新CDIO理论在《机械原理》课程教学中的应用
来源:用户上传
作者:
摘要：本文选用《机械原理》这门课程，从传统的教学方法、CDIO教学方法分析教学过程中存在的弊端和不足，进而创新性的引用新的CDIO教学模式，有效解决了目前学生不能很好掌握《机械原理》知识的不足，提升了学生的理解能力，促进了学生积极、灵活的应用《机械原理》的相关知识，并由此提出了能够在实践、理论的不断切换中教授《机械原理》知识，更加有效的发挥学生的想象力和创造力，进而实现应用型本科学生掌握这一门课程知识的最佳方法。
关键词：新CDIO;《机械原理》;教学模式;应用型本科学生;创新能力
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）13-0201-03
美国麻省理工学院、瑞典皇家工学院等四所大学在全球经济一体化大背景下，经过四年理论分析和科学实践获得了CDIO（Conceive（构思）—Design（设计）—Implement（实现）—Operate（运作））教学理论[1，2]。其主要培养学生的理论基本素质、个人能力基本素质、协调发展基本素质和实践操作工程基本素质。单纯的从CDIO基本描述来看，其能够带领学生掌握应有的基本能力，同时也提高学生的操作动手能力，有利于学生未来的就业。但从CDIO起源地来看，就知道欧美国家的CDIO教学模式很难在中国实现教学，因为它受到企业、高校、政府以及其他方面的多重因素制约，造成单纯的CDIO教学模式在中国不易实现。为了引进CDIO的新的教学模式，又结合我国的实际国情，应对CDIO教学模式提出了适合中国国情的新CDIO教学模式，即在构思之前加上结构整体认识，让学生从基本的实物分解出各种运动，然后在通过运动感官认识实现构思，这是第一步，也是最重要的一步;在构思之后再进行设计，而设计过程中就应该教授学生基本原理，原理的正确把握才能实现设计的基本功能;从设计到实现又是一个飞跃，仅有设计图未必能够精准的制造出想要的设备或零件，因此，需要增加制造工艺知识，让学生从设计到制造能够精准对接;最后是运作过程，也就是产品的成型及调试过程，这是一个复杂的过程，其涉及很多的不确定因素，需要在解决的过程中一一排查，这之间需要增加装配与维修知识。基于上述的分析，本文提出新的CDIO教学模式即是实物展示—构思—基本原理—设计—加工工艺—实现（制造）—运作（装配调试）。下面，依据新的CDIO教学模式对《机械原理》课程教学进行新的阐述和理解。
一、传统的《机械原理》教学模式
为了有效的阐述新的CDIO教学模式在《机械原理》课程教学过程中发挥的作用更大，必须先对传统的《机械原理》课程教学模式进行分析掌握。传统的《机械原理》课程教学模式过于教条和死板，基本上按照章节先是自由度、然后是齿轮设计、凸轮设计和行星齿轮设计等，涉及的内容理论性较强，一些刚接触机械的学生很难掌握，只能机械的记忆和理解，在这种背景下经常造成学生理解错误、甚至偏离[3-5];近年来，随着多媒体技术的应用，一些教师对《机械原理》课程教学方法有所改进，增加了一些机械运动动画等，让学生能够基本掌握《机械原理》这门课是干什么的，但在后期的实践和工作中，大家却往往忘记它或忽视它了，这是造成今天的大学生为什么很少有创造力的原因[6-8]。
《机械原理》课程虽然是一门原理性的课程，但其應用性强，因此，单纯的割裂原理和应用很难实现学生对知识的掌握应用，也就造成了学生认为原理知识可要可不要的现象，这其实是一种可怕的想法，也不利于机械专业学生掌握应有的知识。
在传统的教学模式中，《机械原理》课程教学让学生记忆的知识较少，实践性较差，基本没有任何创造思维和想法，从学生的角度来讲，会认为这门课程的存在必要性较小，未来工作中应用的也较少。
二、CDIO《机械原理》课程教学模式分析
在CDIO教学《机械原理》课程中，很多学者一味地追求增加设计题目的多样化来培养学生的创新思维能力。这种思维模式从表面上看很有道理，多增加题目提高学生的认识度，让他们接触不同的题型，设计不同的实物，可以锻炼他们的动手能力。但这并没有改变学生的自我认识、意识和自主能动性，因为学生在教学过程中没有具体概念、具体实物的教学分析，无法体现功能的重要性，所以，即使他们设计出了所需的产品也没有多少自己的东西，更谈不上有设计的灵魂了，他们只是简单的模仿。随着现代化技术的发展，特别是三维设计软件的快速发展，不少学者认为能让学生应用不同的设计软件设计出所需要的产品就是一种设计、就是一种创新。这是严重的违背了设计的初衷，违背了设计者的创作始源。三维软件的出现，只是节约了大家设计的时间，提高了设计效率，同时也展示出设计的最佳效果。而设计本身与三维软件无关。单纯的应用设计软件也不可能促进学生创新能力的提高和设计能力的提高。
