管窥机械设计教学模式的革新

一、教学模式

（一）基础培养模块

基础培养模块的任务是培养学生专业学习所涉及的基础理论知识，它是专业学习的基础，也是今后专业研究和专业提升的基础。此部分注重的是扎实掌握和灵活运用，因此在培养模块上设置了理论学习、作业巩固、实验、综合训练和能力竞赛。其中的理论学习和作业巩固达到的目的是扎实掌握；实验部分是与理论部分紧密结合的，以期验证理论，学会运用理论知识，达到的目的也是扎实掌握；综合训练和能力竞赛达到的目的是CDIO，也就是灵活运用。能力竞赛部分是以开放式形式展开，不限学期，不限人数，每科每学期举办一到两次，如“高等数学”、“大学物理”、“大学外语”、“画法几何与机械制图”、“计算机能力”等。学生可以以卷面的形式进行能力竞赛，主要为C和D部分，如“高等数学”和“画法几何与机械制图”，也可在实验室以CDIO形式进行能力竞赛，如“大学物理”。

（二）技术基础培养模块

技术基础培养模块在三个模块中起到承上启下的作用。它是在具有理论基础的前提下培养学生掌握专业基础理论、专业基础技能，以期在后续的专业课学习中能综合运用这些知识解决实际问题。该部分的重点为扎实掌握专业基础理论、扎实掌握专业基础技能、灵活运用专业基础理论和专业基础技能。为了达到上述目的，在培养模块上设置了理论学习、作业巩固、实验、开放实验、课程设计、实习和能力竞赛。此部分培养模块相对基础培养模块增加了开放实验和实习。理论学习、作业巩固、实验所起的作用同基础培养模块部分；课程设计是某一门课程的综合训练，如“机械原理”课程设计、“机械设计”课程设计等。该部分所起的作用是该门课程知识的综合运用、灵活运用和扎实掌握；能力竞赛部分同样以开放式形式进行。

不过与基础培养模块不同的是已经有了初步的综合，即将几门专业基础课知识综合竞赛，为后续的专业课学习打下了良好的基础。实习部分主要是为了与工程结合，培养工程意识。该部分的重点是懂得运作（O）方法；开放实验不同于课程实验，也不同于能力竞赛。与课程实验相比，它综合，实现灵活。它不限学期、不限人数、不限时间。与能力竞赛相比，它更柔性一些，不限时间。不论是能力弱的还是能力强的，都可以得到很好的提高。开放实验部分所起的作用就是给学生更多的机会去构思（C）所学知识，设计（D）所研究内容，并实现（I）和运作（O），达到在学中做，在做中学的目的，给学生更多的想象空间，发挥出更大的潜力，真正达到创新思维培养和创新能力提高的目的。

（三）专业培养模块

专业培养模块在三个模块中所起的作用是收口，是将学生前期所学的基础知识、专业技能最后综合与归类到专业上，达到专业培养的目的。专业培养不仅需要学生懂得专业，而且需要学生能运用专业知识解决实际问题，在此基础上还要具有创新思维、创新能力，为今后开发性的工作奠定基础。为达到此目的，专业培养模块设置了理论学习、综合大作业、综合实验、综合设计、工程能力竞赛、团队项目。专业培养模块中的六项是平行或错位平行进行的。项目的确定和进行顺序都是从CDIO考虑的，既达到系统性、综合性专业培养的目的，又达到工程能力培养的目的，与实际结合，学以致用，为社会培养实用型和创新型人才。理论学习部分是专业基础理论的综合应用问题和专业思维方法和技巧问题；综合实验和综合大作业随理论部分的进行而进行，如机械系统的总体方案设计方法讲完之后，就到实验室和工厂研讨和分析实际设备的总体方案设计，并在同时确定综合大作业的题目，完成综合大作业的总体方案设计拟订。后续的执行系统设计和传动系统设计也是如此；综合设计部分分两部分：一部分是综合大作业的延伸，即理论教学学期的期末完成综合大作业的实现（I）和运作（O），也就是图纸绘制，加工制作。综合大作业完成理论分析与设计计算部分，即构思（C）和设计（D）部分；另一部分是毕业设计。毕业设计要完成整个CDIO，即构思（C）、设计（D）、实现（I）和运作（O）。

它是前期专业学习的又一次综合、系统的训练过程，真正达到扎实和灵活运用的程度。工程能力竞赛部分是与综合大作业、综合设计并行进行的。学生可以选择工程能力竞赛题目作为综合大作业和综合设计题目。完成综合大作业和综合设计的同时也就完成了工程能力竞赛题目的设计与制作，为参加学校、省、国家举办的工程能力竞赛作好了准备。学校举办的工程能力竞赛每学期一次，团队项目部分是在理论学习的初期就已经形成了。团队是以教师、研究生和本科生构成。其宗旨是以团队协作的形式完成与专业方向相一致的课题项目。其目的是锻炼团队精神、合作精神，掌握专业技能、课题项目的研究方法，学会工程中的构思（C）、设计（D）、实现（I）和运作（O）。团队项目部分是以开放形式进行的。团队中的学生与教师是以互选的形式产生。课题项目来源于纵横向科研项目和竞赛项目。团队工作时间是全体团队人员互相商量制定的。团队项目可以作为综合大作业，也可以作为综合设计项目，也可以是工程能力竞赛项目。三个培养模块是相辅相成、缺一不可的。没有基础模块部分，就没有专业基础理论和专业基础技能的实现；没有技术基础模块，就不能实现专业知识的综合运用；没有专业模块，就不能与工程接轨。三个模块中的开放式实践部分也是不可缺少的。它们是专业思想形成、创新思维方法形成、创新和工程能力产生的过程。

