面向CDIO模式的“機械工程控制基礎(chǔ)”課程教學探索

張文興+鐘金豹+譚心

【摘要】本文圍繞CDIO工程教育模式，分析了目前教學方法的不足，從四個方面探索了本門課程教改的可行性。

【關(guān)鍵詞】CDIO工程教育模式，機械工程控制基礎(chǔ)

【中圖分類號】TH-4

1. CDIO工程教育模式

為培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要、德智體全面發(fā)展、具有創(chuàng)新精神、注重實踐、基礎(chǔ)扎實、能力強、獲得機械工程師基本訓(xùn)練的高級應(yīng)用型人才，切實推進機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)綜合改革工作，筆者以“機械工程控制基礎(chǔ)”課程為例，采用CDIO工程教育的新模式對普通本科院校“機械工程控制基礎(chǔ)”課程的教學改革進行初步探索。

課程教學改革以國際工程教育改革的最新成果CDIO工程教育模式為核心，改變傳統(tǒng)的教學模式，新模式以學生為主體，要求學生積極參與課堂互動，而且課程教學內(nèi)容要緊密結(jié)合工程實踐，過CDIO模式的課程學習，使學生掌握基礎(chǔ)性和專業(yè)性的工程技術(shù)知識。CDIO的含義為：構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運行（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系方式的學習工程。CDIO以培養(yǎng)學生工程基礎(chǔ)知識、個人能力、團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，使學生在這四個層面達到預(yù)定目標，為學生提供一種強調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運行（CDIO）過程的背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育。它對整個模式的實施和檢驗進行了系統(tǒng)的、全面的指引，使得工程教育改革具體化、可操作、可測量，并對學生和教師都具有重要指導(dǎo)意義。CDIO體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學性和先進性的統(tǒng)一，代表了當代工程教育的發(fā)展趨勢。

2. CDIO教學內(nèi)容的改革探索

CDIO工程教育模式是一個呈現(xiàn)系統(tǒng)性、有中心及層次的、物化的整體性思維活動，體現(xiàn)了一個學生的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識的全面性和知識應(yīng)用的靈活性。就目前教學情況而言，學生學習一般缺乏主動性，老師們大部分只是按部就班地在講臺上講述，而學生則是生硬地去接受，因此，在這教學過程中，很多老師缺少相關(guān)知識點的啟示以及因果關(guān)系、邏輯關(guān)系方面的思考，從而導(dǎo)致師生之間的教和學的嚴重脫節(jié)。

筆者認為，一個好的產(chǎn)品來源于一個好的構(gòu)思，他直接決定了產(chǎn)品質(zhì)量以及研發(fā)周期，因此，一個好的老師不僅在課堂上要傳授知識，而且還要啟發(fā)學生的思維能力?！稒C械工程控制基礎(chǔ)》綜合了多門學科知識，如高數(shù)、力學、復(fù)變函數(shù)及電工電子學、機械原理、液壓傳動、機械振動學等，因此，一套有效的控制系統(tǒng)可以采用多種思路進行設(shè)計，需要綜合各個因素進行分析研究，比如設(shè)計的可行性分析、能否實現(xiàn)預(yù)期功能并成功運行，特別是設(shè)計的可行性分析過程中，一定要結(jié)合實際并考慮后面的實現(xiàn)和運行。在這個過程中既需要老師的合理開導(dǎo)，也需要同學們個人能力和團隊能力共同完成。因此，筆者根據(jù)CDIO工程教育模式對目前的教學方法進行改革探索。

（1） 增加工程實際案例

老師在教學過程中，結(jié)合講課內(nèi)容適當?shù)牟迦胍恍嶋H的工程案例，這樣不僅可以提高學生們的學習興趣，而且還可以讓學生更好地理解和掌握教學內(nèi)容。如熱水器的溫度控制、水塔的液面高度控制等。通過這些常見的簡單案例，既解釋了閉環(huán)控制系統(tǒng)這個概念的含義，又可以提高學生對這門課程的積極性，鍛煉學生的構(gòu)思和設(shè)計能力。

