張榮沂，付彥虹，王 蕊，須 瑩，孫 婧

（黑龍江工程學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150050）

為適應(yīng)新世紀(jì)高等教育的要求，依據(jù)國(guó)家人才培養(yǎng)方案的需要，黑龍江工程學(xué)院將《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門重點(diǎn)學(xué)科課程開(kāi)設(shè)，同時(shí)也是學(xué)校教務(wù)處重點(diǎn)建設(shè)工程的一門主要課程。課程所涉及到的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，在2010年成為首批被國(guó)家認(rèn)定為卓越工程師建設(shè)的重點(diǎn)專業(yè)。卓越工程師建設(shè)重點(diǎn)專業(yè)是為滿足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)人才需要而實(shí)施的重要工程，也是滿足高等教育深化教學(xué)改革的需要。培養(yǎng)既懂工程設(shè)計(jì)又懂工程實(shí)施；既懂管理又懂技術(shù)的應(yīng)用型人才是卓越工程師培養(yǎng)的主要內(nèi)容。將CDIO理念引入機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，對(duì)于卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施和高級(jí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。

CDIO教學(xué)模式是近年來(lái)國(guó)外工程教育改革的最新成果，是一種現(xiàn)代高等工程教育理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式進(jìn)行工程學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的構(gòu)思，形成概念產(chǎn)品，將所創(chuàng)意的概念產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，用圖形展現(xiàn)出來(lái)，將設(shè)計(jì)的產(chǎn)品通過(guò)具體的實(shí)施加工制造出實(shí)體產(chǎn)品，將實(shí)體產(chǎn)品在模擬市場(chǎng)環(huán)境下或工作環(huán)境下進(jìn)行運(yùn)行，檢驗(yàn)其構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施的產(chǎn)品功能效果，以此培養(yǎng)學(xué)生的工程科研能力、終生獲取和學(xué)習(xí)知識(shí)的能力、團(tuán)隊(duì)中相互協(xié)作的能力。在《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程的實(shí)踐教學(xué)中引入CDIO教育理念，改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，從課程的理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、考核方式、教學(xué)方法等多個(gè)方面進(jìn)行全面改革，將學(xué)生培養(yǎng)成為新產(chǎn)品和新系統(tǒng)創(chuàng)造和執(zhí)行過(guò)程中的卓越工程師［1］。

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程現(xiàn)有的教學(xué)方式

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程在現(xiàn)有的教學(xué)過(guò)程中采用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方法，在理論教學(xué)過(guò)程中以教師為中心，注重知識(shí)的系統(tǒng)性和理論性的傳授，重點(diǎn)保證學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握，教師與學(xué)生的互動(dòng)、學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)和鍛煉機(jī)會(huì)較少；在實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中注重教師對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、演示和講解，重點(diǎn)保證學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全過(guò)程的感性認(rèn)識(shí)，學(xué)生參與其中的機(jī)會(huì)較少。目前，高等學(xué)校中涉及到此課程的考核方式一般分為：期末考試和平時(shí)考查兩種組成形式。其中平時(shí)考查又細(xì)化為：上課出勤率、提問(wèn)、平時(shí)小測(cè)驗(yàn)、大作業(yè)、小論文等多種形式，成績(jī)的最終評(píng)定有上述幾項(xiàng)內(nèi)容綜合評(píng)定，其考核形式更多的是傾向于分項(xiàng)整體化；考試則為期末的卷面成績(jī)和平時(shí)成績(jī)的結(jié)合。然而，簡(jiǎn)單的以考核量化學(xué)生的學(xué)習(xí)是不夠的，它只能是一種手段，并不能成為最終的目的。這樣的考核方式僅僅只憑考試卷面上成績(jī)是不能全面客觀地反映學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的好壞和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在教學(xué)過(guò)程中，大綱中安排較多學(xué)時(shí)的理論教學(xué)，較少學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)，使得學(xué)生不能很好地理解課程內(nèi)容，很多學(xué)生感到機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程難學(xué)、難懂又難用。傳統(tǒng)的教學(xué)方式和考試方法忽視了對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，理論和實(shí)踐脫節(jié)使學(xué)生的專業(yè)能力、創(chuàng)新意識(shí)呈弱化的趨勢(shì)，阻礙了對(duì)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。因此，為了盡快適應(yīng)培養(yǎng)卓越工程師的特定要求，將CDIO教學(xué)理念引入機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程中，就是基于系統(tǒng)的觀點(diǎn)，從構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行的全過(guò)程，注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行全過(guò)程的培養(yǎng)和訓(xùn)練，更加全面地反映學(xué)生對(duì)應(yīng)用此門課程知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，促使更多的學(xué)生在學(xué)習(xí)和應(yīng)用過(guò)程中最大程度地發(fā)揮出個(gè)人潛能，最終成為適應(yīng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和社會(huì)需求的應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才［2－3］。