在CDIO教学中，还有人提出通过整体结构设计的培训，可以促进学生的设计能力的提高，进而促进整体协调能力的提高。实质上这种想法也是很片面的，任何事物的发展都是有规律的，不论是单个零件的设计还是整体设备的设计，最主要的是要保证设计原理的正确性以及后续加工工艺的正确性，这样才能保证设计产品的合格性和使用性。仅强调整体设计，忽视设计原理也是无法实现创新的。从简单的设计到复杂的整体设计，充分应用原理和集体智慧是能够很好的解决一些应用问题的，但前期必须是基于原理设计基础和整体协调、合作过程的有机结合，只有这样，才能在一定程度上发挥CDIO教学的作用。CDIO教学注重团队合作是十分必要的，但现阶段所提到的合作仅为成立一个兴趣小组或者是设计小组，共同完成一个产品的设计，锻炼学生的团结合作精神。如果小组的学生知识掌握较为牢固，这种组合也许能发挥一定的作用，可实际过程中学生是边学习边设计锻炼，根本无法自由组合完成设计任务，即便能实现设计，设计的产品也不是客户需要的，因为，组合小组里面根本没有掌握产品设计过程和制造过程的知识统领者，所以，师徒制的创造设计也许更适合现有学生的设计学习锻炼。还有一些学者已在强调《机械原理》教学过程中要注重实践，这也与CDIO教学模式相一致。实践教学固然重要，但是，没有正确、有效的掌握理论知识，怎样才能实现设计创新和制造创新，这本身就是一对矛盾体。在这里，理论和实践的教学应该是“黄金分割”点才能保证理论、设计与制造的统一。 三、新CDIO《机械原理》教学模式的分析
为了更好的提升学生的学习能动性，促进学生很好的掌握《机械原理》相关知识并能够灵活应用，在原有CDIO教学模式的基础上进行新的CDIO模式探索，具体体现在以下几个方面。
（一）增强实物认识和动手能力
学生在学习《机械原理》知识之前，最佳的方式是相关制造企业短期实习半个月或一个月，这也是本课程学习的一部分，通过在制造企业的实习过程，让学生掌握什么是设备，设备是干什么的，它由哪些东西构成，每样东西又是什么样的，怎样组装它们才能成为设备，才能解决某一问题。通过这样一系列的问题思索，学生就知道机械原理是解决实际生活中能够代替部分人力达到省力的设备或实现部分人力无法直接操作的设备的基本原理。这样，学生的思维能力、想象能力以及创新初步概念就会慢慢形成。同时，在制造企业实习阶段，授课教师要经常引导学生思考动手拆卸、组装的设备或零部件的功能能不能用在其他方面上去解决某一个实际问题。授课教师的不断引导、不断提问，学生的思维就会紧跟授课教师，就会发挥自己的能动思维，从而提高自己的主观能动意识，进而形成了一定的创新思考行为，这也是学好《机械原理》这门课程的关键步骤，有利于学生日后的掌握及应用。它是新CDIO教学模式的开篇功效。
（二）产品构思的发展及完善过程
有了前面的实物认识及自己亲手拆卸、组装等过程的培训，再加上授课教师不断的提问和自己的思考，这种产品构思的思维很快就能实现。但是，光有前面的动手、思考还是不能够完全实现产品的构思，前期的构思仅为初步设想，必须有机结合所要构思产品的用途以及现代人的欣赏能力等各个方面，才能实现这一构思行为。构思不仅是简单的想象，还要结合艺术、三维软件等一系列的综合体，才能将一个模糊的、未清楚的概念设计成有形的、能看见的、好使用的、完美的产品。这一过程的培养需要第一阶段的实习，还需要平时多看、多练、多思考，慢慢形成这一过程。培养产品构思思维最快、最有效的途径就是由此物联想它物，要站在此物的基础上看更远的它物。
（三）产品的设计与制造过程
《机械原理》讲述的知识点很多，原理应用也很多，但实际设计和制造过程中还是要遵循一定的规律，不能够要求设计制造要将所有原理应用一遍。因此，在产品设计过程中必须先应用简单的原理实现现有功能，在简单原理无法实现这一功能时考虑是否应用较为复杂的原理实现这一功能，再不行就考虑应用多原理有机结合实现这一复杂功能。总之，设计的思维就是要从简单到复杂，在授课过程中也要培养学生的思维方式和准则。另外，在产品设计过程中还应考虑产品的制造过程，有些原理虽然简单，但涉及实现原理的零部件具有复杂性和难加工性也是不可取的，依然需要弃用这一原理，采用其他原理或组合原理实现这一功能。《机械原理》课程内容从表面看仅为理论分析，与实践相差较远，实质上，这一原理知识是从长期的实践中提炼而成的，其过程是复杂、漫长的，其理解、应用需要大量的实践经验基础才能满足。因此，设计与制造是有机结合体，不能够割裂双方，否则无法实现最终产品需求功能。
（四）《机械原理》知识点应用操作
掌握了《机械原理》知识点的设计和制造过程，如何自如的应用这一知识点，光靠简单的课程设计和简单的产品加工那是很难实现的。鉴于这种情况，要求授课教师拓宽学生的学习知识面，由授课教师带领学生参与自己课题中的产品设计或引导学生参与企业相关产品的设计，并通过企业的加工设备最终加工出产品，实现相应的功能，同时，要求学生还应结合自己的知识和水平，发散思维，拓展自己的空间想象能力，将现有的知识点串联起来进行多方位、多角度的混合组合、实现更多的功能。这有利于促进学生创新能力的提高，进而将《机械原理》知识掌握的更加扎实、能准确的灵活使用。
