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摘要：根据机械制造专业的特点，借鉴CDIO工程教育理念，构建机械制造工艺学课程多元化教学体系。通过开展以学科为背景、以课程为依托的多元化教学模式的研究，实现将理论教学、实验教学、课程设计、课程实习、创新设计等多种教学方法有机融合、多元互动，培养适合现代化企业需求的高素质应用型工程人才。
关键词：机械制造工艺学；CDIO；多元化教学
The diversified teaching and practice of mechanical manufacture technology
Chen yan, Xu dongfeng, Xiang Heping, Cai Weiliang
South China agricultural university, Guangzhou, 510642, China
Abstract: According to the characteristics of mechanical manufacturing specialty and the reference of CDIO engineering education idea, the diversified teaching system of mechanical manufacture technology was been constructed. Though the research of diversified teaching mode based on the background of discipline and support of course, the teaching methods of theoretical teaching, experiment teaching, curriculum design, course practice, innovative design and so on had been realized to organic integration and multiple interactions, which can train high-quality practical engineering talents suitable modernized enterprise’s demand.
Key words: mechanical manufacturing technology; CDIO; diversified teaching
机械制造工艺学是机械制造专业（以下简称机制专业）的1门主干课。该课程包括理论教学、实验教学、课程实习、课程设计等多个环节，课程的实践性和工程性非常强。通过本课程的学习，学生能够掌握如何保证产品质量和提高劳动生产率的相关知识，为今后的机械设计制造等技术工作和科学研究打下良好的基础。
1存在的问题
1.1 理论教学
鉴于理论教学先于实践教学，在理论教学过程中学生缺乏自己动手的机会，感到所学知识抽象、枯燥，难以理解和掌握。若在理论授课之前进行课程实习，学生没有理论知识指导，对生产现场的设备、工装、零件的加工过程只停留在感性认识上，无法做进一步的分析理解，达不到实习的效果。
另外，在理论教学中需要大量的工程实例。由于缺乏生产实例的视频资料、三维动态素材模型等，教师常通过静止实例、平面图进行教学，使教学过程显得抽象而缺乏真实感，影响学生学习积极性和对课程的理解与掌握。
1.2 实验教学
虽然我们增设了综合性设计性实验，但由于实验要求学生自己动手设计加工方案，进行实际加工与操作，撰写实验报告，因此所加工零件是否合理、质量能否保证将直接影响实验的效果。零件太简单，会束缚部分学生的积极性；零件太复杂，会因一部分学生不能顺利完成而挫伤其学习的积极性。
1.3 课程实习
课程的实习地点是校外的实习基地，由于企业的转制、停产与转产，可接受机制专业学生实习的单位较少，仅有几个较好的实习单位聚集了全国高校机制专业的大部分学生，实习人员过于拥挤，且企业对学生的实习态度不积极，可实习内容减少，导致实践教学质量下降。
1.4 课程设计
课程设计是学生在完成理论课程学习和课程实习后的一个重要实践环节。由于学生对夹具的结构无感性认识，且在先导的理论教学中缺乏夹具三维动态模型，导致学生对夹具结构理解和掌握不够，影响设计质量。另外，课程设计题目数量不足，也易造成照搬照抄现象，且按要求设计过程需采用计算机绘图也方便了学生的抄袭。