2 基于CDIO的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式

“機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的主干課程之一，涉及軟硬件的綜合應(yīng)用技術(shù)，知識(shí)容量大，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性［4］。因此，根據(jù)我校培養(yǎng)卓越工程師和教學(xué)大綱的要求，構(gòu)建了基于CDIO的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式，并在教學(xué)中進(jìn)行運(yùn)用和實(shí)踐。

2.1 理論教學(xué)內(nèi)容的改革

理論教學(xué)中機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程涉及的學(xué)科多、知識(shí)點(diǎn)分散，教與學(xué)的過(guò)程中切斷知識(shí)之間聯(lián)系的情況時(shí)有發(fā)生。CDIO的理念教學(xué)模式在理論教學(xué)中，就是根據(jù)課程大綱的要求進(jìn)行項(xiàng)目式理論教學(xué)，把機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)聯(lián)系起來(lái)講授，將理論教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行改革，強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)性知識(shí)點(diǎn)的講解和傳授，通過(guò)教學(xué)方法的改革，采用討論式、案例式教學(xué)方法，使學(xué)生掌握課程的重點(diǎn)，把握課程的難點(diǎn)，深入理解課程的知識(shí)點(diǎn)，使學(xué)生系統(tǒng)的掌握產(chǎn)品構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計(jì)（Design）的必備專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的自主進(jìn)行產(chǎn)品構(gòu)思（Conceive）和設(shè)計(jì)（Design）的能力。在教學(xué)過(guò)程中為了更好地實(shí)施CDIO教學(xué)模式，需要從系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要課程組團(tuán)隊(duì)集體備課和精心策劃。運(yùn)用項(xiàng)目管理理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一個(gè)目標(biāo)產(chǎn)品通過(guò)CDIO流程將其實(shí)現(xiàn)，為了達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)在教學(xué)過(guò)程中首先將學(xué)生分成小組，讓學(xué)生通過(guò)調(diào)研和在教授設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中選擇一個(gè)目標(biāo)產(chǎn)品，讓學(xué)生帶著產(chǎn)品項(xiàng)目進(jìn)行理論教學(xué)的學(xué)習(xí)。即在授課過(guò)程中給學(xué)生布置“全自動(dòng)黑板擦的設(shè)計(jì)、全自動(dòng)除草機(jī)的設(shè)計(jì)、3D打印機(jī)設(shè)計(jì)”等綜合項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目需要全面的將機(jī)械知識(shí)與微電子知識(shí)融合在一起才可以完成，形成了學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)時(shí)是帶著項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行思考，做到以組為單位，邊學(xué)習(xí)邊循序漸進(jìn)地完成項(xiàng)目，課程講授結(jié)束的同時(shí)學(xué)生的項(xiàng)目也已完成。在教學(xué)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)中學(xué)生自己動(dòng)手制作調(diào)試產(chǎn)品、查閱相關(guān)的資料、撰寫總結(jié)報(bào)告、采用PPT向其他小組同學(xué)匯報(bào)自己小組的研究成果，各組同學(xué)均給予評(píng)價(jià)，使學(xué)生對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)理解更加深刻。同時(shí)在學(xué)生的自評(píng)和互評(píng)環(huán)節(jié)中，能夠促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中有益的交流，實(shí)現(xiàn)共享知識(shí)。創(chuàng)建學(xué)生互相啟發(fā)、互相監(jiān)督和相互學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)氛圍［5－6］。進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)探索、綜合應(yīng)用知識(shí)、系統(tǒng)分析解決問(wèn)題的能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的改革

