摘要：机械设计课程是机械类、机电类、近机类专业必修的一门专业基础课，在教学计划中起着承前启后的桥梁作用。基于CDIO教育模式，从教学目标设计、教学内容、教学方法、课程考核与评价方式等多方面进行教学改革，来提升学生学习的主动性及学习成效，培养学生应用所学知识解决工程问题的能力，培养学生的团队意识、工程意识和职业素养。
关键词：CDIO教育模式,机械设计,教学改革
随着全球工程教育领域的不断发展和变革，传统的教学模式已难以满足培养具有创新精神和实践能力的高素质工程技术人才的需求。CDIO（Con⁃ceive,Design,Implement,Operate）工程教育模式作为一种国际先进的工程教育理念，强调从产品构思、设计、实现到运行的全过程学习，为机械设计课程的改革提供了新的思路和方向。CDIO教育模式强调“自我学习、团队合作、创新能力和全球视野”，目的是培养学生在工程领域内的综合能力，包括开发、设计、实现和运行系统以及与人合作、沟通、交流的能力。CDIO教育模式通过深入学习、广泛设计、实践运用和个性化评估四个基本环节，实现对学生的全方位培养。
一、基于CDIO教育模式的机械设计课程改革的必要性
（一）适应工业4.0及智能制造发展趋势
工业4.0和智能制造的快速发展要求工程师既具备扎实的专业知识，又具备跨学科的综合能力、创新思维和解决问题的能力。CDIO教育模式通过项目驱动，让学生在真实或模拟的工程环境中学习，有效促进理论与实践的结合，符合未来工业发展的需求。
（二）提升学生综合能力和就业竞争力
传统机械设计课程往往侧重于理论知识的传授，忽视了对学生实践能力、团队协作能力和创新思维的培养。CDIO理念强调“做中学”，通过项目式学习，使学生在解决实际问题的过程中全面提升综合素质，增强就业市场竞争力。
（三）推进课程整合与跨学科教学
打破传统课程界限，将机械设计与其他相关学科（如材料科学、控制理论、计算机技术等）进行有机整合，形成跨学科的教学体系。通过跨学科的学习，培养学生的综合思维能力和创新能力。
二、基于CDIO教育模式的机械设计课程教学设计与实践
（一）课程整体教学目标设计
基于专业教学标准、岗位需求、人才培养等方案，制定该课程的知识目标、能力目标、素质目标。知识目标：第一，熟悉各种通用零部件与常见机构的结构组成和工作原理；第二，掌握通用零部件与常见机构的选用、设计方法，以及使用、维护基本知识。能力目标：第一，具备基本的机械运动分析能力、简单机械设计能力和一定的机械使用维护能力；第二，具备获取、分析、归纳、交流、使用资讯和新技术的能力。素质目标：第一，提高学生分析问题、解决问题的能力；第二，培养学生正确的设计思想和严谨的工作作风以及吃苦耐劳的品质；第三，强化学生的工程素养，培养学生树立正确的价值观。
（二）课程标准与内容的优化
机械设计课程依据机电一体化技术专业毕业生未来从事机电设备安装调试、维修维护以及进行简单机械产品的设计岗位技能要求，对接数控车铣加工职业技能等级证书认证考试中对常用机构、一般传动和通用零部件的考核标准，同时结合高职组机械加工类技能大赛赛项中对零件创新设计加工能力的要求，对教学内容进行重构，如图1所示。
（三）课程思政
结合课程内容的特点，确定思政元素，既有家国情怀、工匠精神和科学观，既可以帮助学生增强对自己专业、行业的认同，又可以使学生对国家和民族的贡献产生深刻思考[1]。如在家国情怀方面，通过介绍我国机械发展史，播放《大国重器》等视频，培养学生的爱国主义情操、坚定理想信念，使学生树立为祖国发展而努力奋斗的理念。比如在工匠精神方面，教师和学生一起分享学习大国工匠案例的体会，让学生感受自己专业的魅力，增强学生的专业信心，培养学生的工匠精神，让学生自主地投入课程的学习。
（四）教学方法
教学对象为机电一体化技术专业一年级学生，他们经过一学期的学习，对机械制造、机械加工有了一定的认识和了解。部分学生的识图能力较强，对常见的零部件有较深入的认识。学生通过对制图知识的学习，有了一定的空间想象能力。学生倾向于小组合作，喜欢动手实践，并且善于获取和处理信息。针对学生的这些特点，这门课程的教学设计理念是以学生为中心，在教学过程中，教师起组织者、帮助者、指导者和促进者的作用。采用线上线下混合式教学模式，学生可以根据自己的需要随时随地进行学习，不再受时间和空间的限制。这样可以提高学生的学习兴趣和学习动力，同时培养学生的自主学习能力。课前，教师制作本节课需要的课件、码课、练习题等学习资料，可以发布在线上平台，学生进行课前预习。在课上，教师采用案例教学法、小组讨论法及任务驱动法等方法，引入企业典型生产案例，提高学生的学习兴趣，让学生觉得所学知识是有用的，是能解决实际问题的。
（五）学习情境规划和学习情境设计
