李光煜 刘秀莲 陈国辉 罗凤利 李阳星 黑龙江科技大学机械工程学院
摘要：本文介绍了CDIO教学模式的含义及其教育理念，探讨了基于CDIO理念的机械设计教学改革与实践的过程，从注重教学观念、课程体系、教学内容的改革及教师的工程素质提高方面进行了论述，重点介绍了CDIO教学方法和手段在实践教学环节中实施的做法，并且通过这一教学实践，起到提高机械专业学生机械工程素质能力和创新设计能力的作用。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：CDIO 教学模式 教学手段
一、概述
CDIO代表构思(Conceive)-设计(Detign)-实现(´Implement)-运作(Operate)。CDIO教育的理念是：以CDIO全过程为载体培养学生的工程能力，包括个人的工程科学和技术知识，学生的终身学习能力和团队交流能力及在社会、企业环境下产品、过程和系统的建造能力。
机械设计课程是机械工程类专业必修的一门技术基础科，通过学习该课程，学生应具备正确认识机械工程常用紧固、传动和支承零部件的类型、特点、主要参数及正确设计方法和过程，为正确使用、维护和革新现有机械打基础，通过参加课程实验、工程实践、课程设计及课外科技创新等实践环节，培养学生机械创新设计能力，产品开发能力和团队合作精神。
二、基于CDIO理念的机械设计教学改革实践
1．教学观念、课程体系和教学内容的改革研究
依托《机械设计》校级精品课建设的平台，建立新的教材内容体系，构建立体化教材，实现网上学生自主学习。转变教育观念，树立现代工程教育观，树立以人为本、应用型人才教育以及素质教育的现代大学教育理念，结合CDIO教学培养人才的目标，全面实施素质教育。我们按照“理论教学，课后实践，课程设计，创新设计”四位一体的教学思路，优化课程教学体系, 以整台机器组成设计为主线，将课程内容划分为机械连接篇、机械传动篇、机械支承篇，加强教学与机械工程实际的联系，培养学生的工程实践能力和工程意识。
2．提升课程教师的工程素质
做好所有课程教师工程素质培养工作，鼓励教师参加岗前培训和实验技术、工程技术专业培训，支持教师到国内知名大学进行教学调研、进行教学方法和学生工程实践能力培养的经验交流，从而建立一支教育理念先进、实践能力强的教师队伍，教研室先后指派多名教师到大连理工大学、天津大学及北京科技大学进行调研，重点是理论教学与学生工程素质培养的先进经验，派送四名青年教师到实验室、工程实训基地和煤矿企业进行工程训练，并参与从构思-设计-运作-实现的CDIO工程训练及横向科研工作。
3．加强实践教学环节的研究，充分实现CDIO教学模式
加强实验室建设，充分发挥实验室和实习实训基地职能，根据培养目标，按照技术领域和职业岗位的实际要求,设置和调整实践环节的教学内容。创建新型的实践教学模式。通过校内外实验、实践基地，在本课程中增加综合性、设计性实践项目，使学生由“被动实践”转为“主动实践”。以实验室和实习实训基地为场所，以机械创新设计大赛和“慧鱼”模型组合大赛为契机，给学生提供构思、设计和运行和实现的舞台。
4．教学方法和教学手段的改革与实践
根据CDIO工程教育理念对教学方法的启示，教学中要改变“满堂灌”的教学方式，提倡“启发式”和“讨论式”教学，将“讲、做、讨论”有机结合，并结合机械原理的理论知识将机械设计的构思和方案设计融入课堂教学, 结合CDIO教学模式不断完善和修改自制课件，提高课堂教学的质量和效率，做到对学生的创造构思、产品方案设计及创造的实施过程起到指导作用。在课程设计教学实践环节中，对于二级减速器设计，采用CDIO教学模式，将班级学生分按题目相近性分为三到四个小组，以小组为单位进行设计，构思——根据设计任务，采用哪种二级齿轮组合减速或者用蜗杆减速，分析各种二级齿轮及蜗杆减速的传动比范围，适用特点和应用场合，比较分析各种方案，确定采用的齿轮或蜗杆的类型。设计——齿轮的参数设计、轴的结构设计、轴承的选择、箱体及各种附件的设计和选择等等，主要零部件经过选择材料、参数确定、强度计算到结构确定，在整个设计过程中，注意理论设计和经验设计的综合运用。实现和运作——形成装配图及零件图的过程，从俯视图开始绘制，注意齿轮（蜗轮）与箱体内壁的距离，确定齿轮的位置与调整，轴承座孔的长度，确定轴上力的作用点与支点及轴承游隙的调整等，按照要求，拆画三到四张零件图，注重零件图上的技术要求的提出。在课外创新实践环节中，我们准备了慧鱼创意组合模型及用于机构创新的各种杆件和模型等。学生可以三到五人一组，按照CDIO模式，进行讨论，构思(Conceive)出机构方案，进行设计(Detign)确定各构件的运动长度，使机构实现(´Implement)预定动作和功能，如连杆机构急回特性的程度，最小传动角的提高、顺利通过死点位置等，最后运作(Operate)，即组装出用于不同场合的慧鱼模型或实现不同连杆曲线的平面连杆机构。另外，我们鼓励学生参加由机械学院和实训中心联合参与的全国大学生无碳小车设计大赛，根据无碳小车的设计构思，如行走距离不低于30米，绕过障碍物不少于20个，并实现900-1000mm的变距要求，利用CAXA与autoCAD等软件设计了重力能量转换，驱动机构和转向机构等，在设计过程中还考虑到总体布局，加工工艺和产品成本等。运作阶段，加工出所设计的无碳小车的主要零部件，进行装配和调试，在实现小车行走的轨迹以“s”形周期性变化过程中对设计进行改进和完善。通过漫长的基于CDIO的实践教学模式的设计过程以后，学生会深刻体会到理论与实践相结合的过程，认识到设计不仅要满足功能要求，还要考虑生产工艺及材料特点，更要降低生产成本，提高效率。在实现过程中会发现一个设计即使再严密也会有不足之处，而通过实践，我们能够更快地发现问题、解决问题，同时，学生们也会认识到与同学分工协作的团队的力量是无穷的，通过有问题时共同探讨，大家集思广益，整个团队拧成一股绳，一定会做出满足设计目标及使用要求的合格产品。
三、结论
我们通过在2011和2012两届学生的机械设计课程中实施基于CDIO理念的机械设计教学实践，使学生能够把机械原理与机械设计的理论知识与工程实际相结合，明显地提高了学生的工程实践能力和创新设计能力，同时，基于CDIO教学的学生团队成员们能分工合作，共同探讨，增强了同学与指导教师之间及同学之间的团结协作精神和语言沟通能力，这些成果都充分体现了基于CDIO教学理念进行机械设计教学的先进性。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献
[1]潘越,徐辉等.基于CDIO的机械设计专业方向课程群新体系研究[J].河北: 河北工程大学学报,2012(3)
[2]段成燕,王金等.基于CDIO的机械设计基础教学改革实践与探索[J].科技信息,2010(33)
[3]刘荣佩,史庆南等.CDIO工程教育模式[J].中国冶金教育,2011(5)
[4]于惠力.机械设计课程设计[M].黑龙江：科学出版社,2012,10
作者简介
李光煜，1965—，女，内蒙古呼和浩特人，教授；研究方向机械设计及理论。刘秀莲，1979—，女，辽宁葫芦岛人，讲师，研究方向机械设计及理论。