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摘要：分析了机械设计专业在课程设计、毕业设计和相关基础类课程教学过程中存在的问题，把CDIO工程教育思想“构思-设计-实现-运作”贯穿于这些课程的教学和实践中，提出了理论、实践相结合的教学改革方案，增强了学生学习的积极性，培养了学生综合设计能力、创新设计能力、团队协作能力。实践证明，通过激发学生的学习兴趣，提高了学生学习的主动性，教学效果良好，知识掌握程度得到了提高。
关键词：CDIO；机械课程；能力培养；实践
作者简介：严乐（1967-），女，江苏无锡人，北京信息科技大学机电工程学院，副教授。（北京 100192）
基金项目：本文系2012年北京信息科技大学教学改革项目（项目编号：2012JGYB05）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）25-0097-02
当今社会对优秀人才的评价，已不仅仅局限于其卷面成绩，更看重的是一个人的创新能力和解决实际问题的能力。为提高大学生的能力，许多国家都把培养创新型人才摆在战略高度加以重视。
机械设计专业的基础类课程具有很强的实践性，为了提高学生的综合素质，培养学生的工程知识、创新能力、个人能力、团队协作能力和工程系统能力，教学改革势在必行。[l] CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate） 代表构思、设计、实施、运行，是一种新型的工程教育模式。[2，3] CDIO工程教育理念是2000年开始，历经4年探索，由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学共同提出的，它强调基于项目的学习，课程设置的考虑面向产业需求，从理论分析和工程科学分析转向产品创新。CDIO工程教育模式以学生以主体，从产品构思研发到制造的全过程出发，实现理论课程与实践有机的联系。通过这种方式的学习，学生不仅可以获得学习科学技术知识的能力，而且团队交流能力、协作能力和设计制造产品过程的能力都可以得到很大提高。[4] 因此，借鉴先进的CDIO工程教学理念对机械设计专业基础类课程和设计类实践课程进行相应改革，引导学生在实践中主动学习，并能使相关的专业课程有机联系起来，达到知识学习、能力培养、学生综合素质提高的目的。
一、机械设计专业基础类课程的教学模式和设计模式现状
机械设计专业基础类课程教学一般以教师讲授理论知识为主，机械原理、机械设计、机械系统设计等课程结束后，有1周或3周的课程设计和毕业设计。一般来说，课程设计题目常选择通用机械的传动装置，主要以插床、牛头刨床、齿轮减速器、典型机械等机械传动装置为主，毕业设计题目可以根据教师自己的研究方向和课题而定。这些设计的内容包括：传动装置的总体设计，包括传动方案分析、电动机选择、各级传动比分配以及计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴、轴承、联轴器等零件的设计计算、选择和校核；一般零件的设计；绘制零件图及装配图。设计时学生在指导教师的指导下按给定的传动方案或自行设计的方案完成设计。
这些设计类实践课程在教学内容和设计过程中缺少各种可行方案比较，学生只了解给定的设计方案，而对其他方案缺乏分析、选择的过程，而且还存在着重理论、轻实践的现象，因此造成学生在课程设计、毕业设计以及今后的实际工作中，分析解决实际工程的能力、设计机械的能力和动手能力都较差，更不用说创造性设计新机械的能力。如在机械设计课程设计中设计了减速器，这方面参考资料较多，学生基本上可以比较容易地进行设计，而到了典型机械设计或毕业设计阶段，如果所给题目的参考资料较少，学生会感觉无从下手。
二、机械设计专业基础类课程的教学思考与改革
多年来，机械设计专业在教学改革、课外科技活动、创新人才培养方面做了大量的工作，但相应的创新能力的培养显得比较薄弱，如各门课程所开实验大多数只做验证性试验，不能充分调动学生参加的积极性，学生做实验总是被动的。另外，课程设计中创新性设计内容偏少，内容简单，过程单一，不能充分发挥学生的想象力和创造力，理论与实践脱节，学生只懂理论或只具备基本动手能力，缺乏综合运用所学知识发现问题和解决问题的实践创新能力。
遵循理论联系实际的原则，借鉴先进的CDIO工程教学理念对机械设计专业基础类课程、课程设计和毕业设计进行改革，从产品设计、制造的全过程出发，将机械原理、机械设计和制造工艺等课程结合起来，做到机械基础类课程的完整性、系统性和综合性，把创造还给学生，让学生在学习中提高创新意识，培养创新精神。通过课程和设计的内容，培养学生具备在现代工程环境下赖以生存和成长的团队协作精神、交流沟通能力，力求突出对学生工程职业素质、综合实践能力和创新设计能力的培养，使其适应新形势下对机械设计专业学生综合素质的培养。
