張 躍，馬常亮，蔣 勇，張樂瑩，劉 艷

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院，江蘇 泰州225300）

0 引言

CDIO工程教育理念是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。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)系的方式學(xué)習(xí)工程，它是一種以項(xiàng)目為引導(dǎo)的工程教育模式[1-3]。CDIO作為目前較流行的一種人才培養(yǎng)理念，把學(xué)生的知識(shí)能力、人際交往能力、溝通能力、對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程的掌握和對(duì)系統(tǒng)建構(gòu)的技能等，與真實(shí)的工程實(shí)踐相結(jié)合，在工程實(shí)踐中充分得到鍛煉和培養(yǎng)。南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院作為全國(guó)試點(diǎn)高校，對(duì)機(jī)械工程專業(yè)進(jìn)行了改革試點(diǎn)，取得了一定的成績(jī)。

1 課程體系的構(gòu)建

我校機(jī)械工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化和地方及區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要，在工程意識(shí)、技術(shù)素養(yǎng)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神與思想道德、藝術(shù)文化、人文精神等方面全面和諧發(fā)展，具備機(jī)械工程基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用能力，能在企業(yè)生產(chǎn)從事機(jī)械、機(jī)電產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造以及生產(chǎn)運(yùn)行與設(shè)備控制的應(yīng)用型工程技術(shù)人才?；谶@一目標(biāo)機(jī)械工程專業(yè)的人才培養(yǎng)的特點(diǎn)就是寬口徑，就業(yè)面廣。我校機(jī)械工程專業(yè)課程主要分為以下幾類：（1）機(jī)械設(shè)計(jì)類課程：工程圖形學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與測(cè)量技術(shù)、塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)、沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)等；（2）機(jī)械制造類課程：機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)控技術(shù)與編程、工程材料及成型工藝等；（3）機(jī)電類課程：電工學(xué)、模擬電路與數(shù)字電路、單片機(jī)原理及運(yùn)用、電氣控制及PLC、控制工程基礎(chǔ)等；（4）計(jì)算機(jī)類課程：機(jī)械CAD/CAM、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真技術(shù)等。

根據(jù)CDIO以項(xiàng)目為引導(dǎo)的工程教育模式，將CDIO項(xiàng)目按規(guī)模和范圍劃分為三級(jí)[4-5]。一級(jí)為包含機(jī)械專業(yè)主要課程群（設(shè)計(jì)類、制造類、機(jī)電類、計(jì)算機(jī)類），通過典型機(jī)械產(chǎn)品的方案構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化分析、工程出圖、零部件加工、產(chǎn)品調(diào)試到運(yùn)行，經(jīng)歷CDIO的整個(gè)過程；二級(jí)為包含一組相關(guān)核心課程群（如機(jī)械設(shè)計(jì)類）能力要求的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目相當(dāng)于綜合性的課程設(shè)計(jì)，把相關(guān)聯(lián)的課程知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生學(xué)習(xí)到有機(jī)和關(guān)聯(lián)的知識(shí)群而不是孤立的知識(shí)點(diǎn)；三級(jí)為單門課程為增強(qiáng)該門課程能力與理解而設(shè)的項(xiàng)目。

2 課程改革與實(shí)施

2.1 三級(jí)項(xiàng)目改革

三級(jí)項(xiàng)目是課程項(xiàng)目，每個(gè)教師都要知道自己的課程在整個(gè)專業(yè)課程體系中的作用，包括在知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)中的作用。例如機(jī)械設(shè)計(jì)這門課程的教學(xué)目標(biāo)之一是使學(xué)生掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力，在這門課程中的三級(jí)項(xiàng)目常規(guī)的是設(shè)計(jì)減速器，專業(yè)教師在常規(guī)的減速器項(xiàng)目以外開發(fā)了齒輪范成儀的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生設(shè)計(jì)齒輪范成儀并制作實(shí)物，學(xué)生機(jī)通過機(jī)械設(shè)計(jì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，強(qiáng)化所學(xué)內(nèi)容的消化吸收，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的設(shè)計(jì)、動(dòng)手能力，最終完成齒輪范成儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及實(shí)物的加工制造如圖1所示，該設(shè)計(jì)獲得江蘇省機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)。