四、结语
传统的CDIO教学模式应用在《机械原理》课程教学过程中，能够提高学生的设计、制造以及应用能力，但是，学生掌握这一知识的程度较低，因为，学生很难认识和真正意义上了解这一原理及其用途，不能通过书本的理解和后期的实践想象结合，就不能很好的將知识与实践有机结合，提升学生更多的想象和理解能力。新的CDIO教学模式就是在传统的CDIO教学模式前面增加了一个实习教学过程，先让学生掌握实物，并通过动手让学生了解那些机构、零件是干什么的，这样的组合可以实现哪些功能？为什么？带着这些问题，后面的课程学习就能够用心听，就能够自己解决这些疑惑。从实践到理论学习，再到实践，再到理论，再到实践的多角度变化，可以将复杂的原理知识简单化理解，学生在动手中掌握、在动手中应用，这就是新CDIO教学模式的目的。
参考文献：
[1]朱玉.CDIO工程理念在“机械原理课程设计”教学中的应用[J].中国电力教育，2010，152（1）：139-140.
[2]王红志，李积彬，费跃农.基于CDIO能力培养的机械原理课程项目实践[J].高教论坛，2009，（4）：25-27，47.
[3]孙志宏，单洪波，庄幼敏，高志民.提高学生创新能力改革机械原理课程设计[J].实验室研究与探索，2007，26（11）：98-99，154.
[4]葛文杰.以新的教学理念打造机械原理国家精品课程[J].中国大学教学，2005，（7）：10-12.
[5]孙亮波，孔建益，黄美发，桂慧.在机械原理教学中引入机械创新设计项目的研究与实践[J].机械，2010，37（12）：21-23，33.
[6]顾文斌，王怡，庄曙东.基于卓越工程师计划的“机械原理”课程改革与创新[J].中国电力教育，2013，275（16）：100-101.
[7]于晓红，王小群，邱丽芳.机械原理与机械设计课程体系的优化整合[J].中国大学教学，2008，（7）：34-36. [8]李春，曾亮華.应用型人才培养目标下机械原理课程教学方法的探究[J].教育教学论坛，2018，（12）：203-204.
The Application of the New CDIO Theory in the Teaching of "Mechanical Principles"
SONG Wei-wei，SHI Yun-gui，LIU Sheng-rong，WANG Hong-feng，GAO Qin
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Huangshan University，Huangshan，Anhui 245041，China）
Abstract：This paper uses the course of "Mechanical Principle" to analyze the shortcomings and shortcomings in the teaching process from the traditional teaching methods and CDIO teaching methods，and then innovatively cites the new CDIO teaching mode，which can effectively solve the students' lack of knowledge of the mechanical principle and improve the students' understanding ability.To promote the students to actively and flexibly apply the knowledge of "Mechanical Principles"，and to put forward the knowledge of "Mechanical Principles" in practice and theory，and to give full play to students' imagination and creativity，and to realize the best way for the students to master this course knowledge.
Key words：new CDIO;"Mechanical Principle";teaching mode;applied undergraduate students;innovative ability
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-14736488.htm
