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簡析基于CDIO理念的高職院校“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革與實踐
高職教育的目標(biāo)是培養(yǎng)德、智、體全面平衡發(fā)展，既有一定的專業(yè)理論基礎(chǔ)、又有在成品生產(chǎn)、設(shè)備管理、售后服務(wù)第一線上有較強應(yīng)用型實踐技能的人才。專業(yè)設(shè)置必須圍繞生產(chǎn)一線的職業(yè)崗位或某一職業(yè)崗位群，以突出職業(yè)技能的培養(yǎng)。在課程體系和教學(xué)內(nèi)容構(gòu)架上，注重理論的實用性及技術(shù)的應(yīng)用性，在教學(xué)環(huán)節(jié)中把實踐性教學(xué)融入教學(xué)過程中。“機械設(shè)計基礎(chǔ)”是機電等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)習(xí)它不僅可增強學(xué)生的工程理論基礎(chǔ)，還能提高學(xué)生對機械裝置的初步設(shè)計、技術(shù)工作的適應(yīng)性、工程開發(fā)創(chuàng)新的能力。
一、“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)現(xiàn)狀分析
目前國內(nèi)高職院對“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程的教學(xué)基本分為“兩段式”，即理論教學(xué)時數(shù)在70-80學(xué)時，再銜接1-2周的課程設(shè)計。在舊式的課堂教學(xué)中，教師是課堂的主體，整堂課是“填鴨式”的滿堂灌;多媒體教學(xué)充其量是重復(fù)寫在黑板上的內(nèi)容,雖然教學(xué)手段變了,但教學(xué)內(nèi)容和效果并沒有變。學(xué)生在這種課堂中處于被動的地位，久而久之學(xué)生就逐漸喪失了主動思考問題的能力，也失去了學(xué)習(xí)的興趣和信心。因此，“教—學(xué)—做”和項目化的有效教學(xué)在高職“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革中的應(yīng)用勢在必行。
據(jù)多數(shù)已經(jīng)走向工作崗位的學(xué)生反映，“在學(xué)校所學(xué)和工程實際聯(lián)系不起來，不知道上課學(xué)什么，實踐教學(xué)之后才明白這門課程的確很重要”。這表明原有的“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程的課程體系、教學(xué)內(nèi)容和方法已不適應(yīng)目前的教學(xué)了。實驗、實習(xí)基地建設(shè)和設(shè)備投入不足，現(xiàn)代教育技術(shù)和手段在教學(xué)中的應(yīng)用覆蓋面不廣泛，實踐教學(xué)課時不多，缺乏實踐性、整體性和創(chuàng)新性，對培養(yǎng)學(xué)生實踐能力不利。上述問題既制約了機械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)水平的提高，又影響了實用型和技能型人才的培養(yǎng)。因此，用項目來組織教學(xué)，運用理論與實踐相結(jié)合的有效教學(xué)法，做到在實踐中教理論,在運用中學(xué)技術(shù),提高學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)迫在眉睫。
二、課程改革的主要內(nèi)容
1.教材
技能的梳理整合與定位要熟悉“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課本知識體系，能駕馭“機械設(shè)計基礎(chǔ)”科目，確定所需要的技能。市面上絕大部分教材不是基于工作過程的項目載體分解技能，標(biāo)示技能題目，說明技能內(nèi)容，彌補不了書本理論知識轉(zhuǎn)換為技能知識時文字表達的不足，也不能完成理論型知識課本向技能型授課教材過渡。因此項目化的“機械設(shè)計基礎(chǔ)”教材建設(shè)是當(dāng)務(wù)之急。
2.教學(xué)大綱
人才培養(yǎng)目標(biāo)要求能夠深入分析技能，明確培養(yǎng)從事機械管理、加工維修的技術(shù)人員�，F(xiàn)有教學(xué)大綱缺乏可操作性，不能描述項目和任務(wù)的運作過程，也不能當(dāng)作課程標(biāo)準(zhǔn)和項目任務(wù)書來用。加之教師沒有用基于工作過程的項目任務(wù)來描述機械生產(chǎn)技能的實現(xiàn)過程，沒有項目布置給學(xué)生，更談不上學(xué)生要完成的每個小項目任務(wù)。從這個過程來說，技能由項目組成，項目就是學(xué)生的任務(wù)，只有變理論性大綱為實踐性教學(xué)大綱，即為基于工作過程的課程標(biāo)準(zhǔn)和項目任務(wù)書，才能實現(xiàn)由任務(wù)———項目——技能的目的。
3.教學(xué)過程的監(jiān)控
