摘要：参照国际上先进的 CDIO工程教育理念，以与产业需求相适应的项目为载体，完整的工作过程为指导，将机械设计基础课程教学改革作为一个实例，对课程设计理念、教学设计、实施条件以及实施过程进行了详细的论述。提出了以“以产出导向为原则，以质量持续改进为根本目标，以项目为主线，以学生为主体”的教学模式，为高职工科教育改革提供了参考，为探索新形势下工学结合教学改革之路提供了思路，为创新型和应用型工程人才的培养奠定了基础。

关键词：新工科；CDIO理念；机械设计；课程改革

《机械设计基础》课程是机械类、机电类专业学生必修的专业基础课，在传统的教学中，主要采用教师教授各种机构、机械传动与机械零件等相关知识，而甚少关注学生是否能够应用这些知识原理来解决实际工程问题，很难使学生的创新能力得到有效提升。CDIO工程教育模式，是近几年来在世界范围内进行的一项新的创新。CDIO是指构思、设计、实施和运行[1]，以适应社会发展对人才的需要，对专业课课程教学模式改革与创新有重要的意义。本文参考 CDIO工程教育理论，针对《机械设计基础》课程中存在的问题，进行了深入分析，采用“教学做一体化”和“项目化”教学，对课程设计的指导思想、教学设计、实施条件、实施流程等问题进行了详尽的研究。

机械设计基础课程的概述以及现状分析

机械设计基础课程概述

《机械设计基础》以机构原理分析、机械传动与机械零件设计为研究对象，旨在使学生掌握机构运动基本理论与机械设计的基本技能的课程，是所有机械及近机械类专业的一门重要技术基础课程。《机械设计基础》课程内容广，知识点难度高，既注重理论，又注重实践。

机械设计基础课程教学中存在的问题

实操机会不足

在《机械设计基础》教学中，实验是必不可少的一环。在传统的实验教学中，由于实验时间有限，一般采用学生集中在某一时间段内进行实验的方法，不能保证每个学生都能亲自动手操作，学生无法完全得到课程内容的内化，教学效果差。

课程内容陈旧[2]

近年来，随着互联网的高速发展，有些学生对所设计的模型感到厌倦，认为题目和做法都是一成不变的，缺乏进行机械创新设计的热情，在设计过程中马马虎虎，敷衍了事，很难取得理想的教学效果。另外，由于学生空间想象力较差，在使用传统的平面设计方案时，很难完整的将三维实体机构形象地呈现出来，从而造成了他们对所设计的机构原理与零件结构概念模糊不清，降低了设计的质量。

考核形式单一

考试作为教育教学评估的主要方法，既能指导学生的学习活动，又能指导教师的教学活动。传统教学中，《机械设计基础》一般采用闭卷形式进行，题型多是填空、选择、判断、计算等，与工程实际割裂严重，学生只需要背背重点就能考出合格的成绩，无法完整反应学生的真正的机械设计能力与机械创新能力，很难对实际教学效果进行完整评价。

新工科背景对《机械设计基础》课程的要求

随着时代的发展，在中国制造2025的时代背景下，高等工程教育也面临着变革与转型，2017年4月，教育部在天津大学召开会议，研讨了高等工程教育“新工科”计划[3]，旨在为未来全球工程变革培养新型、多元化、创新型高技术复合人才。作为高校机械类以及近机械类必修的专业基础课程，《机械设计基础》对于新工科人才的培养具有重要意义。《机械设计基础》课程的改革需要依据新时代背景下的新产业、新技术、新模式与新业态对人才的要求，及时提升教学目标，重构教学内容，选取典型项目，设计课堂环节，完善考核机制。

《机械设计基础》课程改革的初步探索

国内各个高等院校纷纷针对《机械设计基础》课程及其课程实验的改革展开探索和实践，取得了较好的成果。

OBE成果导向教学模式[4]。以实际工程项目为载体，以教师为主导，以学生为主体，展开项目化教学，强调学生在学习过程中的收获与教师在教学过程中产出。该教学模式目前在各高等院校已经广泛实施应用，黎书文[5]将OBE理念应用于机械原理实验改革中，学生的实验参与度、动手操作能力、数据处理能力、团队协作能力等都得到了显著提升。