机械设计专业基础类课程改革的内容包括以下几个方面：
1.增加设计题目类型
学生可以选择传统的设计题目，比如减速器，也可以选择自己感兴趣的题目。但是在设计之初，教师应该把握学生选题的难易程度，不仅具有多样性、挑战性，而且应使得学生能够在一定的时间内制作出来。设计的选题应满足不同层次的学生要求，使设计由模仿变为思考。合理安排设计内容，培养整机设计、制造理念。
2.培养学生独立思考的能力
将学生的设计工作贯穿到理论教学的整个过程，不是等到理论教学完成后才统一布置题目，理论设计计算和实践同步进行。学生在理论学习的同时，完成结构设计，对挠性传动、齿轮传动、键、轴、轴承等零件进行设计或选用。这样，学生不仅可以有充分的时间发挥创新性设计和学习的主动性与积极性。同时，老师通过监督和指导，能及时发现问题或不合理的设计，并督促学生及时改正，这样有利于学生有充分时间进行思考、设计，也赢得更多时间开展下一阶段的工作。
3.采用设计小组的形式，培养学生团队协作能力 选择好设计题目后，每组2～4名学生，小组成员共同完成一个项目的设计工作。每组选出的组长领导组员构思创新方案，协调小组项目运行情况并及时纠正存在的问题，充分发挥每个人的特长，集思广益，协商分配任务，每一个学生提出自己的设计方案，并介绍方案的优缺点，组长组织讨论，取各成员方案的长处，避其短处，形成本组的方案，由学生按照任务的最终要求设计完成，全面有效地解决问题，使知识的掌握更加准确和深刻。
设计制造是在有限的时间内完成一台机器的结构设计、相应的运动及动力分析、零件制造和装配等。在整个设计过程中，按照构思、设计、实施的工程化过程进行，锻炼了学生工程化思维，充分调动每个学生的积极性，培养学生的学习能力、解决问题能力、沟通表达能力、创新能力、团队合作能力，形成协作意识，构建自己的经验和知识体系，完成知识储备，增强自信心和责任感，为将来工作岗位上的工作、学习和协作奠定一定的基础。
三、工程教育教学改革实践
实际教学过程采用理论和实践相结合方式，教师的身份是指导者，学生是整个学习过程的主体，教师在整个设计制造过程中随时检查小组的项目运行情况并及时纠正存在的问题。
在学习机械原理时，组织小组和成员讨论自己感兴趣的题目，常用机构学习完成后，学生提出设计方案，对所提方案进行分析比较，确定最后方案，然后对机构进行运动和动力分析，设计开始时学生注重整体设计。学习机械设计后，确定各部分尺寸，画出装配总图、零件图，对重要零件进行设计校核。学习机械制造工艺后，再考虑零件的制造工艺、成本等问题，最后完成零件的制造和整机装配，完成整个设计过程。这样的学习过程，既能理论联系实际，同时又可以提高学生学习的积极性。
图1是一组学生设计的娱乐划船车。在设计过程中，学生通过收集和阅读文献资料，整理归纳资料，在此基础上每人制定出一种方案，通过小组讨论，对几种方案进行比较，在教师的不断引导下，学生能够主动地应用所学知识解决实际中遇到的问题，最终通过分析比较，传动机构采用了曲柄摇杆机构和链传动。设计中由于采用摇杆主动，学生对铰链机构的死点、传动角等概念有了切实的体会。设计完成后，绘制零件图，购买合适材料，制定零件制造工艺，加工零件，采购标准件、常用件，小组中每个学生各尽其职，团结合作，最后完成整车装配。在整个设计过程中，学生不仅掌握了课本上的知识，而且培养了如何获取更多知识的能力，提高了学生创新的能力与工程实践的能力。
参加这项教学改革的同学们都认为这样的设计过程对培养他们的设计能力、零件加工实践能力、团队合作能力及自我能力实现起到了非常大的作用，对今后的工作也有积极的影响。
四、总结
遵循“边研究，边实践，边实施”的工作路线，以学生为主体，知识传授与能力培养并重，理论教学与实践教学并举的教学理念，加强理论与实践的融合，建立理论教学、工程实践、创新能力培养为一体的学生综合能力的培养模式。
基于CDIO工程理念，理论联系实际，采取小组形式充分调动和发挥学生的主观能动性，改变学生普遍缺乏团队协作的状况，让学生在实践中学习、在学习中实践，既锻炼了学生的动手能力，又增强了自信心和责任感，是一种教学手段的创新。通过这样的教学改革，学生普遍反映知识掌握程度得到了很大的提高。
参考文献：
[l]朱玉.CDIO工程教育模式下“机械设计课程设计"教改的探讨[J].中国电力教育，2010，（19）：98-99.
[2]吴鸣，熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，20l0，（3）：54-58.
[3]顾佩华，李昇平，沈民奋，等.以设计为导向的EIP.CDIO创新型工程人才培养模式[J].中国高等教育，2009，（Z1）：47-49.