圖1 齒輪范成儀

在《機(jī)械CAD/CAM技術(shù)》這門課程中，按照企業(yè)產(chǎn)品實(shí)際研發(fā)流程，將重點(diǎn)知識(shí)梳理、凝練為CAD、CAE和CAM三大知識(shí)模塊，如圖2所示。一半課時(shí)用于理論教學(xué)，保證知識(shí)體系的系統(tǒng)和完整；另一半課時(shí)采用項(xiàng)目化上機(jī)實(shí)踐，旨在重點(diǎn)訓(xùn)練學(xué)生的機(jī)械三維數(shù)字化設(shè)計(jì)能力。通過本課程學(xué)習(xí)及考核，不斷培養(yǎng)、選拔學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)參加全國(guó)三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等與機(jī)械專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)匹配很好的學(xué)科競(jìng)賽，學(xué)生設(shè)計(jì)的作品如圖3所示，充分說明機(jī)械工程專業(yè)基于CDIO理念的應(yīng)用型課程體系的有效性。

圖2 《機(jī)械C A D/C A M技術(shù)》應(yīng)用型課程改革

圖3 機(jī)械C A D/C A M課程項(xiàng)目

2.2 二級(jí)項(xiàng)目改革

二級(jí)項(xiàng)目是基于課程群的，每個(gè)課程群都有一個(gè)項(xiàng)目，這些項(xiàng)目相當(dāng)于綜合性的課程設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝、機(jī)械CAD/CAM、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等多門課程的有機(jī)結(jié)合。我校機(jī)械工程專業(yè)在二級(jí)項(xiàng)目中主要設(shè)有機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝及機(jī)械裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)。圖4所示為并聯(lián)臂3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)，學(xué)生通過調(diào)研及方案論證提出設(shè)計(jì)思路，完成相關(guān)參數(shù)計(jì)算及校核后畫出設(shè)計(jì)圖及三維結(jié)構(gòu)，然后完成并聯(lián)臂3D打印機(jī)的組裝及調(diào)試，通過本項(xiàng)目學(xué)生需要用到機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械CAD/CAM、工程力學(xué)、控制系統(tǒng)等相關(guān)課程知識(shí)。

圖4并聯(lián)臂3D打印機(jī)

圖5 所示為塑料注射模綜合課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，學(xué)生完成三通管注射模設(shè)計(jì)后，需要編制典型零部件的加工工藝卡片，完成零件的仿真加工過程，生成G代碼。由于3D打印技術(shù)的發(fā)展，在本項(xiàng)目中要求學(xué)生完成模具的3D打印，來(lái)驗(yàn)證模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否合理，能更好地提高學(xué)生的動(dòng)手能力及學(xué)習(xí)的積極性。

（續(xù)下圖）

（接上圖）

圖5 三通管模具設(shè)計(jì)

2.3 一級(jí)項(xiàng)目改革

一級(jí)項(xiàng)目是融入了學(xué)生四年學(xué)習(xí)的所有基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)知識(shí)而設(shè)置的綜合性項(xiàng)目，其中一級(jí)項(xiàng)目貫穿整個(gè)“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行”的全過程。一級(jí)項(xiàng)目通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的形式，歷時(shí)4個(gè)月，學(xué)生需要完成課題的方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件制造、裝配調(diào)試到運(yùn)行等階段。如圖6所示的自動(dòng)炒菜機(jī)器人，學(xué)生完成方案設(shè)計(jì)后，畫出二維結(jié)構(gòu)圖及三維結(jié)構(gòu)，完成炒菜機(jī)器人的仿真設(shè)計(jì)；方案設(shè)計(jì)經(jīng)論證后，學(xué)生自己采購(gòu)零配件，完成零件的加工及樣機(jī)的組裝及控制系統(tǒng)的調(diào)試，機(jī)械專業(yè)學(xué)生除了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械加工、機(jī)械CAD/CAM以外，還要學(xué)習(xí)單片機(jī)的理論知識(shí)及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)炒菜機(jī)器人的自動(dòng)控制，通過一級(jí)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，大大提高學(xué)生的制圖能力、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力，機(jī)械加工能力及電氣控制設(shè)計(jì)等能力。一級(jí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及開發(fā)要結(jié)合教師本身實(shí)踐能力，需要專業(yè)教師的潛心設(shè)計(jì)，如圖7學(xué)生完成的自動(dòng)上下搬運(yùn)車的一級(jí)項(xiàng)目。

圖6 炒菜機(jī)器人設(shè)計(jì)

圖7 自動(dòng)上下搬運(yùn)車

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院機(jī)械工程專業(yè)以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，圍繞著CDIO教學(xué)理念的模式進(jìn)行了項(xiàng)目化課程體系改革，以項(xiàng)目教學(xué)改革為切入點(diǎn)，對(duì)課程、課程群構(gòu)建了一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)項(xiàng)目，學(xué)生在項(xiàng)目訓(xùn)練中學(xué)中做，做中學(xué)，以項(xiàng)目成果為導(dǎo)向，檢驗(yàn)學(xué)生掌握知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的能力，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)，取得了一定的成績(jī)。