摘要爲順應工程教育專業認證的需求，基於CDIO工程教育理念，開展機械設計系列課程教學改革和實踐，從課程體系、教學內容、教學方法和實踐教學等方面提出了相應的改革思路和具體措施，爲培養具有工程理念的高素質、強能力的創新型工程技術人才奠定基礎。
關鍵詞CDIO；機械設計類課程；教學改革
引言
CDIO（構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和執行（Operate））是由美國麻省理工學院聯合瑞典幾所高校共同開發的一種全新工程教育理念和實施體系，其核心理念就是以產品執行的生命週期爲載體，讓學生以主動的、實踐的方式學習工程，培養學生的理論知識、個人素質、協作能力、工程-社會大系統適應及調控能力，①其理念正好與工程教育認證的標準是契合的。因此，爲切實支撐專業認證，培養具有工程理念的高素質、創新型工程人才奠定基礎，倡導CDIO工程理念，重構機械設計系列課程體系和課程內容，開展教育教學改革具有非常重要的理論和實用意義。
1優化課程體系和教學內容
機械設計系列課程具有較強的理論性，同時又要與實踐緊密結合，基於CDIO理念的機械設計系列課程教學改革首先需要重構課程體系和優化教學內容。課程體系要凸顯整機設計，強化工程理念，將各門課程有機地結合起來，進而構建一種集專業理論知識、工程能力和綜合素質培養於一體、體現理論教學和實踐教學無縫對接的課程體系。②以CDIO從最初的產品構思到最後機器成品執行的工程教育理念爲“主線”，建立基於整機設計的機械設計系列課程體系如圖1所示。
1.1以各門課程爲子系統，進行課程內容的優化重構
以往課程內容的理論學時偏多，實踐學時匱乏，重理論輕實踐的現狀難以培養學生解決問題所需要的綜合能力，容易造成“學而無用”。爲充分體現學科和技術的內在聯繫，使得理論與實踐有機結合，課程內容的整合要突出設計性和工程實用性，強調基礎知識學習服務於工程實踐。以機械設計課程爲例，原有的一些教學內容過分強調理論公式的推導和論證，在有限的教學學時內，使得培養工程應用和實踐能力的教學內容不斷弱化，因此，在新的課程內容優化重構中，需要弱化一般性公式的詳細推導，重在設計思路和設計方法的介紹，如“齒輪傳動”一章內容優化爲：簡化設計計算公式的推導，重在設計準則、設計思路以及對設計過程中各環節的把握，並將齒輪傳動的強度計算、查表、數據處理和結構設計等融入例題中詳細講解。在講述齒輪傳動的受力分析時，將直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、錐齒輪和蝸輪蝸桿等各類傳動的受力分析整合在一起進行講述，這樣便於學生類比掌握受力分析的要點和方法。
1.2以工程應用爲主線，實現課程體系教學內容的縱橫整合
知識是由淺入深的，學習也是循序漸進的，因此，每門課程內容的設定要考慮與前續課程知識點的聯繫。“縱向整合”就是將機械設計系列課程體系中各門課程建立前後內在聯繫，要講新帶舊，要引舊聯新，使學生“溫故而知新”。“橫向整合”就是各門課程要彼此聯繫，有機整合。例如：機械設計課程中關於零部件的教學內容要與機械原理課程的機械傳動系統方案設計相聯繫；機械設計的零件結構設計要與機械製造基礎課程中有關精度和工藝的知識點相聯繫；機械產品設計製作要與機械設計和機械製造基礎課程的相關內容相聯繫。總之，透過各門課程教學內容的縱橫整合，要貫穿整機設計的理念，使學生對專業理論有系統而完整的把握。
2精心“設計”教學環節，改進教學方法
CDIO開放式的教學模式首先需要教師轉變原先在教學中純粹的以教爲主的角色，更重要的是需要教師更新教學理念和教學思想，因此教學方式和教學方法的改革是課題研究的重點和難點。
（1）根據工程教育專業認證的需求，圍繞學生工程能力和素質的培養，重新進行教學環節的設計，課程組教師要深入研究當前國內外工程教育的發展形勢，在教學方法與手段上不斷改革和創新，在傳授給學生專業理論知識的同時，引領學生理論聯繫實際，形成一種學與做有機融合的學習方式，從而加深學生對專業理論知識的理解。