實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中成績(jī)考核在對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)中是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，也是整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的一個(gè)不容忽視的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生完成CDIO環(huán)節(jié)的實(shí)施和運(yùn)行兩個(gè)階段。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)中，由于復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備、昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及不足的臺(tái)套數(shù)、使用和維護(hù)的高成本等原因，多為演示性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，故學(xué)生一般很難親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。而綜合性實(shí)驗(yàn)或自主式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)更有利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)施（Implement）與運(yùn)行（Operate）能力。為了在CDIO教學(xué)模式下保證培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，我們?cè)趯?shí)踐環(huán)節(jié)中針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的光機(jī)電一體化設(shè)備設(shè)計(jì)了一些綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和一些自主式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，為學(xué)生提供自選性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和自主式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生自主進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力，要求學(xué)生在指定的范圍內(nèi)綜合利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和技能完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，最終全程對(duì)一門實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一個(gè)科學(xué)整體的、全程性總結(jié)。此類實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒(méi)有過(guò)多要求復(fù)雜性和創(chuàng)新性，此類實(shí)驗(yàn)是綜合理論課中的某一個(gè)具體章節(jié)的內(nèi)容或部分章節(jié)內(nèi)容，綜合性實(shí)驗(yàn)如上料機(jī)構(gòu)的PLC控制、搬運(yùn)機(jī)器手機(jī)構(gòu)的PLC控制等試驗(yàn)項(xiàng)目，按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目把學(xué)生分組，依次選定組長(zhǎng)，由教師制定實(shí)驗(yàn)任務(wù)書：即實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要完成的內(nèi)容、步驟和所用設(shè)備要求，對(duì)涉及到的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，啟發(fā)、指導(dǎo)學(xué)生盡快理解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行指導(dǎo)；學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)書要求進(jìn)行討論以確定詳細(xì)的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)步驟；同時(shí)根據(jù)小組確定的項(xiàng)目實(shí)施步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施，對(duì)已產(chǎn)生的問(wèn)題做到及時(shí)的糾正，但核心要求是由學(xué)生獨(dú)立構(gòu)思完成此類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

為了提高學(xué)生的綜合運(yùn)用知識(shí)能力，在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)中增加了課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，此模式在教學(xué)中的做法是：在考核前一個(gè)月左右布置一批應(yīng)用性比較強(qiáng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的課題，如各種數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器手的設(shè)計(jì)等，這些課題綜合性較強(qiáng)，覆蓋的知識(shí)面寬，能夠很好地體現(xiàn)課程的特點(diǎn)，同時(shí)每個(gè)課題又有各自不同方向的側(cè)重點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)控制、單片機(jī)控制或者用PLC進(jìn)行控制系統(tǒng)輔助，學(xué)生之間可以自由組合實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以在試驗(yàn)期內(nèi)有針對(duì)性的去查閱相關(guān)的資料，程序框架的編制，利用課外時(shí)間上機(jī)，有目的地去調(diào)試程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的仿真，這樣學(xué)生既可主動(dòng)消化并且掌握課程內(nèi)容。

2.3 考核方式改革

考試是檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高實(shí)際技能的一種即傳統(tǒng)又重要的環(huán)節(jié)和手段，對(duì)進(jìn)行素質(zhì)教育，培養(yǎng)基礎(chǔ)功底扎實(shí)、創(chuàng)新和實(shí)踐能力強(qiáng)的卓越人才，具有特別重要的意義和作用。

在理論教學(xué)中，由于學(xué)生是帶著項(xiàng)目學(xué)習(xí)課程主要知識(shí)點(diǎn)并進(jìn)行思考，做到以組為單位，邊學(xué)習(xí)邊循序漸進(jìn)地完成項(xiàng)目，課程講授結(jié)束的同時(shí)學(xué)生的項(xiàng)目也已完成。因此，在理論教學(xué)過(guò)程中將考核貫穿于整個(gè)課程教學(xué)的過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生自己動(dòng)手制作調(diào)試的產(chǎn)品、查閱相關(guān)資料、撰寫總結(jié)報(bào)告、使用PPT向其他小組同學(xué)匯報(bào)研究成果，各組同學(xué)均給予評(píng)價(jià)、教師也對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)學(xué)生每個(gè)項(xiàng)目完成過(guò)程中的各種表現(xiàn)進(jìn)行考核，有教師的考核與學(xué)生的自評(píng)和互評(píng)兩大部分，從而使得教師對(duì)學(xué)生的考核主要考查其在完成各項(xiàng)目的過(guò)程中理論知識(shí)的掌握情況和課堂表現(xiàn)、操作技能的掌握情況等方面。

