（華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東 廣州510641）

隨著我國(guó)高等院校招生人數(shù)逐年增長(zhǎng)，高等工程教育在人才培養(yǎng)方面遇到了一個(gè)難題：一方面高校畢業(yè)生就業(yè)難度加大，另一方面企業(yè)技術(shù)崗位又難以招聘到合適的、能迅速開展工作的工程技術(shù)人員。產(chǎn)生此矛盾的根本原因是學(xué)校人才培養(yǎng)的目標(biāo)與社會(huì)實(shí)際需求不一致。為破解矛盾，2010年6月教育部決定啟動(dòng)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃[1]，該計(jì)劃是貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項(xiàng)目，也是促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ探逃龔?qiáng)國(guó)的重大舉措。卓越工程師計(jì)劃旨在面向工業(yè)界、面向世界、面向未來(lái)，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)，對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，它是由瑞典皇家工學(xué)院和美國(guó)麻省理工學(xué)院等高校所創(chuàng)立的一種新型的工程教育模式[2]。CDIO 的含義是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和操作（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)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO工程教育是以能夠領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的現(xiàn)代工程師所需要具備的知識(shí)、能力和素質(zhì)為目標(biāo)，以現(xiàn)代工程實(shí)際為背景環(huán)境，采用相互聯(lián)系、相互支撐課程體系培養(yǎng)學(xué)生，并讓學(xué)生在現(xiàn)代學(xué)習(xí)和實(shí)踐環(huán)境中取得豐富的設(shè)計(jì)制作和主動(dòng)學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)的一體化成長(zhǎng)。CDIO教育理念是一種面向產(chǎn)品、過(guò)程、系統(tǒng)生命周期的工程教育方法，它以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，通過(guò)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力、交流能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和終生學(xué)習(xí)能力等。因此，CDIO教學(xué)法非常適合新時(shí)期創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，與卓越工程師計(jì)劃的目標(biāo)不謀而合。

1 課程特點(diǎn)與難點(diǎn)

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，主要講述常規(guī)尺寸的通用零部件工作原理和設(shè)計(jì)方法。該課程內(nèi)容系統(tǒng)性、邏輯性不太強(qiáng)，包含各種連接件、傳動(dòng)件、軸系回轉(zhuǎn)件的設(shè)計(jì)、選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等教學(xué)內(nèi)容，具有公式復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)繁多和實(shí)踐性強(qiáng)等特點(diǎn)。該課程不僅要求學(xué)生學(xué)會(huì)各種通用零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算方法，而且要求學(xué)生具備能夠綜合運(yùn)用先前學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和機(jī)器的具體工作條件，進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。

課程設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是工科機(jī)械類學(xué)生首次進(jìn)行的較全面、較系統(tǒng)、較長(zhǎng)時(shí)間、較貼近工程實(shí)際的綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，培育學(xué)生的工程意識(shí)，鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握都具有十分重要的作用和意義[3]。

通過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，課程組發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)在教學(xué)安排和教學(xué)要求方面存在以下不足之處：首先，課程設(shè)計(jì)時(shí)間一般安排在學(xué)期末，學(xué)生考試周前后，學(xué)生需應(yīng)對(duì)其它課程考試，無(wú)法將主要精力集中到課程設(shè)計(jì)；其次，學(xué)生未能充分認(rèn)識(shí)課程設(shè)計(jì)的意義及重要性，僅僅將其當(dāng)作理論課的大作業(yè)，抄襲現(xiàn)象較為嚴(yán)重；三是評(píng)價(jià)體系過(guò)于偏重圖紙質(zhì)量和設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書，未能充分合理考慮學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐以及日常設(shè)計(jì)活動(dòng)過(guò)程；四是課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容未能及時(shí)與當(dāng)前一些最新的應(yīng)用技術(shù)相融合，顯得陳舊、單薄。

同時(shí)，學(xué)生課程設(shè)計(jì)的結(jié)果也不樂(lè)觀，普遍存在以下問(wèn)題：（1）綜合應(yīng)用能力較弱。部分學(xué)生不能靈活地應(yīng)用先修課程的相關(guān)知識(shí)來(lái)解決課程設(shè)計(jì)的實(shí)際問(wèn)題，譬如不知如何靈活應(yīng)用所學(xué)理論力學(xué)、材料力學(xué)知識(shí)對(duì)軸進(jìn)行受力分析、約束反力求解、繪制彎矩圖和強(qiáng)度校核；不能正確地、規(guī)范地利用工程制圖、互換性與技術(shù)測(cè)量等課程所學(xué)知識(shí)繪制裝配圖、零件圖并合理標(biāo)注尺寸公差、幾何公差。（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的觀念不強(qiáng)。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)過(guò)程為傳動(dòng)方案分析，電機(jī)選擇，運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算，傳動(dòng)零件與軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，軸承、連接件、潤(rùn)滑密封件和聯(lián)軸器的選型及校核，箱體及附件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制裝配圖、零件圖，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。不少學(xué)生將各個(gè)階段孤立開來(lái)，僅僅按照順序依次計(jì)算，計(jì)算完畢后再開始畫圖，缺乏系統(tǒng)的整體的觀念，不明白各個(gè)環(huán)節(jié)是互相關(guān)聯(lián)的，牽一發(fā)而動(dòng)全身，某個(gè)環(huán)節(jié)的修改會(huì)導(dǎo)致其它環(huán)節(jié)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，尤其是在軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)未能正確執(zhí)行“邊計(jì)算、邊畫圖、邊修改”的原則，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)干涉等問(wèn)題后不得不大面積返工。（3）工程知識(shí)匱乏。對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸和加工、裝配工藝認(rèn)識(shí)不足，對(duì)減速器的制造、安裝、調(diào)整、維護(hù)等工藝過(guò)程缺乏感性認(rèn)識(shí)。在確定減速器整體及零件的結(jié)構(gòu)尺寸、工藝過(guò)程和精度要求方面，只會(huì)模仿書本的樣圖，只會(huì)硬套指導(dǎo)書的經(jīng)驗(yàn)公式，不知結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。譬如對(duì)齒輪輪轂和輪輻的非加工表面設(shè)計(jì)了不合理的尺寸和表面質(zhì)量要求。