从以上几方面分析可以看出，理论教学和实践教学环节中均存在影响教学质量的因素。因此，有必要对制约课程教学质量的影响因素进行研究，探讨解决的办法并付之于实践。
2借鉴CDIO工程教育理念
目前，世界各国都在积极推进工程教育改革，探索工程科技人才的培养模式，优化教学方法，提高毕业生的综合能力，这已经成为全球工程教育的发展趋势。CDIO是美国麻省理工学院工程教育的一种经典模式。该模式强调工程教育应当关注实践，将教育过程置身于产品／系统生命周期的具体环境中，以培养新一代高水平工程师为目标。
CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)。它以工程项目从研发到运行的生命周期为整体，让学生主动地参与从理论到实践的转化过程中来。它既注重抽象理论知识的“教”和“学”，又强调教学过程中“做”的重要意义；既增强了学生的动手能力，又培养了学生的创新意识、项目设计能力和团队协作精神。
我们将CDIO工程教育理念应用到机械制造工艺学课程教学中，通过将理论教学、实验教学、课程设计、课程实习以及学生的创新实践活动有机地结合起来，使学生能够理论联系实际，在实践中培养学生的动手能力和分析解决问题的能力。
3开展多元化教学实践
3.1 课堂讲授引入案例式教学并丰富教学资源库
课堂讲授是贯彻CDIO教学理念，学习基础知识的主要方法，要求教师对课程中所有知识点、重点及难点有很好的设计。根据课程特点，构建由生产实例视频资料、三维动态模型和三维人机交互模型等立体化的教学资源库。为使课程的教学内容与时俱进，生产实例视频资料应包含先进的制造方法与工艺。资源库的素材不但可用于课程教学，同时可发布到课程网站。在课堂教学过程中通过演示三维人机交互模型，利用其动感情景吸引学生的注意力，提高教学效果；而在课外，通过网络学习平台，这种交互性提供了学生参与和控制动画播放内容的手段，调动学生主动参与学习进程，使其成为学习的主体，从而达到良好的学习效果。另外，在教学过程中不仅要采用“启发式”教学，还要从科研项目或企业生产实际中提炼教学案例，再反馈到教学中去，要达到让学生能够“学以致用”，掌握“举一反三”的能力。
3.2 实验教学采用多种模式并开设虚拟实验
实验教学采用验证性实验和综合性、设计性实验相结合的方式。验证性实验属基础实验，内容主要是为了巩固课堂所学知识, 加强对概念的理解而设计的；综合性、设计性实验则围绕教材，内容方面做适当的扩张，要求学生在巩固基础知识的前提下加以灵活应用。
在验证性实验方面，可通过开设虚拟实验弥补实验资源的欠缺。在虚拟实验的过程中，学生能方便地改变实验的条件以观察所发生的变化，有利于学生获得丰富的感性认识，便于学生根据自己的假设分析实验数据，有助于培养学生的学习兴趣，拓宽学生的知识面，有效地支持理论学习。
另外，我们根据课程要求确定综合性、设计性实验题目为机械零件加工与检测。考虑到实验的工作量、困难程度，我们设计了十多个复杂程度不同的零件，采取3人为1组，根据前期理论学习情况选取1个零件，共同完成实验任务。这类实验比较好地体现了CDIO教学理念所要求的对学生专业基础知识的运用和个人能力素质的培养。
3.3 课程实习基地的建设与探索实习新机制
课程实习是对学生的一次综合能力的训练和培养，它比较好地体现了CDIO教学理念所要求的对学生在企业和社会两个层面具备工程系统能力的培养。校外实习基地的建设是保证实习质量的关键。需要定期与企业间进行交流与沟通，加强校企间的联系，改善实习环境；同时，学校应利用自身的科研能力和技术优势为企业提供必要支持，并为企业输送人才，调动企业的积极性，拓宽实习企业的范围。还应加强校内实习基地建设，作为校外实习基地的有益补充。
鉴于目前实习所面临的困境，探索一些实习的新机制。如采用分散实习取代统一集中实习，解决经费不足、实习人员过多的现状；开展仿真实习弥补基地实习内容减少和在企业无法动手的实践性环节。
3.4 课程设计中引入教学并优化设计选题
课程设计要求综合运用当前课程和前修课程的基本知识进行融会贯通，对所学专业课程知识进行综合和实际应用。它同样也比较好地体现了CDIO教学理念所要求的对学生个人能力素质方面的培养。
针对学生对夹具工作原理和零件结构缺乏感性认识，制作“夹具课程设计CAI教学”互动软件，对夹具设计中一系列典型的夹紧机构动作进行动画模拟。在课程设计中引入教学，通过观摩CAI教学软件，学生得以了解夹具的组装过程、工件在夹具中的正确定位和夹紧，以及夹具在机床上的合理安装，从而促进课程设计质量的提高。