[4]鲍莉，赵红霞.基于CDIO理念构建机械基础课程一体化培养模式的研究[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2011，（31）：93-96.
（责任编辑：王意琴）
关键词：CDIO；机械课程；能力培养；实践
作者简介：严乐（1967-），女，江苏无锡人，北京信息科技大学机电工程学院，副教授。（北京 100192）
基金项目：本文系2012年北京信息科技大学教学改革项目（项目编号：2012JGYB05）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）25-0097-02
当今社会对优秀人才的评价，已不仅仅局限于其卷面成绩，更看重的是一个人的创新能力和解决实际问题的能力。为提高大学生的能力，许多国家都把培养创新型人才摆在战略高度加以重视。
机械设计专业的基础类课程具有很强的实践性，为了提高学生的综合素质，培养学生的工程知识、创新能力、个人能力、团队协作能力和工程系统能力，教学改革势在必行。[l] CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate） 代表构思、设计、实施、运行，是一种新型的工程教育模式。[2，3] CDIO工程教育理念是2000年开始，历经4年探索，由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学共同提出的，它强调基于项目的学习，课程设置的考虑面向产业需求，从理论分析和工程科学分析转向产品创新。CDIO工程教育模式以学生以主体，从产品构思研发到制造的全过程出发，实现理论课程与实践有机的联系。通过这种方式的学习，学生不仅可以获得学习科学技术知识的能力，而且团队交流能力、协作能力和设计制造产品过程的能力都可以得到很大提高。[4] 因此，借鉴先进的CDIO工程教学理念对机械设计专业基础类课程和设计类实践课程进行相应改革，引导学生在实践中主动学习，并能使相关的专业课程有机联系起来，达到知识学习、能力培养、学生综合素质提高的目的。
一、机械设计专业基础类课程的教学模式和设计模式现状
机械设计专业基础类课程教学一般以教师讲授理论知识为主，机械原理、机械设计、机械系统设计等课程结束后，有1周或3周的课程设计和毕业设计。一般来说，课程设计题目常选择通用机械的传动装置，主要以插床、牛头刨床、齿轮减速器、典型机械等机械传动装置为主，毕业设计题目可以根据教师自己的研究方向和课题而定。这些设计的内容包括：传动装置的总体设计，包括传动方案分析、电动机选择、各级传动比分配以及计算传动装置的运动和动力参数；传动零件、轴、轴承、联轴器等零件的设计计算、选择和校核；一般零件的设计；绘制零件图及装配图。设计时学生在指导教师的指导下按给定的传动方案或自行设计的方案完成设计。
这些设计类实践课程在教学内容和设计过程中缺少各种可行方案比较，学生只了解给定的设计方案，而对其他方案缺乏分析、选择的过程，而且还存在着重理论、轻实践的现象，因此造成学生在课程设计、毕业设计以及今后的实际工作中，分析解决实际工程的能力、设计机械的能力和动手能力都较差，更不用说创造性设计新机械的能力。如在机械设计课程设计中设计了减速器，这方面参考资料较多，学生基本上可以比较容易地进行设计，而到了典型机械设计或毕业设计阶段，如果所给题目的参考资料较少，学生会感觉无从下手。
二、机械设计专业基础类课程的教学思考与改革
多年来，机械设计专业在教学改革、课外科技活动、创新人才培养方面做了大量的工作，但相应的创新能力的培养显得比较薄弱，如各门课程所开实验大多数只做验证性试验，不能充分调动学生参加的积极性，学生做实验总是被动的。另外，课程设计中创新性设计内容偏少，内容简单，过程单一，不能充分发挥学生的想象力和创造力，理论与实践脱节，学生只懂理论或只具备基本动手能力，缺乏综合运用所学知识发现问题和解决问题的实践创新能力。
遵循理论联系实际的原则，借鉴先进的CDIO工程教学理念对机械设计专业基础类课程、课程设计和毕业设计进行改革，从产品设计、制造的全过程出发，将机械原理、机械设计和制造工艺等课程结合起来，做到机械基础类课程的完整性、系统性和综合性，把创造还给学生，让学生在学习中提高创新意识，培养创新精神。通过课程和设计的内容，培养学生具备在现代工程环境下赖以生存和成长的团队协作精神、交流沟通能力，力求突出对学生工程职业素质、综合实践能力和创新设计能力的培养，使其适应新形势下对机械设计专业学生综合素质的培养。
机械设计专业基础类课程改革的内容包括以下几个方面：
1.增加设计题目类型
