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构建科学的课程项目体系,培养高素质卓越工程人才

——机械工程学院CDIO工程教学改革探索与实践


  机械工程学院一直牢固树立教学工作的中心地位,始终坚持以人为本,以培养学生为本的教学指导思想,以提高教师的责任意识和师德意识为核心,以教学改革立项为依托,以个别试点带动全面发展,逐步稳妥地推进教学改革工作,在CDIO工程教育模式改革中取得了可喜成果。
  借鉴国际先进的CDIO工程教育模式,机械工程学院自2007年起开始梳理专业课程体系。首先,学院组织各专业反复讨论,明确了各专业方向本科生的培养目标。在此基础上,基于CDIO理念,对教学内容进行调整和融合,初步构建起了专业主干课程三级项目、专业核心课程模块二级项目和毕业设计一级项目相结合的项目式教学体系。
  机械工程学院新教学计划中,各专业方向均设有1~2个一级项目,3~4个二级项目和多个三级项目。通过项目的实施,不仅使学生深入理解专业的核心知识,更强调培养学生对核心知识的运用能力。同时,项目式教学极大地调动了学生学习的积极性,培养了学生的团队合作能力,使学生初步建立起了“工程思想”。
  在新的教学计划中,机械工程学院着重强调将课程教学、计算机仿真、实验教学、工程实践与学生创新研究的紧密结合,努力体现高等工程教育“做中学”的理念。为保证有足够的实践环节,学院要求除画法几何和机械制图等少数基础课程外,所有课程均需设置至少1/4以上的实践教学时数,而专业主干课的实践教学时数不少于总课时的1/3。
  1、专业课程三级项目改革的实施与成效
  机械工程学院“项目式”教学改革的指导思想是:更多地给予学生主动参与课程学习的机会,想办法激发学生发自内心的学习激情,精心设计各种实践环节来培养学生的综合能力。下面举一个课程三级项目的例子。
  “钢结构设计”课程是工程机械专业的核心专业课程,2010年秋季学期开课,学生所在年级是2007级,共一个班,27人。为把课程讲好,使同学们对于钢结构的认识更加深刻,知识掌握更加扎实,课程组的教师一起反复研讨,最终确定了“项目式”教学方法,即“钢结构设计”课程与“有限元原理及应用”课程共同设立三级项目,通过课堂知识学习、课下查阅资料、小组讨论、项目制作及PPT汇报等,使学生全面深入掌握课程内容并学以致用。项目的考核方式结合了学生出勤情况、分析计算结果、虚拟设计3D模型及二维工程图、刚结构样本的制作及测试、研究分析报告的撰写等各方面情况,两门课程单独设计考核内容并各有侧重。同学们认为,通过完成三级项目“将学习中的内容运用到实际中,发现和解决了很多书本上学习不到的问题。”;“第一次自己亲自切割打磨焊接出一个实物来,对机械制作的工艺有了更深刻的认识。”;“对团队合作有了更深刻的理解,只有大家通力合作,才能做出最优秀的项目。”改革的效果出乎老师的预料,深受学生的欢迎。

 

工程机械专业方向基于CDIO的课程体系
 
“钢结构设计”课程与“有限元原理及应用”课程三级项目实施流程图

 

  2、机械设计课程设计二级项目改革的实施与成效
  《机械设计》与《机械设计课程设计》是重要的技术基础课程。经两年小规模、大规模试点,在教研室全体教师的共同努力下,2010年在机械类各专业全面铺开,逐步稳妥地推进了教学改革工作。
  改革的整体思路是:以项目式教学为指导思想,将传统的减速机设计项目转变为具有一定开放性满足一定条件的传动系统设计项目,将项目设计内容与理论教学内容相对应,并有机的结合到机械设计理论课程教学过程中,使学生带着问题来学习,提高学习兴趣;项目的基础参数计算即定为每章课后作业,项目的方案论证、分析与制定等工作在理论课程学习期间完成,结合虚拟实验室的关于项目的二维、三维设计、实体造型及装配、拆卸等工艺环节的示范,加深同学们对课程、项目的深刻理解与认识;在项目实施过程中插入机器拆装实验,提供真实的机械设计产品案例,增加学生对机器工作原理、机械结构、材料及热处理、机械加工工艺、装配与拆卸工艺的认识与掌握,并直接结合、应用到项目设计中。项目实施过程采用第一阶段手工画图、第二阶段计算机绘图相结合,实现分层次、个性化教学,给同学们搭建一个能够充分发挥、展示其才能的平台。
  这是本门课程改革的创新与探索,对于提高学生的理论知识水平、实践动手能力,提高学生的学习兴趣起到积极的作用
 

基于项目的机械设计一体化教学体系
 
机械设计课程设计过程
 
机械拆装实验
 

 

  3、专业项目式体系改革的实施与成效
  2010年机械工程学院初步完成了以项目实施为主线的教学计划调整工作,重构了课程体系,强调理论与实践的有机融合,强化工程与实践训练。根据专业培养目标,各系部组织开展了专业课程体系的研讨梳理工作,逐一确定专业课程的教学内容和教学方式,将当代先进的专业知识和技术融入教学内容,形成了专业特色鲜明的工程教育体系。
  以机械电子工程专业方向为例。该方向经过三年时间的探索,已经形成了包括6个三级项目,1个二级项目和1个一级项目的专业项目式课程体系。机电专业方向所进行的基于CDIO理念的专业课程项目体系的探索与实践过程中,6门专业课程均开设了三级项目,并将其中3门专业主干课程的三级项目和机电专业课程设计二级项目集成为一个完整的项目体系,构建了集“课堂教学、讨论互动、动手实验、项目研究、课程设计”五位于一体并且有机融合的课程教学体系,实现了多方位培养学生的综合能力和素质。
  项目教学共分两个阶段,第一阶段(三级项目实施阶段):基于《机电一体化系统设计》、《单片机原理及应用》和《机器人技术》3门课程共同的三级研究项目,课程组选择的项目是智能小车的设计与制作,这个项目需要综合运用以单片机控制技术为核心的机电一体化系统知识完成具有机器人特性的智能小车的设计。第二阶段(二级项目实施阶段):用四周的专业课程设计时间,让学生将课程项目阶段完成的智能小车升级为移动式抓取机器人和灌篮机器人,并通过书面工作报告、汇报讲演和灌篮竞赛等方式进行验收考核。学生自主完成从方案设计、详细设计、加工制作、集成调试、一直到比赛的全部过程。在项目的考核中引入了成本考核指标,并且还创造性地引入了学生的自评分。
  学生们认为:此种教学体验“是一场不同寻常的经历,全身心的投入其中,用汗水浇灌出的作品,并最终验收成功,是一道美丽的风景”;此种教学方式“使我们既巩固课程知识的学习,又提高了自身的综合能力,充分发挥了自主创新能力,我们真正得到了成长”;这些收获“必将终身受用,使我们更有信心与能力面对更大的挑战”。

 

机电专业项目式体系拓扑图
 
移动式智能灌篮机器人二级项目实施流程

 

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