規(guī)范課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié),即課堂、課程設(shè)計、實驗教學(xué)的每個實施環(huán)節(jié)都要制訂規(guī)范并要求教師遵照執(zhí)行。實踐教學(xué)的設(shè)計方式有實訓(xùn)室模擬和基層崗位頂崗實習(xí)，學(xué)生在接受任務(wù)后，因教師未能及時指導(dǎo)或受客觀條件影響，學(xué)生完成任務(wù)采取的方法和手段是非標(biāo)準(zhǔn)化的。在評價考核方式上，實訓(xùn)教師沒能全過程地介入到實踐指導(dǎo)中去，對機械設(shè)計操作的關(guān)鍵點和結(jié)果沒有做到詳細(xì)的觀察和記錄，從而導(dǎo)致教學(xué)過程的把握就不牢靠。
4.實踐教學(xué)的條件
實踐教學(xué)的實施需要各方面的力量共同推動，要培養(yǎng)一支能力本位授課的教師團隊，先完善理論體系，再培訓(xùn)實踐技能，塑造創(chuàng)新思維，培養(yǎng)工作熱情。另外，能力本位授課資源的供應(yīng)不足，技能型授課的場地實驗室或一體化教師模擬實訓(xùn)的器材和道具數(shù)量達不到要求，也制約了實踐教學(xué)的開展。
三、應(yīng)用CDIO理念開展有效教學(xué)
1.CDIO教學(xué)理念概述
基于該課程的教學(xué)現(xiàn)狀及教學(xué)改革的內(nèi)容分析，采用美國麻省理工學(xué)院等四所大學(xué)歷經(jīng)四年探索研究創(chuàng)立的工程教育CDIO理念，即構(gòu)思(Conceive)-設(shè)計(Design)—實現(xiàn)(Implement)—運作(Operate)，它倡導(dǎo)任務(wù)驅(qū)動、案例教學(xué)，在學(xué)生掌握了基礎(chǔ)知識，具備了個人能力之后，以項目組為學(xué)習(xí)單位，注重學(xué)生的實踐能力、團結(jié)協(xié)作能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，是“做中學(xué)，學(xué)中做”原則和基于項目的教學(xué)模式的集中體現(xiàn)。通過有效教學(xué)理念對“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程進行“教—學(xué)—做”的項目化課程改革，更好地實現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的全面提高，讓學(xué)生能夠扎實掌握從事工程技術(shù)常規(guī)工作所需要的基本理論、基本技能，能適應(yīng)現(xiàn)代機械產(chǎn)品分析和設(shè)計需要。培養(yǎng)學(xué)生對機械傳動裝置的設(shè)計、運用和維護能力、創(chuàng)新能力、工程意識能力。
2.基于CDIO理念的教學(xué)設(shè)計與實踐
�、夙椖枯d體的篩選。應(yīng)用CDIO的理念開展有效教學(xué)，其中項目載體的選擇和實施過程的設(shè)計是重點。整個教學(xué)內(nèi)容以工作過程為導(dǎo)向，設(shè)計10個項目載體：項目一運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)設(shè)計;項目二家用縫紉機的拆裝設(shè)計或內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構(gòu)拆裝設(shè)計;項目三動力輸入設(shè)計或配氣機構(gòu)中的盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計;項目四臺式鉆床中的普通V帶傳動;項目五齒輪設(shè)計，項目六軸系設(shè)計;項目七拆裝固定聯(lián)接(包括拆裝螺紋聯(lián)接、拆裝鍵聯(lián)接、拆裝銷聯(lián)接三個子項目);項目八自行車的設(shè)計;項目九減速器的整體設(shè)計;項目十帶式輸送機傳動裝置的設(shè)計。分別以單缸式內(nèi)燃機、抽水唧筒、家用縫紉機、內(nèi)燃機的配氣機構(gòu)、鄂式破碎機、自行車、一級直齒圓柱齒輪減速器為載體，按照由易到難,螺旋式上升的原則進行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計。以項目中的工作任務(wù)為內(nèi)容，著重是教會學(xué)生如何完成工作任務(wù)，通過任務(wù)的完成過程獲得知識、技能。
�、趯嵤l件的準(zhǔn)備。在教學(xué)活動中，緊緊圍繞開展的項目載體設(shè)計任務(wù)單元，每個任務(wù)單元按照構(gòu)思、設(shè)計、實施和考核運作四個環(huán)節(jié)進行教學(xué)做一體的教學(xué)活動。建立以學(xué)生為主體，基于CDIO理念的實踐教學(xué)活動機制，學(xué)生參與教學(xué)活動的整個過程。教師在教學(xué)實踐過程中扮演教學(xué)活動的組織者，將教學(xué)過程和工作過程進行融合，通過實踐和項目的實施提高學(xué)生機械設(shè)計和機構(gòu)創(chuàng)新能力。