二、实施过程

2007年培养计划形成后，先后在07、08和09级三届学生进行了完整的实施。基础培养模块课程主要为高等数学、大学物理、大学外语、计算机基础、画法几何与机械制图、机械工程导论。作业和实验部分紧密围绕理论教学，起到巩固和加强理解的作用，作业量少，达到了简而精。基础理论综合训练部分放在学期末，按常规的教学秩序进行。基础理论能力竞赛部分每学期举办一到两次，要求每位学生参加，成绩必须在合格以上，该部分在大一、大二期间完成。竞赛项目为“高等数学”、“大学物理”、“大学外语”、“画法几何与机械制图”和“计算机基础”。竞赛内容体现了综合性、实用性和工程性。07级学生90人，有50％的学生参加了两次“画法几何与机械制图竞赛”，有30％的学生参加了三次“画法几何与机械制图竞赛”。08级学生89人，有35％的学生参加了两次“画法几何与机械制图竞赛”，有20％的学生参加了三次“画法几何与机械制图竞赛”。09级学生91人，有30％的学生参加了两次“画法几何与机械制图竞赛”，有20％的学生参加了三次“画法几何与机械制图竞赛”。技术基础培养模块课程主要为“理论力学”、“材料力学”、“机械工程材料与热处理”、“机械原理”、“机械设计”、“液压与气压传动”、“机械制造基础”、“CAD技术基础”、“现代设计方法”、“电工电子技术”、“机械控制工程基础”、“机械工程测试技术”、“可编程控制”、“技术经济与企业管理”。作业和课程实验也是紧密围绕理论教学。“机械原理”、“机械设计”、“液压与气压传动”有课程设计，该部分放在学期末，按常规秩序进行。实习部分为“金工实习”和“生产实习”。此部分是在工厂进行的。

学生亲自学会了机械产品的加工方法和制作工艺。开放实验部分为“机械原理与设计开放实验”、“液压与气压传动开放实验”、“测试技术与可编程控制开放实验”。开放实验部分不强迫学生必须参加，但号召和动员学生参加。07级有80％学生参加了开放实验，08和09级有100％学生参加了开放实验。学生通过开放实验可以完成小型作品的设计与制作。07级学生通过开放实验完成了19件作品的设计与制作；08级学生通过开放实验完成了27件作品的设计与制作；09级学生通过开放实验完成了30件作品的设计与制作。能力竞赛部分的要求与基础培养模块相同，时间要求在大四上学期末前完成。竞赛项目为“工程力学”、“机械设计”、“CAD技术基础”和“可编程控制”。07、08和09级学生的“机械设计”课程设计安排在大三下学期末，设计效果非常好。原因有三：其一为“画法几何与机械制图竞赛”竞赛的效果；其二为开放实验效果，其三为“机械设计”竞赛效果。无论是开放实验还是能力竞赛，都是免费的。专业培养模块课程主要为“机械设计学”、“机械系统设计、”“工程CAD/CAE”、“技术文件写作与资料检索。”理论教学综合且联系实际。综合大作业、综合实验和综合课程设计是在理论教学稍后一段时间进行的。07级安排较晚，因此期末有些紧张，作品效果不太好；08和09级吸取07级教训，安排较早，效果非常好。工程能力竞赛部分分校级、省级和部级。校级必须参加，但可不做成实物，出工程图即可。

竞赛项目为机械设计方向的工程能力竞赛，提倡实物制作，并给相应的奖励，如：给定较高的创新学分，给某科成绩加分。从07、08和09级的执行效果来看，工程能力竞赛内容的完成大部分通过综合大作业、综合课程设计和团队项目结合完成的。其原因是，这样可以减少时间，集中精力高质量地完成一件产品的设计与制作。工程能力竞赛起到了一个监督、促进的作用。07、08和09级每届共有六个团队，每个团队由一名具有副教授职称以上的教师带队，每个团队有两名到四名研究生，本科生13~16人。每个团队都有两到三个研究方向。如超声输送装置研究方向，包装机械研究方向，逃生装置研究方向，机械系统实验台研究方向等等。有的团队项目与毕业设计结合，完成了项目的设计与制作。

三、实施效果

教学模式在07、08和09级三届学生全面实施之后，感到最明显的效果有如下几点：1.毕业设计题目与内容发生了变化，再不是纸上谈兵的题目了，而是与工程实际紧密结合的项目；2.机械制图能力和计算机软件应用能力提高了，从毕业设计成果可看出；3.学生的专业思维和创新思维能力提高了，从毕业设计的成果和答辩中可以看出。4.协作精神和团队意思增强了，从毕业设计的团队项目中看出。

四、结束语

通过CDIO开放式教学模式的探索与运作，总结出CDIO与开发式结合才能达到即不增加学生负担，又能使学生的专业思维、工程能力、创新意思、团队精神得到很大的提高。如果该模式能与更多的企业项目结合，将会到达更好地效果。

作者：尚锐 王宏祥 符宝鼎 单位：辽宁工业大学机械工程与自动化学院