué)生開放。鼓勵學(xué)生利用學(xué)生課余時間在開發(fā)性實驗室完成CDIO教學(xué)項目中的三級項目，將這種開放性的實驗室變成學(xué)生的“實驗課自習(xí)室”。②增加實驗課課時數(shù)量，在保證一定數(shù)量的理論驗證性實驗外，增加一定數(shù)量的設(shè)計性實驗，充分發(fā)揮學(xué)生的主動構(gòu)思和設(shè)計的能力。③將一部分理論課教學(xué)與實驗課相接相結(jié)合了，采用現(xiàn)場教學(xué)方式，直觀為學(xué)生講授機械設(shè)計理論在工程實際中的應(yīng)用。這種方式可加深學(xué)生對相關(guān)知識點的理解和掌握。機械設(shè)計實驗課的改革，充分發(fā)揮實驗課培養(yǎng)未來機械類人才的作用，必將會全方位地提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。endprint

三、機械設(shè)計課程設(shè)計改革思路與措施

目前，我國大部分高等院校的《機械設(shè)計》課程設(shè)計題目以帶式輸送機傳動裝置為主。課程設(shè)計題目比較單一，設(shè)計任務(wù)和數(shù)據(jù)多年未變，教師教學(xué)時程式化現(xiàn)象比較嚴重。這忽略了機械類各專業(yè)之間發(fā)展的差異，限制了學(xué)生個性思維的發(fā)展，不能夠充分調(diào)動學(xué)生設(shè)計研究的主動性與激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識的興趣，易造成抄襲現(xiàn)象，影響課程設(shè)計的教學(xué)效果。

1.課程設(shè)計題目多樣化、自主化。為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，避免設(shè)計題目的單一，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與興趣，加強學(xué)生獨立思考的能力，機械設(shè)計的題目可以適當(dāng)?shù)囟鄻踊?、自主化。筆者認為，課程設(shè)計題目可以結(jié)合教師的科研項目或工程實際中包含機械設(shè)計課程所講內(nèi)容的典型機械部件。但是，由于學(xué)習(xí)機械設(shè)計的學(xué)生大多是在大三階段，其知識的儲備有限，并且課程設(shè)計的時間基本在3～4周左右，要注意題目的難度和復(fù)雜程度。能力突出的同學(xué)也可以通過查閱相關(guān)文獻或在工程實際中所發(fā)現(xiàn)的問題向教師提出自主化的機械設(shè)計題目，機械設(shè)計教師掌握好題目的難度與深度。教師將每班學(xué)生分成若干小組，讓學(xué)生自己選擇有興趣的題目編成3～5人的團隊。團隊成員間的設(shè)計方案相同但是數(shù)據(jù)不同，并要求學(xué)生互相監(jiān)督，檢查對方的設(shè)計思路與計算過程，督促學(xué)生養(yǎng)成自查互查的習(xí)慣，增進了學(xué)生團隊協(xié)作的意識和能力。