在选题方面，最好选择来源于企业的真实题目或结合教师的科研课题组织和设计题目。考虑到学生知识的局限性，教师可以对这些题目稍作改动，设计成多个典型的、难度适中的题目。另外，为避免过多学生选择相同的设计题目，减少抄袭现象，需要对设计题目进行修改拆分。例如，可以将连杆和曲轴加工中的10个主要工序分别设计题目。
3.5 开展创新实践活动检验课程教学效果
创新设计是实践教学中的一个有效的尝试。在贯穿机械制造工艺学课程的学习过程中，鼓励学生积极参与创新实践活动。学生通过参与产品的构思、设计与制作全过程，对培养学生创新意识和实践能力以及学生团队意识与合作沟通能力具有很好的作用。它体现了CDIO教学理念所要求的对学生在专业基础知识、个人能力素质、团队合作与沟通和工程系统能力4个方面得到全面的训练和提高。
机械制造工艺学课程采取多元化的教学方法与实践，由此构建了一个5层课程体系模型(如图1所示)。
4结束语
机械制造工艺学是一门专业性和实践性都很强的课程，通过采用多元化教学方法，提高了该课程教学的整体质量，取得较好的教学效果。另外，在探索运用CDIO理念进行课程建设的过程中，我们应该立足于加强学生对专业基础性知识的学习和基本技能的掌握，在实践中培养学生的个人能力和素质，加强学生的团队意识和合作沟通能力，最终培养出更多的适合现代企业需要的应用型工程人才。
参考文献
[1] 雷环，汤威颐，Edward F. Crawley.培养创新型、多层次、专业化的工程科技人才[J].高等工程教育研究，2009,5：29～34
[2] 王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式[J].理工高教研究，2009，28(4)：116～119
[3] 和薇.CDIO模式在数据结构课程中的运用[J].计算机教育，2009,20：122～124
[4] 杨志惠，胡维治，徐福刚.教学素材资源库的建设研究[J].继续教育研究，2007,6：130～131
[5] 陈忻华.综合性、设计性实验的开设[J].中国科技信息，2005，20(10): 123
[6] 周殿清.普通物理实验中综合性、设计性实验的开设[J]．物理实验，2005，25(1): 31～33
[7] 徐红丽，张宇.浅谈当前形势下工科院校生产实习的出路[J].常州工学院学报, 2007，20(6):89～91
[8] 陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006,11：81～83
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关键词：机械制造工艺学；CDIO；多元化教学
The diversified teaching and practice of mechanical manufacture technology
Chen yan, Xu dongfeng, Xiang Heping, Cai Weiliang
South China agricultural university, Guangzhou, 510642, China
Abstract: According to the characteristics of mechanical manufacturing specialty and the reference of CDIO engineering education idea, the diversified teaching system of mechanical manufacture technology was been constructed. Though the research of diversified teaching mode based on the background of discipline and support of course, the teaching methods of theoretical teaching, experiment teaching, curriculum design, course practice, innovative design and so on had been realized to organic integration and multiple interactions, which can train high-quality practical engineering talents suitable modernized enterprise’s demand.