2 課程教學(xué)改革與探索

為了改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高素質(zhì)機(jī)械工程技術(shù)人才，課程組基于卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃要求和CDIO模式對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了教學(xué)改革。

（1）優(yōu)化教學(xué)計(jì)劃

通常課程設(shè)計(jì)是安排在理論課結(jié)束之后集中進(jìn)行，這讓學(xué)生感覺兩者之間關(guān)系并不緊密，在態(tài)度上呈現(xiàn)重課程、輕設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，未能很好地實(shí)現(xiàn)通過(guò)課程設(shè)計(jì)鞏固和實(shí)踐理論課程的目標(biāo)。此外，兩周集中設(shè)計(jì)的時(shí)間太短，學(xué)生很難完全領(lǐng)悟機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要領(lǐng)并貫徹實(shí)施，很難充分考慮到一些細(xì)節(jié)問(wèn)題并使之完善。再次，課程設(shè)計(jì)安排在考試周前后，學(xué)生要應(yīng)付課程考試，無(wú)法將主要精力用于課程設(shè)計(jì)。本課程組將課程設(shè)計(jì)任務(wù)化整為零，分散到整個(gè)學(xué)期相關(guān)章節(jié)的教學(xué)活動(dòng)中去，突破原有的教學(xué)模式，從而保證改革手段的長(zhǎng)期實(shí)施和監(jiān)控。

首先在理論課程開課之初，在機(jī)械設(shè)計(jì)概論介紹完畢之后就布置課程設(shè)計(jì)題目，讓學(xué)生充分利用剛學(xué)過(guò)的機(jī)械原理知識(shí)根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖對(duì)傳動(dòng)方案進(jìn)行分析對(duì)比，讓學(xué)生自己選擇合適的傳動(dòng)方案，不搞千篇一律。教師可將課程設(shè)計(jì)各階段的進(jìn)度安排提供給學(xué)生參考，鼓勵(lì)學(xué)生先自學(xué)理論課未講到的內(nèi)容，允許學(xué)生根據(jù)新獲取的知識(shí)適時(shí)地調(diào)整設(shè)計(jì)方案。由于學(xué)生是在接受了設(shè)計(jì)任務(wù)之后帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)動(dòng)力增強(qiáng)了，興奮度也提高了。在講解到相關(guān)章節(jié)時(shí)，學(xué)生也容易向教師提出具體問(wèn)題，更加容易形成互動(dòng)。而且也便于教師因材施教，根據(jù)學(xué)生的不同情況進(jìn)行分別指導(dǎo)，容易突出主要問(wèn)題，從而使理論課教學(xué)也更有針對(duì)性。這樣也可盡可能降低期末考試周的影響，使學(xué)生能根據(jù)自己各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)的輕重緩急合理安排課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度。

（2）豐富設(shè)計(jì)內(nèi)容

機(jī)械設(shè)計(jì)課程是機(jī)械類本科生培養(yǎng)方案中的承上啟下的一個(gè)環(huán)節(jié)，按照CDIO教育模式，課程設(shè)計(jì)內(nèi)容要充分與其它課程有機(jī)結(jié)合起來(lái)才能發(fā)揮更大的作用，尤其應(yīng)該跟機(jī)械原理密切結(jié)合，擴(kuò)大機(jī)械原理部分系統(tǒng)方案對(duì)比設(shè)計(jì)的比重，鼓勵(lì)使用主流三維CAD軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模與仿真，還應(yīng)適時(shí)引入有限元分析、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想，開展研究型教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生深入學(xué)習(xí)。同時(shí)也可嘗試設(shè)計(jì)題目多樣化，甚至由學(xué)生自定題目。