学生可以选择传统的设计题目，比如减速器，也可以选择自己感兴趣的题目。但是在设计之初，教师应该把握学生选题的难易程度，不仅具有多样性、挑战性，而且应使得学生能够在一定的时间内制作出来。设计的选题应满足不同层次的学生要求，使设计由模仿变为思考。合理安排设计内容，培养整机设计、制造理念。
2.培养学生独立思考的能力
将学生的设计工作贯穿到理论教学的整个过程，不是等到理论教学完成后才统一布置题目，理论设计计算和实践同步进行。学生在理论学习的同时，完成结构设计，对挠性传动、齿轮传动、键、轴、轴承等零件进行设计或选用。这样，学生不仅可以有充分的时间发挥创新性设计和学习的主动性与积极性。同时，老师通过监督和指导，能及时发现问题或不合理的设计，并督促学生及时改正，这样有利于学生有充分时间进行思考、设计，也赢得更多时间开展下一阶段的工作。
3.采用设计小组的形式，培养学生团队协作能力 选择好设计题目后，每组2～4名学生，小组成员共同完成一个项目的设计工作。每组选出的组长领导组员构思创新方案，协调小组项目运行情况并及时纠正存在的问题，充分发挥每个人的特长，集思广益，协商分配任务，每一个学生提出自己的设计方案，并介绍方案的优缺点，组长组织讨论，取各成员方案的长处，避其短处，形成本组的方案，由学生按照任务的最终要求设计完成，全面有效地解决问题，使知识的掌握更加准确和深刻。
设计制造是在有限的时间内完成一台机器的结构设计、相应的运动及动力分析、零件制造和装配等。在整个设计过程中，按照构思、设计、实施的工程化过程进行，锻炼了学生工程化思维，充分调动每个学生的积极性，培养学生的学习能力、解决问题能力、沟通表达能力、创新能力、团队合作能力，形成协作意识，构建自己的经验和知识体系，完成知识储备，增强自信心和责任感，为将来工作岗位上的工作、学习和协作奠定一定的基础。
三、工程教育教学改革实践
实际教学过程采用理论和实践相结合方式，教师的身份是指导者，学生是整个学习过程的主体，教师在整个设计制造过程中随时检查小组的项目运行情况并及时纠正存在的问题。
在学习机械原理时，组织小组和成员讨论自己感兴趣的题目，常用机构学习完成后，学生提出设计方案，对所提方案进行分析比较，确定最后方案，然后对机构进行运动和动力分析，设计开始时学生注重整体设计。学习机械设计后，确定各部分尺寸，画出装配总图、零件图，对重要零件进行设计校核。学习机械制造工艺后，再考虑零件的制造工艺、成本等问题，最后完成零件的制造和整机装配，完成整个设计过程。这样的学习过程，既能理论联系实际，同时又可以提高学生学习的积极性。
图1是一组学生设计的娱乐划船车。在设计过程中，学生通过收集和阅读文献资料，整理归纳资料，在此基础上每人制定出一种方案，通过小组讨论，对几种方案进行比较，在教师的不断引导下，学生能够主动地应用所学知识解决实际中遇到的问题，最终通过分析比较，传动机构采用了曲柄摇杆机构和链传动。设计中由于采用摇杆主动，学生对铰链机构的死点、传动角等概念有了切实的体会。设计完成后，绘制零件图，购买合适材料，制定零件制造工艺，加工零件，采购标准件、常用件，小组中每个学生各尽其职，团结合作，最后完成整车装配。在整个设计过程中，学生不仅掌握了课本上的知识，而且培养了如何获取更多知识的能力，提高了学生创新的能力与工程实践的能力。
参加这项教学改革的同学们都认为这样的设计过程对培养他们的设计能力、零件加工实践能力、团队合作能力及自我能力实现起到了非常大的作用，对今后的工作也有积极的影响。
四、总结
遵循“边研究，边实践，边实施”的工作路线，以学生为主体，知识传授与能力培养并重，理论教学与实践教学并举的教学理念，加强理论与实践的融合，建立理论教学、工程实践、创新能力培养为一体的学生综合能力的培养模式。
基于CDIO工程理念，理论联系实际，采取小组形式充分调动和发挥学生的主观能动性，改变学生普遍缺乏团队协作的状况，让学生在实践中学习、在学习中实践，既锻炼了学生的动手能力，又增强了自信心和责任感，是一种教学手段的创新。通过这样的教学改革，学生普遍反映知识掌握程度得到了很大的提高。
参考文献：
[l]朱玉.CDIO工程教育模式下“机械设计课程设计"教改的探讨[J].中国电力教育，2010，（19）：98-99.
[2]吴鸣，熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，20l0，（3）：54-58.
[3]顾佩华，李昇平，沈民奋，等.以设计为导向的EIP.CDIO创新型工程人才培养模式[J].中国高等教育，2009，（Z1）：47-49.
[4]鲍莉，赵红霞.基于CDIO理念构建机械基础课程一体化培养模式的研究[J].洛阳理工学院学报（自然科学版），2011，（31）：93-96.
（责任编辑：王意琴）