（2）探索“CDIO做中學”的教學模式，課堂教學多引入工程設計案例，課程的推進採用設計任務驅動模式，例如在課程開始之初，就佈置有關機械產品綜合設計的課題給學生，根據課程教學進度，安排學生以小組學習和討論交流的方式進行課題分階段設計，透過這種方案分析、小組學習和項目實訓的方式，貫徹CDIO在做中學的理念，培養學生主動學習和團隊合作能力，提高工程意識和設計技能，這樣既能夠有效調動學生的學習積極性，激發學生的工程設計興趣，培養學生具備較強的工程實踐能力，而且能夠培養學生良好的團隊協作能力和精神。
（3）搭建開放式課堂，在時間、空間和教學內容上加以擴展和延伸。對於實踐性和工程性強的教學內容，可以走出教室，把課堂搬到實驗室、工程訓練中心和工廠，從而創造一個開放的課堂空間和開放的教學環境，使得學生更易於吸收和消化課堂的知識內容。爲了訓練學生的工程設計和實際應用能力，除了充分把握好第一課堂教學，還要搭建更廣闊和豐富的`第二課堂，教師要指導學生參加大學生機械創新設計大賽、大學生工程訓練綜合能力競賽和參與教師的科研項目等，培養學生的實戰經驗，在第二課堂，使創新能力培養與第一課堂的教學融於一體，從而探索出一條集理論研究與工程能力培養相互促進的途徑。
3重點改革實踐教學，凸顯整機設計理念
課程設計是培養學生工程能力的重要環節，而以往課程體系中各門課程的課程設計內容基本上是各自獨立的，缺少相互關聯。例如“機械原理課程設計”中，主要是從運動的角度，訓練機械系統的原理方案設計能力，沒有考慮具體的材料和結構，更沒有考慮製造工藝和經濟性等要求；到了“機械設計課程設計”，主要訓練學生對機械系統中各零部件的設計和計算能力，設計對象基本是齒輪減速器，運動方案一般是固定的，容易讓學生墨守成規，限制了創造性思維的發展；輪到機械製造技術基礎課程設計，內容又是與前序設計對象無關聯的工藝設計；最後在機械產品設計製作階段，對象又變化了，於是就照貓畫虎，用現成的圖紙和工藝進行加工，這種各自爲陣的課程設計安排顯然違背了整機設計的思想，學生的能力培養只能趨於碎片化，而真正需要的整機綜合設計和應用能力不能得以鍛鍊和培養。因此，爲了切實提高學生的工程意識和設計技能，改革選擇課程設計實踐環節爲突破口，透過課程設計內容的重新整合和優化，使得各個課程設計內容前後關聯和有機結合。
③爲了凸顯整機設計理念，訓練學生的綜合設計技能，將圖1所示課程體系中的四大課程設計實踐環節聯合起來進行，依次按方案設計、技術設計、工藝設計和產品實物製造編排課程設計的內容，做到課程設計的完整性、系統性和綜合性，從而訓練學生從機械產品方案設計、技術設計、性能仿真、工藝設計到加工製造和組裝調試的整機設計能力。在課程設計過程中，成立獨立穩定的設計團隊，期間配備專門的指導教師，每個團隊的設計對象固定，始終貫穿於各個課程設計，具體以典型機械產品的設計和製造爲載體，例如無碳小車或是機械創新設計大賽設計對象等，要求分階段完成對象的各項設計任務，即依次設計、製作、安裝、調試一臺機械產品，讓學生從一開始就注重整機設計，增強綜合分析問題的能力。④機械原理與創新綜合課程設計爲機械設計課程設計提供系統方案、運動和動力參數計算和分析，在接下來的機械設計課程設計中，透過設計計算和選型，將前序設計得到的方案具體實物化，繪製出相應的裝配圖和零件圖，同時又爲機械製造技術基礎提供了圖紙和精度設計技術檔案，而機械製造技術基礎課程設計的內容又爲最終的機械產品設計製作提供了工藝指導，從而大大提高課程設計實踐環節的連貫性和實用性。爲了保障以上改革的順利實施，根據我校的實際情況，依託學校的大學生素質教育中心的加工設備製造出實物，使得學院的理論教學與大學生素質教育中心的實訓實現無縫結合，也使得教學資源得以充分利用。
4結束語
爲了改善以往機械設計系列課程教學中理論和實踐相脫節的問題，順應工程教育認證的要求，引入“CDIO做中學”的工程教育理念，對機械設計系列課程進行教學改革和實踐，將工程教育與創新能力的培養滲透到課程的各個教學環節之中，實現理論知識學習與實踐能力培養的相互滲透，極大地豐富學生的學習成果，必將爲培養具有工程理念的高素質、強能力的工程技術人才奠定堅實的基礎。