（2） 課堂討論

由于本門課程的理論性太強，如果老師在課堂上一味地講授相關(guān)定義、工作原理、公式推導(dǎo)等理論，很容易打消學生的學習激情、并產(chǎn)生聽覺和視覺疲勞，大大降低上課質(zhì)量。因此，在教學過程中應(yīng)該根據(jù)課堂內(nèi)容結(jié)合實際工程問題適當增加討論互動環(huán)節(jié)，特別是一些比較重要的知識點，老師可以提出一些跟實際工程相關(guān)的問題，讓學生在課堂上或者業(yè)余時間進行相互討論和解決。當然，老師可以給予一定的輔導(dǎo)和暗示，這樣就可以將學生的被動學習轉(zhuǎn)化為主動學習，而且可以提高學習興趣、活躍課堂氣氛，同時還可以培養(yǎng)學生獨立分析問題、解決問題的能力。

（3）增加課程設(shè)計環(huán)節(jié)

既然要將CDIO有機的聯(lián)系起來，課程設(shè)計環(huán)節(jié)必不可少。目前，本門課程在一般本科院校內(nèi)大部分沒有課程設(shè)計環(huán)節(jié)，講完理論課程后就以閉卷考試的方式結(jié)束，導(dǎo)致大部分學生只懂理論知識，卻不懂理論怎么應(yīng)用。《機械設(shè)計》這門課在該方面做的就比較好，課程講完了緊接著就進行減速齒輪箱的課程設(shè)計，讓學生學以致用。因此，筆者認為，本門課程結(jié)束后，應(yīng)該圍繞控制系統(tǒng)進行課程設(shè)計，比如溫度控制、液位控制等比較常見的控制系統(tǒng)，讓學生以小組的形式進行控制系統(tǒng)的搭建，這個過程就可以很好地將CDIO的工程教育模式有機的結(jié)合起來，提高學生的綜合水平。

（4） 新的評價體系

傳統(tǒng)的評價體系莫過于平時成績和期末考試，很多學生為了應(yīng)付考試，只能不求甚解的死記硬背，有的甚至考試作弊。這種應(yīng)試教育的評價體系導(dǎo)致學生創(chuàng)新能力不足，缺乏提出問題和發(fā)現(xiàn)問題的能力，更沒有解決實際問題的能力。因此，要將學生培養(yǎng)成一個優(yōu)秀的工程師，評價體系一定要進行教學改革。應(yīng)該加入課堂考核環(huán)節(jié)，如課堂表現(xiàn)、完成作業(yè)情況、完成實驗情況、課程設(shè)計情況等；在考試環(huán)節(jié)中，加入一些創(chuàng)新設(shè)計的題型，了解學生是否有思路、有創(chuàng)新性等。

3.結(jié)論

教學改革永無止境，圍繞CDIO的工程教育模式，以培養(yǎng)學生成為具有綜合能力的優(yōu)秀工程師為目的，從四個方面分析了本門課程在教學過程中一些不足，并提出了相應(yīng)的改革措施，使學生具備發(fā)現(xiàn)問題、獨立分析問題和解決問題的能力，不僅扎實掌握基礎(chǔ)理論知識，同時還提高實際操作能力。

參考文獻

[1] 楊叔子， 楊克沖. 機械工程控制基礎(chǔ)[M]. 第六版. 武漢： 華中科技大學出版社，2012

[2] 譚心，尹明，鐘金豹，張文興. 機械工程控制基礎(chǔ)[M].北京：清華大學出版社，2013

[3] 鐘金豹、譚心、張文興. 《機械工程控制基礎(chǔ)》課程案例教學法探索[J]. 課程教育研究，2013（9）：252

[4]邢預(yù)恩，張文興. 機械專業(yè)實踐教學內(nèi)容及方式的改革[J]. 中國冶金教育，2011（3）：69-71endprint