對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和自主式設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績(jī)進(jìn)行評(píng)定的要求，是需要學(xué)生先進(jìn)行匯報(bào)，再由教師點(diǎn)評(píng)和各小組學(xué)生互評(píng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)完成情況進(jìn)行整體考核，并在實(shí)踐考核方式上采用分階段式實(shí)踐考核方案。分階段式是總的實(shí)踐考核成績(jī)，來(lái)自于該門課程在實(shí)踐環(huán)節(jié)中進(jìn)行的各階段成績(jī)。分階段式考核方式給出課程的總成績(jī)模式是：總成績(jī)＝團(tuán)隊(duì)協(xié)作成績(jī)（20%）＋實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)（30%）＋撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告（20%）＋自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)（或綜合性實(shí)驗(yàn)）（30%）［7－8］。

課程設(shè)計(jì)的成績(jī)考核方法：首先，學(xué)生要上機(jī)考核，上機(jī)考核中要規(guī)定時(shí)間，分組分機(jī)，一人一機(jī)，操作分別進(jìn)行，教師考核重點(diǎn)在于其對(duì)課程內(nèi)容的掌握程度及操作技能；其次，組織學(xué)生進(jìn)行答辯。注重考核的是學(xué)生的應(yīng)辯能力、職業(yè)能力和綜合素質(zhì)，成績(jī)記入期末成績(jī)。通過(guò)這種考核方式給學(xué)生以彈性化、人性化的能力發(fā)展空間，打破“一刀切”的期末考核模式，做到考核全程化［9］。

3 基于CDIO的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式實(shí)施的效果

CDIO的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式的實(shí)施，有力地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力。改革后學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主觀能動(dòng)性均充分得到了發(fā)揮，學(xué)生們積極地參與到教學(xué)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)中，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生需要查閱一定量的相關(guān)文獻(xiàn)和參考資料才能完成既定項(xiàng)目。同時(shí)，這些學(xué)習(xí)和研究既是課堂教學(xué)的補(bǔ)充又是課堂知識(shí)的擴(kuò)充，課堂教學(xué)內(nèi)容延伸到課堂之外，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)密切結(jié)合、理論考核和技能考核密切結(jié)合，使學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力得到了培養(yǎng)和鍛煉，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，在實(shí)際操作中提高了學(xué)生分析、解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，學(xué)生的綜合素質(zhì)能力得到了顯著提高，使學(xué)生在大學(xué)生就業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有顯著的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)CDIO的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教學(xué)模式的實(shí)施，對(duì)教學(xué)中教師教學(xué)水平提出了更高、更完善的要求。CDIO教學(xué)模式注重對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，對(duì)學(xué)生的素質(zhì)教育貫穿于教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，要求任課教師要花更多的精力備新課，更要及時(shí)總結(jié)每節(jié)課的效果，用以改善下一節(jié)課的課堂內(nèi)容。一名合格的教師除了要系統(tǒng)地掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容外，還應(yīng)該了解相關(guān)學(xué)科知識(shí)，具備豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

教師通過(guò)對(duì)CDIO工程教育理念的多層次學(xué)習(xí)和教學(xué)實(shí)踐，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的考試模式進(jìn)行了深入的思考和探索。將項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)貫穿于學(xué)生的成績(jī)考核中，并且將學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、溝通能力、組織能力、創(chuàng)新能力貫穿于各個(gè)環(huán)節(jié)中。通過(guò)對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，培養(yǎng)出適應(yīng)國(guó)家、地域和機(jī)電行業(yè)發(fā)展需要的、具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的應(yīng)用型卓越工程師。

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