混合式教学模式。随着互联网的高速发展，线上线下混合式教学[7]模式应运而出，实现了课前预习、课中研习、课后复习的教学模式，实现了知识的碎片化处理，符合当前学生的学习习惯，得到了较好的教学目标达成度，得到了较好的推广。

对分课堂教学模式。顾名思义，对分课堂教学模式是指将课堂一分为二，一般时间由教师讲授，另一半时间由学生完成小组自主讨论、探究、展示等。该教学模式对传统教学有重要的借鉴意义，不但增强了学生的主动性，还提升了学生的专业技能、沟通能力与协作能力，对老师来讲，更容易实现多维度的考核评价。

PBL问题驱动教学模式。PBL教学模式需要由教师针对学习目标与教学重难点并基于真实工程环境完成学习情境的创设与搭建。在教学过程中，学生作为课堂的主体对每个阶段的问题展开分组讨论与自主探究，教师不能直接回答学生提出的问题，而是引导学生与控制讨论范围与时间，记录学生的表现。目前，许多院校与课程也都进行了该教学模式的应用。

通过对以上教学模式的分析发现，在《机械设计基础》课程教学改革的过程中，学生的课堂参与度是提升教学效果的重要因素，往往采用任务驱动、情境再现、小组讨论等教学方法提高课堂参与度，从而实现教学效果的有效提升。

基于CDIO教学模式的《机械设计基础》实施路径

CDIO工程教育模式的核心理念是学习者的有效参与[12]，将真实工程项目与课程知识点有机融合，创设沉浸式学习情境，以问题为导向，以学生为主体，实现项目的设计、实施与运行。针对CDIO教学模式在《机械设计基础》课程改革中的路径有以下几个方面：

明确教学目标

《机械设计基础》课程对人才的培养目标主要是使学生具备一定的机构分析与机械设计能力。但是，在新一轮工业革命的冲击下，学生不仅需要对传统的教材知识熟练掌握，还需要具备机械创新能力、分析问题与解决问题能力、知识迁移能力、团队合作能力等。因此，基于CDIO教育理念的《机械设计基础》课程改革将教学目标分为知识目标、能力目标、素养目标三个维度，保证每节课的教学过程中，都要以这三维教学目标为指导，建立教学目标矩阵，完成教学设计。

重构课程内容

课程内容是教学过程中的重要参考，但是，现存的传统教材都是对知识点进行讲解，内容多、理论性强、知识点联系不紧密，学生读起来晦涩难懂，很难完成自主学习。因此，《机械设计基础》课程需要对课程内容进行重构。CDIO理念强调的是学生的独立构思以及设计实施，因此，《机械设计基础》的课程改革不能再拘泥传统课程中对机械原理、机械传动与机械零件进行讲解，而需要立足机械设计工程师岗位，针对企业中真实任务的实施过程，分环节有序地完成课程内容的解析与重构。

选取典型项目

典型项目的选取对学生是否对本门课程感兴趣有很大的影响，选取典型项目可以激发学生的学习兴趣、诱发学生积极思考探究。因此，项目要简单，要常见，必须是学生日常生活中就很感兴趣并且有学习欲望的案例。以平面连杆机构的分析与设计为例，在传统教学中，最常用的案例就是脚踏缝纫机、雷达天线。这两个案例中，缝纫机过于陈旧，已经很难见到，会给学生一种学习《机械设计基础》是为了设计低端机械的错觉；雷达天线又很难接触，虽然原理简单，但又会使学生认为《机械设计基础》课程很难。因此，我们可以选取日常很常见的汽车雨刮器为载体，讲解平面连杆机构的内容，不但典型，而且很接地气，不会给学生课程内容难或者课程内容落伍的错觉。

设计课堂环节

在传统的课堂中，一直采用教师讲解、学生练习的教学模式。而CDIO工程教育模式的主体是学生，将教学过程分为课前、课中、课后三个环节。以平面连杆机构的分析与设计的第一次课为例，课前，通过微课展示汽车雨刮器的仿真视频，并提出问题请学生思考，什么样的机构可以称为平面连杆机构？身边还有哪些常见的平面连杆机构？在这个环节中，需要教师充分挖掘典型实际案例，学生自主探索新知（构思环节）；课中，学生分组分享课前的探究成果，教师对学生的探究进行小组补充、总结与评价，同时，以学生发现的连杆机构案例引出平面连杆机构的类型、特点以及演化等知识点；课后，需要学生利用课上学到的知识并结合实训室的慧鱼创意组合模型拼搭出不同类型的平面连杆机构（设计、实现环节），并演示各种连杆机构的运动展示（运作环节）。在整个教学过程中，学生实现了手-脑共用与学习环节的高效参与。