Key words: mechanical manufacturing technology; CDIO; diversified teaching
机械制造工艺学是机械制造专业（以下简称机制专业）的1门主干课。该课程包括理论教学、实验教学、课程实习、课程设计等多个环节，课程的实践性和工程性非常强。通过本课程的学习，学生能够掌握如何保证产品质量和提高劳动生产率的相关知识，为今后的机械设计制造等技术工作和科学研究打下良好的基础。
1存在的问题
1.1 理论教学
鉴于理论教学先于实践教学，在理论教学过程中学生缺乏自己动手的机会，感到所学知识抽象、枯燥，难以理解和掌握。若在理论授课之前进行课程实习，学生没有理论知识指导，对生产现场的设备、工装、零件的加工过程只停留在感性认识上，无法做进一步的分析理解，达不到实习的效果。
另外，在理论教学中需要大量的工程实例。由于缺乏生产实例的视频资料、三维动态素材模型等，教师常通过静止实例、平面图进行教学，使教学过程显得抽象而缺乏真实感，影响学生学习积极性和对课程的理解与掌握。
1.2 实验教学
虽然我们增设了综合性设计性实验，但由于实验要求学生自己动手设计加工方案，进行实际加工与操作，撰写实验报告，因此所加工零件是否合理、质量能否保证将直接影响实验的效果。零件太简单，会束缚部分学生的积极性；零件太复杂，会因一部分学生不能顺利完成而挫伤其学习的积极性。
1.3 课程实习
课程的实习地点是校外的实习基地，由于企业的转制、停产与转产，可接受机制专业学生实习的单位较少，仅有几个较好的实习单位聚集了全国高校机制专业的大部分学生，实习人员过于拥挤，且企业对学生的实习态度不积极，可实习内容减少，导致实践教学质量下降。
1.4 课程设计
课程设计是学生在完成理论课程学习和课程实习后的一个重要实践环节。由于学生对夹具的结构无感性认识，且在先导的理论教学中缺乏夹具三维动态模型，导致学生对夹具结构理解和掌握不够，影响设计质量。另外，课程设计题目数量不足，也易造成照搬照抄现象，且按要求设计过程需采用计算机绘图也方便了学生的抄袭。
从以上几方面分析可以看出，理论教学和实践教学环节中均存在影响教学质量的因素。因此，有必要对制约课程教学质量的影响因素进行研究，探讨解决的办法并付之于实践。
2借鉴CDIO工程教育理念
目前，世界各国都在积极推进工程教育改革，探索工程科技人才的培养模式，优化教学方法，提高毕业生的综合能力，这已经成为全球工程教育的发展趋势。CDIO是美国麻省理工学院工程教育的一种经典模式。该模式强调工程教育应当关注实践，将教育过程置身于产品／系统生命周期的具体环境中，以培养新一代高水平工程师为目标。
CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)。它以工程项目从研发到运行的生命周期为整体，让学生主动地参与从理论到实践的转化过程中来。它既注重抽象理论知识的“教”和“学”，又强调教学过程中“做”的重要意义；既增强了学生的动手能力，又培养了学生的创新意识、项目设计能力和团队协作精神。
我们将CDIO工程教育理念应用到机械制造工艺学课程教学中，通过将理论教学、实验教学、课程设计、课程实习以及学生的创新实践活动有机地结合起来，使学生能够理论联系实际，在实践中培养学生的动手能力和分析解决问题的能力。
3开展多元化教学实践
3.1 课堂讲授引入案例式教学并丰富教学资源库
课堂讲授是贯彻CDIO教学理念，学习基础知识的主要方法，要求教师对课程中所有知识点、重点及难点有很好的设计。根据课程特点，构建由生产实例视频资料、三维动态模型和三维人机交互模型等立体化的教学资源库。为使课程的教学内容与时俱进，生产实例视频资料应包含先进的制造方法与工艺。资源库的素材不但可用于课程教学，同时可发布到课程网站。在课堂教学过程中通过演示三维人机交互模型，利用其动感情景吸引学生的注意力，提高教学效果；而在课外，通过网络学习平台，这种交互性提供了学生参与和控制动画播放内容的手段，调动学生主动参与学习进程，使其成为学习的主体，从而达到良好的学习效果。另外，在教学过程中不仅要采用“启发式”教学，还要从科研项目或企业生产实际中提炼教学案例，再反馈到教学中去，要达到让学生能够“学以致用”，掌握“举一反三”的能力。
3.2 实验教学采用多种模式并开设虚拟实验
实验教学采用验证性实验和综合性、设计性实验相结合的方式。验证性实验属基础实验，内容主要是为了巩固课堂所学知识, 加强对概念的理解而设计的；综合性、设计性实验则围绕教材，内容方面做适当的扩张，要求学生在巩固基础知识的前提下加以灵活应用。
