姜永成 華秀萍 顏兵兵 郭曉云 陳思羽

摘 要：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課是佳木斯大學(xué)研究生培養(yǎng)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程的教學(xué)成果極大影響研究生后續(xù)科學(xué)研究的水平。為提高研究生的實(shí)踐技能，基于CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）理論，采用項(xiàng)目教學(xué)法，對(duì)本門課程進(jìn)行教學(xué)改革探索，經(jīng)過(guò)2輪的教學(xué)改革試驗(yàn)，學(xué)生實(shí)踐能力和科研素養(yǎng)大大提高，取得了良好的教學(xué)效果。本次改革的成果對(duì)其他兄弟院校的研究生培養(yǎng)也具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：CDIO 研究生 項(xiàng)目教學(xué)法 實(shí)踐 科研素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2015）08-242-02

前言

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課是一門關(guān)于農(nóng)業(yè)工程學(xué)科研究生教育的研究農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域里許多基本問(wèn)題的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程。研究生經(jīng)過(guò)對(duì)本門課的學(xué)習(xí)能學(xué)會(huì)如步進(jìn)電機(jī)原理，運(yùn)動(dòng)控制方法，上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)等重要技術(shù)知識(shí)。本課程的開設(shè)不僅可以提高研究生的科研素質(zhì)，為后續(xù)科學(xué)研究的進(jìn)行提供必要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)。而且以往的教學(xué)過(guò)分強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)，僅有的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)也大多是做的演示性實(shí)驗(yàn)，本門課程教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)卻非常多，可以大幅度提高研究生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性、參與度，使教學(xué)目標(biāo)不再難以實(shí)現(xiàn)。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

對(duì)于現(xiàn)在的研究生教育，要求研究生不但要在專業(yè)技術(shù)知識(shí)方面有扎實(shí)的基本功，還必須具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、動(dòng)手操作能力、系統(tǒng)分析問(wèn)題并解決問(wèn)題的能力。為了更好地適應(yīng)當(dāng)前國(guó)內(nèi)迅猛發(fā)展的研究生教育水平，分析教學(xué)現(xiàn)狀，目前機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)主要存在以下問(wèn)題：

1.授課方法簡(jiǎn)單，以教師傳授研究生被動(dòng)接受式教學(xué)模式為主，這種教學(xué)形式簡(jiǎn)單死板，不能激發(fā)研究生的研究潛能、更不利于提高研究生學(xué)習(xí)興趣和調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極性。

2.授課實(shí)踐環(huán)節(jié)較少，以理論知識(shí)講授為主，缺乏綜合性實(shí)驗(yàn)，不能幫助提高研究生的動(dòng)手能力。這種教學(xué)方式對(duì)研究生教育要求來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

3.現(xiàn)有的教學(xué)模式達(dá)不到教學(xué)目的，不能提高研究生應(yīng)有的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、動(dòng)手操作能力以及科研技能。因此，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程急需改革，以便研究生能學(xué)以致用，提高自身綜合能力。

二、基于CDIO的教學(xué)改革方案設(shè)計(jì)

1.CDIO的基本思想。CDIO①（Conceive，Design，Implement，Operate）是美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)聯(lián)合探索創(chuàng)立的工程教育理念，以構(gòu)思（Conceive）—設(shè)計(jì)（Design）—實(shí)現(xiàn)（Implement）—運(yùn)作（Operate）理念開展基于工程項(xiàng)目全過(guò)程的學(xué)習(xí)，著重培養(yǎng)學(xué)生全面的工程實(shí)踐能力。其指導(dǎo)思想是：以誠(chéng)信、職業(yè)道德培養(yǎng)為基礎(chǔ)，以工程設(shè)計(jì)任務(wù)為導(dǎo)向，以培養(yǎng)個(gè)人能力（實(shí)踐能力和終生學(xué)習(xí)能力）、團(tuán)隊(duì)能力和系統(tǒng)的適應(yīng)與調(diào)控能力為主要目標(biāo)，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程②③。

《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是一門農(nóng)業(yè)工程學(xué)科課程群中最具專業(yè)特色的專業(yè)基礎(chǔ)課程，教學(xué)改革中，完全可以在相應(yīng)的教學(xué)中應(yīng)用CDIO的理念。