在題目選擇上可設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的齒輪減速器，也可以考慮教師的工程設(shè)計(jì)課題，或?qū)W生自選題目（譬如學(xué)生研究計(jì)劃項(xiàng)目、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等），這樣有利于提高學(xué)生的積極性與主觀能動(dòng)性。適當(dāng)加大機(jī)械原理知識(shí)應(yīng)用在課程設(shè)計(jì)中的比重，要求學(xué)生對(duì)傳動(dòng)方案進(jìn)行充分的分析與比較，使學(xué)生全面經(jīng)歷從運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再到精度設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。為適應(yīng)用人單位對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力的要求，鼓勵(lì)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)軟件（Solidworks或ProE）進(jìn)行三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真，最終通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)工程圖出圖，減輕學(xué)生繪圖壓力。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，將鼓勵(lì)其進(jìn)行有限元分析、疲勞壽命分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)主動(dòng)深入學(xué)習(xí)新知識(shí)，提高其綜合素質(zhì)和競(jìng)爭(zhēng)力。

（3）完善評(píng)價(jià)方案

通常課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定的主要依據(jù)是圖紙和計(jì)算說(shuō)明書質(zhì)量以及答辯情況，這樣的評(píng)定方案難以全面客觀評(píng)估學(xué)生在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程分析解決問(wèn)題的能力、獨(dú)立的工作能力以及投入時(shí)間的多少，甚至?xí)霈F(xiàn)抄襲者比被抄襲者成績(jī)高的個(gè)別現(xiàn)象，同時(shí)為鼓勵(lì)創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，也要求對(duì)評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改革。課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定可從選題的難度、方案的創(chuàng)新性、平時(shí)的努力程度、計(jì)算過(guò)程的完整性、計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、圖紙的規(guī)范性與正確性、答辯的情況以及學(xué)生自我評(píng)價(jià)等方面綜合權(quán)衡確定。

為便于客觀全面地了解學(xué)生參與課程設(shè)計(jì)的情況，教師應(yīng)該經(jīng)常前往教室指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)，但由于教師還有其它教學(xué)科研任務(wù)，無(wú)法全天呆在教室指導(dǎo)。教師可加入班級(jí)的QQ群，這既便于教師通過(guò)計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)及時(shí)回答學(xué)生提出的問(wèn)題，也便于學(xué)生就某一設(shè)計(jì)問(wèn)題開展討論，還便于教師根據(jù)學(xué)生發(fā)言的情況和頻率來(lái)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度和參與課程設(shè)計(jì)的熱度，更加客觀公正地評(píng)定平時(shí)成績(jī)。

（4）補(bǔ)充工程知識(shí)

招生規(guī)模的擴(kuò)大，加上工程訓(xùn)練場(chǎng)地和設(shè)備等資源擴(kuò)充的滯后，使得學(xué)生參加金工實(shí)習(xí)的學(xué)時(shí)縮減，能動(dòng)手實(shí)操的訓(xùn)練項(xiàng)目也大不如前，這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)機(jī)械產(chǎn)品制造技術(shù)了解不夠全面，對(duì)機(jī)械零件的生產(chǎn)工藝過(guò)程認(rèn)識(shí)膚淺。工程訓(xùn)練的不充分直接影響到后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果。減速器的箱體及其附件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸系零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都需要扎實(shí)的加工工藝知識(shí)作基礎(chǔ)，否則難以獲得滿意的結(jié)構(gòu)和制造工藝性。教師可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)獲取箱體、齒輪、轉(zhuǎn)軸等零件的制造工藝過(guò)程錄像，以及常規(guī)加工工藝方法如鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、車削、銑削、刨削、磨削、鉆削、鏜削、鉸削和拉削加工的錄像，并將它們作為班級(jí)QQ群共享文件供學(xué)生課余時(shí)間補(bǔ)充學(xué)習(xí)或加深認(rèn)識(shí)，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（5）剖析常見錯(cuò)誤

目前絕大多數(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書偏重于設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法和計(jì)算過(guò)程的闡述以及機(jī)械設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的收錄，但對(duì)設(shè)計(jì)中常見、易犯的錯(cuò)誤卻一筆帶過(guò)，甚至只字未提，這對(duì)保證設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性和提高課程設(shè)計(jì)質(zhì)量是不利的。課程組根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐，從設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程和繪圖標(biāo)注等3個(gè)方面對(duì)齒輪減速器設(shè)計(jì)中的常見錯(cuò)誤進(jìn)行了總結(jié)，分析了出錯(cuò)的原因，給出了相應(yīng)的處理方法[4]。這樣學(xué)生可以避免重蹈覆轍，提高設(shè)計(jì)效率；教師也可以避免重復(fù)對(duì)相同的錯(cuò)誤進(jìn)行解釋說(shuō)明，提高工作效率。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃要求，采用CDIO模式，從教學(xué)計(jì)劃、設(shè)計(jì)內(nèi)容和評(píng)價(jià)方案等方面對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了教學(xué)改革。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：所采用的教學(xué)改革措施有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生今后進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)和從事機(jī)械工程行業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，從而有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐能力、就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力、交流能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和終生學(xué)習(xí)能力，有利于培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高素質(zhì)機(jī)械工程技術(shù)人才。