在验证性实验方面，可通过开设虚拟实验弥补实验资源的欠缺。在虚拟实验的过程中，学生能方便地改变实验的条件以观察所发生的变化，有利于学生获得丰富的感性认识，便于学生根据自己的假设分析实验数据，有助于培养学生的学习兴趣，拓宽学生的知识面，有效地支持理论学习。
另外，我们根据课程要求确定综合性、设计性实验题目为机械零件加工与检测。考虑到实验的工作量、困难程度，我们设计了十多个复杂程度不同的零件，采取3人为1组，根据前期理论学习情况选取1个零件，共同完成实验任务。这类实验比较好地体现了CDIO教学理念所要求的对学生专业基础知识的运用和个人能力素质的培养。
3.3 课程实习基地的建设与探索实习新机制
课程实习是对学生的一次综合能力的训练和培养，它比较好地体现了CDIO教学理念所要求的对学生在企业和社会两个层面具备工程系统能力的培养。校外实习基地的建设是保证实习质量的关键。需要定期与企业间进行交流与沟通，加强校企间的联系，改善实习环境；同时，学校应利用自身的科研能力和技术优势为企业提供必要支持，并为企业输送人才，调动企业的积极性，拓宽实习企业的范围。还应加强校内实习基地建设，作为校外实习基地的有益补充。
鉴于目前实习所面临的困境，探索一些实习的新机制。如采用分散实习取代统一集中实习，解决经费不足、实习人员过多的现状；开展仿真实习弥补基地实习内容减少和在企业无法动手的实践性环节。
3.4 课程设计中引入教学并优化设计选题
课程设计要求综合运用当前课程和前修课程的基本知识进行融会贯通，对所学专业课程知识进行综合和实际应用。它同样也比较好地体现了CDIO教学理念所要求的对学生个人能力素质方面的培养。
针对学生对夹具工作原理和零件结构缺乏感性认识，制作“夹具课程设计CAI教学”互动软件，对夹具设计中一系列典型的夹紧机构动作进行动画模拟。在课程设计中引入教学，通过观摩CAI教学软件，学生得以了解夹具的组装过程、工件在夹具中的正确定位和夹紧，以及夹具在机床上的合理安装，从而促进课程设计质量的提高。
在选题方面，最好选择来源于企业的真实题目或结合教师的科研课题组织和设计题目。考虑到学生知识的局限性，教师可以对这些题目稍作改动，设计成多个典型的、难度适中的题目。另外，为避免过多学生选择相同的设计题目，减少抄袭现象，需要对设计题目进行修改拆分。例如，可以将连杆和曲轴加工中的10个主要工序分别设计题目。
3.5 开展创新实践活动检验课程教学效果
创新设计是实践教学中的一个有效的尝试。在贯穿机械制造工艺学课程的学习过程中，鼓励学生积极参与创新实践活动。学生通过参与产品的构思、设计与制作全过程，对培养学生创新意识和实践能力以及学生团队意识与合作沟通能力具有很好的作用。它体现了CDIO教学理念所要求的对学生在专业基础知识、个人能力素质、团队合作与沟通和工程系统能力4个方面得到全面的训练和提高。
机械制造工艺学课程采取多元化的教学方法与实践，由此构建了一个5层课程体系模型(如图1所示)。
4结束语
机械制造工艺学是一门专业性和实践性都很强的课程，通过采用多元化教学方法，提高了该课程教学的整体质量，取得较好的教学效果。另外，在探索运用CDIO理念进行课程建设的过程中，我们应该立足于加强学生对专业基础性知识的学习和基本技能的掌握，在实践中培养学生的个人能力和素质，加强学生的团队意识和合作沟通能力，最终培养出更多的适合现代企业需要的应用型工程人才。
参考文献
[1] 雷环，汤威颐，Edward F. Crawley.培养创新型、多层次、专业化的工程科技人才[J].高等工程教育研究，2009,5：29～34
[2] 王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式[J].理工高教研究，2009，28(4)：116～119
[3] 和薇.CDIO模式在数据结构课程中的运用[J].计算机教育，2009,20：122～124
[4] 杨志惠，胡维治，徐福刚.教学素材资源库的建设研究[J].继续教育研究，2007,6：130～131
[5] 陈忻华.综合性、设计性实验的开设[J].中国科技信息，2005，20(10): 123
[6] 周殿清.普通物理实验中综合性、设计性实验的开设[J]．物理实验，2005，25(1): 31～33
[7] 徐红丽，张宇.浅谈当前形势下工科院校生产实习的出路[J].常州工学院学报, 2007，20(6):89～91
[8] 陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006,11：81～83
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文