2.基于項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)改革方案。在教學(xué)過(guò)程中打破原有的教師講授，研究生被動(dòng)接受知識(shí)的模式，采用以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法，增添師生通過(guò)共同實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目工作而有目標(biāo)進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。這種方式可以提高研究生的學(xué)習(xí)興趣，讓其有目標(biāo)地自主學(xué)習(xí)，進(jìn)而很好地融入到有意義的任務(wù)完成的過(guò)程中，使學(xué)習(xí)變成一個(gè)生動(dòng)有趣的事情。同時(shí)，研究生可以通過(guò)自己的實(shí)踐進(jìn)行知識(shí)構(gòu)建和技能訓(xùn)練④，不再需要枯燥無(wú)味的重復(fù)就能理解并牢牢記憶理論知識(shí)。項(xiàng)目法教學(xué)流程圖如圖1所示。

（1）研究項(xiàng)目的確定。如圖1所示，在教學(xué)活動(dòng)實(shí)施之初根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的需要及參與本門課程學(xué)習(xí)的研究生人數(shù)，由教師確定項(xiàng)目個(gè)數(shù)并進(jìn)行分配任務(wù)。

（2）研究生分組。由教師主導(dǎo)根據(jù)研究生的不同興趣、個(gè)人擅長(zhǎng)的特點(diǎn)及團(tuán)隊(duì)合作需求，對(duì)研究生進(jìn)行分組作業(yè)并選舉各組組長(zhǎng)。

（3）討論項(xiàng)目目標(biāo)和任務(wù)。由教師布置相關(guān)教學(xué)任務(wù)，組長(zhǎng)協(xié)助并組織組員進(jìn)行項(xiàng)目?jī)?nèi)容討論并確定具體任務(wù)目標(biāo)，進(jìn)而分配各成員任務(wù)分工。

（4）制定項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間表。教師根據(jù)本課程的學(xué)時(shí)數(shù)和項(xiàng)目?jī)?nèi)所包含的任務(wù)量，制定具體的項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間表。

（5）講授項(xiàng)目實(shí)施規(guī)范與考核標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目實(shí)施前，教師專題講授項(xiàng)目實(shí)施規(guī)范與具體的相關(guān)考核標(biāo)準(zhǔn)，及研究報(bào)告的書寫規(guī)范。

考核制度采用百分制標(biāo)準(zhǔn)，其中項(xiàng)目研究占80%的分?jǐn)?shù)，其余20%教師根據(jù)組員的團(tuán)隊(duì)合作情況酌情給分。

（6）項(xiàng)目實(shí)施階段。教師跟蹤各組研究的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中根據(jù)所遇到困難及問(wèn)題的普遍性，組織專題討論或者進(jìn)行個(gè)別組具體指導(dǎo)，解決所出現(xiàn)的問(wèn)題。本課程涉及的主要問(wèn)題在于硬件系統(tǒng)搭建和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)部分。通過(guò)舉辦講座進(jìn)行具體講解示范及解惑。

（7）項(xiàng)目結(jié)題階段。項(xiàng)目完成后組織答辯，各組需要準(zhǔn)備好項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告及幻燈片材料，由各組組長(zhǎng)匯報(bào)項(xiàng)目流程，其他研究生成員分別負(fù)責(zé)答辯涉及具體問(wèn)題的解答。答辯結(jié)束并完成后，教師會(huì)對(duì)課程進(jìn)行綜合總結(jié)并給所有研究生打分作為最終成績(jī)。

三、教改方案實(shí)踐

基于本文的教學(xué)改革在佳木斯大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)科2011級(jí)、2012級(jí)研究生及2013級(jí)留學(xué)生教學(xué)中實(shí)行了教改方案實(shí)踐，并取得了良好效果。

1.項(xiàng)目任務(wù)的確定。本課程主要講授步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。以我校農(nóng)業(yè)工程學(xué)科2011級(jí)研究生課程為例，選修機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課共有12名研究生，共計(jì)確定分為2組研究項(xiàng)目，每組人數(shù)為6人，研究項(xiàng)目表如表1所示。