2.加強現(xiàn)代設(shè)計手段與方法的應(yīng)用。隨著電子計算技術(shù)的發(fā)展與國家制造業(yè)信息化進程的迅速推進，現(xiàn)代化的機械制造企業(yè)已經(jīng)完全摒棄了復(fù)雜、冗長的手工制圖，而采用更為高效、高質(zhì)量的計算機輔助制圖CAD技術(shù)。但是，機械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)環(huán)節(jié)中，部分高校仍要求學(xué)生采用手工制圖，工作強度大，工作效率低，不利于學(xué)生空間思維的形成，更不利于掌握現(xiàn)代設(shè)計方法與設(shè)計手段，不能很好地為學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計階段打下計算機輔助制圖的基礎(chǔ)。為了更好與國際先進的CDIO工程教育理念接軌，作為專業(yè)基礎(chǔ)課《機械設(shè)計》的實踐環(huán)節(jié)，課程設(shè)計的改革已經(jīng)迫在眉睫。我們建議放棄機械設(shè)計課程中的手繪制圖階段，要求學(xué)生采用AutoCAD或CAXA作為二維圖紙繪圖工具；提倡學(xué)生應(yīng)用Solidwork、creo、UG等三維設(shè)計軟件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動仿真，鼓勵學(xué)生運用ANSYS、COSMOS、ABQUS等CAE軟件進行機械零件的力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計。我們將CAD/CAE相結(jié)合的設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于實戰(zhàn)，能深化學(xué)生課堂所學(xué)到的計算機輔助設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的理解。在設(shè)計計算階段，《機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》和《機械設(shè)計手冊》是必不可少的工具。但是，利用工具書查詢相關(guān)數(shù)據(jù)進行設(shè)計計算極其煩瑣，效率較低，且易錯選相關(guān)數(shù)據(jù)。現(xiàn)代化的設(shè)計手段要求我們培養(yǎng)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)檢索查閱相關(guān)文獻，利用計算機強大的數(shù)據(jù)庫功能簡潔快速地查閱相關(guān)數(shù)據(jù)。教師可以鼓勵學(xué)生采用軟件版《機械設(shè)計手冊》快捷方便查詢各種數(shù)據(jù)，運用Matlab、VB等編程軟件進行零件設(shè)計計算與校核分析。這極大縮短手工設(shè)計計算所用的時間，提高設(shè)計效率，給學(xué)生留出充裕的時間去思考學(xué)習(xí)三維軟件的應(yīng)用，為學(xué)生出色地完成畢業(yè)設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

3.考核方式改革與激勵創(chuàng)新。機械設(shè)計課程設(shè)計的考核與答辯是對學(xué)生課程設(shè)計階段所取得成果的一種總結(jié)與肯定?？己酥饕▓D面成績50%、平時成績30%和答辯成績20%。圖面成績和平時成績評分標準完全由教師主觀的判斷給出，答辯成績的給出通常是由老師提出問題，每名學(xué)生逐一進行答辯。因此，教師需要在有限度的課程設(shè)計時間內(nèi)擠出大量時間給答辯環(huán)節(jié)，而且每個同學(xué)的問題各不相同，這樣老師需要花費大量時間準備相關(guān)問題，而且很難做到全體學(xué)生難易程度相近。這忽略了老師與學(xué)生之間信息的相互交流。采用將題目相同的學(xué)生分成一組的方式，要求學(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算階段、制圖階段互相監(jiān)督彼此發(fā)現(xiàn)存在的問題。教師定期進行小組討論，解決小組成員中的個、共性問題。這樣大大增強了同學(xué)間的團隊協(xié)作能力與交流溝通的能力，而且節(jié)省了老師和學(xué)生的時間，提高了設(shè)計的效率。答辯環(huán)節(jié)可以采用很自由的方式。評分時，每位同學(xué)的成績由組內(nèi)其他成員根據(jù)評分標準給出，最終由教師綜合給出該名同學(xué)的最終分數(shù)，讓學(xué)生既是“運動員”，又是“裁判員”。這樣，學(xué)生通過總結(jié)他人設(shè)計中的得失和成敗，能夠提高自己的設(shè)計實戰(zhàn)經(jīng)驗。在這種討論式答辯中，它能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，鼓勵學(xué)生將討論時產(chǎn)生的新的創(chuàng)新想法應(yīng)用于實踐，引導(dǎo)學(xué)生進行課外創(chuàng)新活動的競賽，給學(xué)生更為廣闊的發(fā)展平臺。

建立以CDIO工程教學(xué)模式作為指導(dǎo)思想的機械設(shè)計課程改革是現(xiàn)階段高校教師不可推卸的責(zé)任。教師要靈活應(yīng)用CDIO項目式的教學(xué)方法，做到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的與時俱進。教師要以發(fā)展學(xué)生的綜合素質(zhì)為根本，為培養(yǎng)具有高水平的工程實踐能力的創(chuàng)新人才而努力。

參考文獻：

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