整个课程各个环节以突出应用为主线。例如，以一般机械带式输送机的设计过程为任务情境，归纳出几个学习情境，采取目标驱动任务导向教学模式，以学生为主体，以教师为主导，结合理论教学与实践教学，形成互动，采用“化整为零”法来完成课程设计，让学生带着课题学习，实现课堂理论教学与实践技能培养相融合。同时，在课程设计中引入机械设计软件，学生根据前期的工作准备及产品设计的相关数据自己动手操作，鼓励基础好的学生带着基础薄弱的学生利用课余时间，应用三维绘图软件完成产品三维模型的建立。
（六）课程平台资源的建设
在教学中利用学习通平台，学生可以随时随地进行学习。课前，教师将制作好的课件、小视频、思政案例等内容上传至学习通平台，让学生在课前进行预习。课中，教师可在学习通平台上发布相关练习题，检测学生对某一知识点的掌握情况。通过数据分析，教师及时调整课上内容，使得教学效果达到最优。课后，布置相关作业，使学生的学习得到拓展和延伸。
（七）真实情景模拟项目构建
项目驱动是CDIO的核心，为了突出培养学生机械产品设计能力，以企业人才需求为导向，对课程全部知识点进行梳理，分析知识点之间的衔接关系，开展面向模块知识点的真实情景模拟项目教学实践。紧紧围绕课程所对应的岗位技能目标，结合数控车铣加工职业技能等级证书认证考试以及高职组机械加工类技能大赛赛项中对零件创新设计加工的要求，进行教学设计，提高教学的时效性，提升人才培养质量。以系统的观念优化将相关知识点串联起来，给学生呈现出的是具有科学性、应用性、系统性的课程体系。一方面，让学生理解和掌握知识点；另一方面，让学生明白每个知识点在真实项目中的地位和作用，以及如何运用每个知识点解决工程难题。运用CDIO教育模式，开发CDIO项目，以产品的构思、设计、实施和运行的生命周期为载体构建教学项目，设计教学内容。对学生而言，CDIO课程建设立足于生产实践，能帮助他们及时消化、吸收产业的各种新技术，且信息化手段的加入，能够促进他们自主学习、探究学习，激发他们的创新意识。对教师而言，在教学过程中，他们的技术手段、教法得到更新，教学能力也得到进一步提升。这是一个教学相长的过程。
（八）根据真实情景模拟项目的任务特点，细化实施过程
一是构思阶段（Conceive）。教师通过学习通平台发布任务书，设定目标任务，提出要求，让学生以课程小组为单位查找相关资料，然后根据所学知识对项目进行分析，讨论初步的设计方案（要求在学习通平台上传小组讨论照片、设计草稿）。教师并非完全放任学生自主处理项目的目标任务，要从两个方面加以约束：一方面，对学生的设计要有时间和成本上的控制，从时间成本和经济成本上让学生明白项目管理的重要性；另一方面，对学生设计方案的难易程度进行客观分析。若学生的设计方案较难，已经超越了学生的当前水平，教师要对学生加以简化引导；若学生的设计方案太简单，达不到训练的效果，教师要加以设计引导，保证产品设计取得成功。
二是设计阶段（Design）。各小组根据前期的准备，结合所学知识，根据任务要求，制定出产品设计方案，包括传动系统图、计算过程等，同时对设计方案进行可行性和可靠性的分析。
三是实现阶段（Implement）。将现代机械设计和传统机械设计相结合，学生运用三维绘图软件进行机构的设计、运动学与动力学分析、强度设计与校核、优化设计等，构建产品的三维造型。
四是运作阶段（Operate）。让学生在小组合作实践活动的基础上，学会归纳总结，交流学习方法及学习收获，实现学习成果的共享。小组之间互评，互相借鉴。教师根据小组设计作品的完整度及学生在整个过程中的参与度进行综合评定。
（九）课程考核与评价方式
对学生学习的评价，既要考核学生学习结果，又要考核学生学习过程，还要考核学生学习过程中的学习态度、精神品质（如吃苦耐劳、团结协作），充分发挥评价的激励与促进作用。比如在课堂上，要求学生每堂课必须随堂完成工作任务单，同时要求各小组组长就本小组组员在学习活动中的表现给出评价成绩，教师就学生在整堂课中的表现给出评价成绩，并将此成绩填写在工作任务单上。学生根据任务单上的具体任务要求，开展小组合作，自主探究。任务单完成以后，让学生进行总结，学生总结出本节课的收获及不足，教师再进行总结。通过自评、互评和平台评价的多元评价，对学生进行综合评价。
综上所述，本文从课程整体教学目标设计、课程标准与内容的优化、课程平台资源的建设、真实情景模拟项目构建及课程考核与评价方式等多方面论述了CDIO模式在机械设计课程教学中的应用。随着社会的不断发展，教育也在不断变革和进步。教师要树立终身学习的理念，不断学习，提高自己，学习新教学理论，学习教材教法，学习新技术、新工艺、新规范，把更多、更好、更前沿的知识和技能教给学生，培养学生的创新能力和实践能力，以使学生适应未来社会的发展需求。
参考文献：
[1]郭锐,李永涛,袁晓明,等.高校工科专业课程思政的探索与实践:以弘扬科学家精神为主线[J].教师,2021(2):9-10.
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