期間開展的基礎(chǔ)知識(shí)講座內(nèi)容如表2所示。

2.項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間表的確定。培養(yǎng)計(jì)劃中規(guī)定本門課程共計(jì)38個(gè)學(xué)時(shí)，其中理論學(xué)時(shí)占20學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)占18學(xué)時(shí)。本次課程改革將全部學(xué)時(shí)用于項(xiàng)目開發(fā)，教學(xué)過(guò)程中根據(jù)各組項(xiàng)目進(jìn)展和需要，開展定向基礎(chǔ)知識(shí)講座，同時(shí)要求各組成員每?jī)芍苓M(jìn)行一次項(xiàng)目進(jìn)展報(bào)告，每組每周開兩次組會(huì)，時(shí)間地點(diǎn)由各組自行商議選定，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)考核各成員績(jī)效并作詳細(xì)記錄。學(xué)生邊做邊學(xué)，理論和實(shí)踐結(jié)合，教學(xué)效果非常好。

3.項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程。在教學(xué)改革實(shí)踐過(guò)程中，全體參與教學(xué)改革的研究生體現(xiàn)出極大熱情投入到項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程中，在學(xué)習(xí)中不但掌握了實(shí)踐技能，培養(yǎng)了科研素養(yǎng)，還對(duì)自己即將從事的科研項(xiàng)目有了明確思路與方法。對(duì)研究生完成后續(xù)的碩士學(xué)位論文具有重要意義。

四、結(jié)論

本文打破原有的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程教授式教學(xué)方法，在CDIO教學(xué)理念的指導(dǎo)下，進(jìn)行了基于項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)改革實(shí)踐活動(dòng)并取得了良好的效果。具體總結(jié)如下：

1.CDIO理念在實(shí)踐性較強(qiáng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程中的應(yīng)用符合教學(xué)規(guī)律，研究生學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)為主動(dòng)探索，達(dá)到課堂與課間一致均能開展研究，教學(xué)效果良好。

2.研究生通過(guò)參與項(xiàng)目的討論研究，使其增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作感，能夠各司其職，具有強(qiáng)烈的責(zé)任感，看到自己的項(xiàng)目科研成果也有巨大的成就感，這種教學(xué)方式有利于研究生科研素養(yǎng)、實(shí)踐技能、自信心的提高。研究生隨著項(xiàng)目研究的需要主動(dòng)探索其他課程，學(xué)以致用，知識(shí)掌握牢靠。

3.項(xiàng)目教學(xué)法需對(duì)帶隊(duì)教師的水平有一定要求，教師額外的工作量核定、研制資金、必要的設(shè)備的支持，在教學(xué)方法改革的同時(shí)相應(yīng)的保障機(jī)制要隨之改革，才能達(dá)到良好教學(xué)效果。

4.本次教學(xué)改革產(chǎn)生的科研成果不但對(duì)我校研究生培養(yǎng)起到巨大提高作用，還對(duì)其他兄弟院校的研究生培養(yǎng)起到一定的借鑒意義，具有一定的推廣價(jià)值。

[基金項(xiàng)目：黑龍江省新世紀(jì)教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目“地方高校課堂教學(xué)有效性的‘分析—策略—實(shí)施—評(píng)價(jià)’過(guò)程集成系統(tǒng)研究”（JG2014011044）;黑龍江省教育科研“十二五”規(guī)劃2014年度課題“基于CDIO模式的卓越工程師培養(yǎng)中機(jī)械設(shè)計(jì)類主干課程改革”（14G134）;黑龍江省高教學(xué)會(huì)重點(diǎn)項(xiàng)目“大類招生模式下機(jī)械類高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”（14Z023）。]

參考文獻(xiàn)：

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[3] 姜永成，華秀萍，孫勇，等.基于CDIO的檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程教學(xué)改革探索[J].中國(guó)電力教育，2014（6）：71-74

[4] 馮巧玲，楊存祥，張文忠.基于CDIO模式的“電氣工程基礎(chǔ)“課程的教與學(xué)[J].中國(guó)電力教育，2010（1）：118-119

（作者單位：佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 黑龍江佳木斯 154007）

[作者簡(jiǎn)介：姜永成（1976—），男，黑龍江牡丹江人，佳木斯大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，副教授，博士后，主要從事高等教育改革研究及智能檢測(cè)與控制技術(shù)方面的工作。]

（責(zé)編：若佳）