�、蹖嵤┻^程的設(shè)計。構(gòu)思——設(shè)計——執(zhí)行——考核運作�，F(xiàn)以“帶式輸送機傳動裝置的設(shè)計”為學(xué)習(xí)任務(wù)，說明CDIO教學(xué)活動的實施過程。
構(gòu)思。在機械零件實驗室里，教師通過多媒體課件的形象化教學(xué)，講解帶式輸送機設(shè)計流程的五個學(xué)習(xí)情境，即電動機選擇——V帶傳動設(shè)計——齒輪傳動設(shè)計——軸系零部件設(shè)計——減速器其他零件設(shè)計。涉及的知識點有：電動機選擇、各級傳動比分配、帶傳動與受力計算、齒輪傳動與動力計算、軸、軸承、潤滑、密封、連接等。借此引出本次教學(xué)項目的主要任務(wù)——帶式輸送機傳動裝置的設(shè)計，教師發(fā)放實訓(xùn)任務(wù)單并提供項目開展的資料，學(xué)生通過教師提供的資料、教材、網(wǎng)絡(luò)等資源，仔細(xì)研究帶傳動、減速器、聯(lián)軸器等實物，進一步熟悉工作任務(wù)。
設(shè)計。學(xué)生分組進行學(xué)習(xí)，小組討論帶式輸送機傳動裝置的傳動方案，并確定帶傳動、單級圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)組成，按設(shè)計要求編寫各級傳動的計劃書，對任務(wù)進行描述，說明任務(wù)目標(biāo)。教師根據(jù)學(xué)生制訂的計劃書進行點評，與學(xué)生一起討論計劃的可行性，反饋并修改，最終確定任務(wù)完成的計劃和實施方案。
執(zhí)行。下面以帶式輸送機裝置中的減速器為例，說明其執(zhí)行過程。教師準(zhǔn)備好減速器實物，通過邊拆卸邊講解的方式，說明減速器內(nèi)外結(jié)構(gòu)、工作原理及設(shè)計內(nèi)容、要求等。
根據(jù)教師的講解，學(xué)生以小組為單位，觀察減速器的結(jié)構(gòu)、拆裝順序、零件的安放位置及連接關(guān)系，從而進一步體會減速器的工作原理、結(jié)構(gòu)、各零部件的安放位置和安裝順序。按任務(wù)要求繪制齒輪傳動簡圖并進行傳動比計算，為設(shè)計各部分零部件做好充分的準(zhǔn)備。具體操作步驟如下：擰開減速器底座與上端蓋的連接螺栓，移開減速器上端蓋;仔細(xì)觀察用手扭動的齒輪傳動過程及齒輪、軸承等元件在軸上的定位方法;確定齒輪計算傳動比;繪制齒輪傳動簡圖;按由外到內(nèi)的順序拆卸減速器結(jié)構(gòu)，觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及零件工藝結(jié)構(gòu);再按順序裝配好減速器。通過對減速器的拆裝，讓學(xué)生熟悉其結(jié)構(gòu)、各零件的放置位置以及功用，為優(yōu)化設(shè)計減速器做好準(zhǔn)備。在設(shè)計過程中，引導(dǎo)學(xué)生先根據(jù)設(shè)計的要求設(shè)計齒輪傳動，再據(jù)軸上的零部件軸的結(jié)構(gòu)和強度校核，直至通過周而復(fù)始的不斷修改完成設(shè)計。接著設(shè)計軸上的定位零件，最后設(shè)計減速器殼體外圍結(jié)構(gòu)。通過此過程的訓(xùn)練，不僅提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，同時也提高了其實踐技能。
考核。教師組織學(xué)生匯報答辯，闡述減速器裝拆操作以及實踐教學(xué)設(shè)計的實施。評價考核的方式有學(xué)生自評、小組互評和教師點評。項目考核指標(biāo)：團隊合作精神學(xué)習(xí)、態(tài)度、學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況、平時表現(xiàn)、期終測試成績�？己诉^程貫穿于項目的全過程，為使學(xué)生牢固掌握操作技能，要求其詳細(xì)觀察和記錄操作的關(guān)鍵點和結(jié)果。最后討論在項目實施的過程中出現(xiàn)的問題，以及解決的方案。由教師根據(jù)最終考核結(jié)果給出學(xué)生成績、項目方案需完善的內(nèi)容，進行記錄歸檔。
本項目改革研究以先進的CDIO教育思想為指導(dǎo)，針對鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)存在的問題，緊緊圍繞我院機械設(shè)計與制造、汽車、機電一體化等專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃、課程標(biāo)準(zhǔn)，按照CDIO理念的改革思路，精心設(shè)計和組織實施了“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程“教、學(xué)、做一體化”教學(xué)模式教學(xué)改革方法。在大量調(diào)查研究、理論研究和改革實踐探索的基礎(chǔ)上，改革了傳統(tǒng)“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)模式，取得了有價值的研究與實踐成果。
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