完善考核机制

新工科背景下，基于CDIO工程教学模式的考核方式应以课程教学目标的达成度为主要依据，遵循以学生为中心的行动导向理念，以能力为本位，以素养为核心，合理设计教学评价体系，实现教学过程的精准记录。考核标准应对接国家标准与课程标准，依据教学目标与学习成果设置考核节点，组建校内教师、企业导师、学生多元评价团队，针对学习过程与学习产出，结合学生在课堂训练、实验操作、小组讨论、汇报展示、大赛获奖等环节的表现，细化考核标准，量化学生行为，构建过程评价与结果评价组成的三主体多维度的综合考核模式。同时，探索增值评价，建立学生个人成长档案，绘制班级成长曲线，全面分析学生的学习目标达成度，并及时开展个人诊改，常态化纠偏学生学习行为，保证学习目标的有效达成与持续改进。

基于CDIO教学模式的《机械设计基础》实施成效

目前，我校《机械设计基础》课程已经开始了基于CDIO教学模式的初步探索，改变了传统教师授课、学生听课的教学模式，开放所有实训室，建设了省级精品在线开放课程《机械设计基础》，有效推动了课前-课中-课后三个教学环节的落地实施，再加上丰富多彩的社团活动与各级各类大赛的组织参与，已经取得了丰硕成果。近三年来，学生通过《机械设计基础》课程课后知识延伸已经授权实用新型专利3项，在河北省“挑战杯”大学生课外学术作品竞赛与创业计划竞赛中取得一等奖2项，二等奖3项，三等奖4项，河北省“互联网+”创新创业大赛铜奖1项，在其余各级各位大赛中获奖10余项。同时，教师在课程改革中也有所收获，获全国教师教育教学信息化交流活动三等奖2项，河北省信息化大赛一等奖2项，二等奖2项，三等奖4项，获河北省教学成果奖二等奖1项，实现了师生创新能力的提升与同学共研。

结束语：

《机械设计基础》作为高等院校机械类专业的专业基础课程，对国民经济的发展有重要的意义，也是学生毕业后从事机械设计相关工作的必须掌握的基础理论。依据《机械设计基础》课程内容广、知识点分散、实践性强等特点，通过分析中国制造2025与新工科背景对《机械设计基础》课程改革的必要性与要求，介绍了当前存在的几种主流教学模式，校对CDIO工程教育理念下的《机械设计基础》课程改革实施路径提出了建议。我校针对《机械设计基础》课程进行CDIO教学模式之后，实施成效显著，学生的理论水平、实践能力、创新能力以及团队协作能力均得到了较大提升，实现了岗课赛融通。当然，随着社会的发展，在CDIO工程教育模式的引领下，课程教学案例、教学手段与教学方法还需要实时改进，使学生真正掌握专业知识，尽早熟悉工作岗位，理解企业生产流程，更好地服务于我国制造业的发展。

参考文献：

[1] 顾佩华， 包能胜， 康全礼， 等. CDIO在中国（上）[J]. 高等工程教育研究， 2012（03）：24-40.

[2] 金鑫， 李良军， 杜静， 等. 基于BOPPPS模型的教学创新设计——以“机械设计”课程为例[J]. 高等工程教育研究， 2022（06）：19-24.

[3] 刘小勇， 李荣丽， 杨慧香， 等. 新工科背景下基于OBE理念的机械原理改革研究[J]. 机械设计， 2020，37（S2）：23-26.

[4] 乔小溪， 李艳琳， 邱丽芳. 基于OBE的项目导向式教学模式在机械原理课程教学中的应用[J]. 中国冶金教育， 2022（03）：34-36.

[5] 黎书文. 基于OBE理念的机械原理实验改革探索[J]. 实验室科学， 2022，25（01）：118-122.

作者简介：张华瑾，出生年月：1988-2-28，女，汉族，籍贯：河北省邢台市，所在院校：河北机电职业技术学院，职称：讲师  学历：研究生，学位：硕士，研究方向：机械设计与制造、机器人技术方面。

基金项目：河北省教育厅2019年青年基金项目《自重构模块化机器人系统实现及运动协调规划研究》（QN2019223）