1、 基于CDIO教學模式的機械原理教材建設實踐 杜惠萍【摘 要】CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。為了適應新形勢下對人才培養的新要求，有許多高校將CDIO教學模式應用于機械原理課程教學中，新的教學模式需要與之適應的機械原理教材。本文詳細介紹了基于CDIO教學模式的機械原理教材及其輔助數字化教學資源的建設，探索面向“新工科”，適應不同教學模式、不同層次的教材建設的新模式。【Key】CDIO;機械原理;教材建設我國制造業正處于轉型升級的攻堅期，隨著制造業的改造升級，對人才的知識結構提出了新要求。為培養造就一大批引領未來技術與產業發展的卓越工程科技人才，為我國產業發展和國際競爭提

2、供智力支持和人才保障，建立了“厚基礎、寬知識、重個性、強能力、高素質”的人才培養目標。機械原理課程是高等學校普遍開設的一門核心技術基礎課程，在機械類專業人才培養，尤其在機械創新型人才培養中占據重要的教學地位。為適應新形勢下的人才培養要求，機械原理課程的教學模式、研究對象、教學內容也隨之發生了變化。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表 Conceive （構思） 、Design（設計） 、Implement（實施） 和 Operate（運作） 。CDIO工程教育模式的目標是為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的構思（conceive）-設計（d

3、esign）-實施（implement）-運行（operate）過程的背景環境基礎上的工程教育。它將工程師必須具備的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO全過程能力以逐級細化的方式表達出來，使工程教育改革具有更加明確的方向性、系統性。CDIO體現了系統性、科學性和先進性的統一，代表了當代工程教育的發展趨勢。許多地方性高校將CDIO理念引入教學活動中，進行以提高學生應用能力為目標的教學改革，目前也取得了一些成效。作為機械類專業的主干課程，機械原理主要研究常見機構的結構原理和設計方法，基于CDIO教學模式的機械原理教材也應運而生，高等教育出版社出版的江帆、董克權、龐小兵主編的機械原理（

4、圖1）便是其中之一。一、教材的特點1.內容結構不同于傳統教材。按照驅動項目的CDIO流程來組織教材的整體結構，便于學生邊實踐邊學習理論知識，理論與實踐并行，所以其內容結構也與傳統教材不同，采用項目驅動式，按照實踐項目的CDIO過程組織，分為構思（conceive）模塊、設計（design）模塊、實施（implement）模塊、運行（operate）模塊和知識擴展模塊五部分。在項目構思（conceive）階段需要了解機構是如何組成的、有哪些常用機構、機械運動方案如何構思等，應對這個實踐需求，在構思模塊中設置了機構的組成原理、常用機構、機械運動方案設計等內容。在項目設計（design）階段需要掌握

5、機構設計方法，因此在設計模塊中設置了連桿機構設計、凸輪機構設計、齒輪機構設計、輪系設計等內容。在項目實施（implement）階段需要對機構進行分析，因此在實施模塊中設置了機構運動分析、機構力分析等內容。在項目運行（operation）階段，可能碰到有關效率、自鎖、平衡、波動調節等問題，因此在運行模塊設置了機械效率與自鎖、機械的平衡、機械的運轉及其速度波動的調節等內容。通過以上結構布置，在不同的項目階段可以及時給予相關的知識點，并輔助于實際工程案例，達到學與用同步、理論與實踐協同的目的。最后還介紹了機構創新設計方法及優化方法（包括再生鏈的桿機構創新設計方法、TRIZ理論機構創新設計方法、機構優

6、化設計等）、機構設計與分析的MATLAB編程等擴展知識，以引導學生們能夠應用創新思維與創新方法設計更為合理的創新機構。2.大量具有工程應用背景的案例加持。教材中的案例結合地方性高校學生的特點，采用“知識點講解例題強化訓練題習題”的呈現形式，循序漸進，由淺入深，使學生們更加牢固地掌握知識點，并且逐漸引導學生融入機構的工程應用環境。特別是第二章章后習題中給出大量生產實際中的機構，通過繪制這些機構的機構簡圖，讓學生充分了解機構種類及基本構成。同時課后習題給出多種類型的，便于學生適應考試題型。3.增加了創新思維與創新方法的內容。教材中介紹了再生運動鏈桿機構創新設計方法、TRIZ理論機構創新設計方法及機

7、構參數優化方法，結合實際案例，逐漸引導學生在學習基本知識的同時，應用創新思維與創新方法設計更為合理的創新機構。4.兼容經典知識點和現代新型機構知識，注重知識的更新與計算機技術（如機構設計與分析的編程）和機構技術發展。機構學是新工科新興專業之一機器人工程專業的核心課程之一，教材中緊密結合機器人技術，案例中大量涉及機械手機構、機器人等相關內容，并介紹了許多傳統教材中基本不涉及或者只做簡單介紹的新型機構，除使學生掌握經典的機構設計與分析方法，將進一步擴展學生的知識面。5.滿足“兩性一度”標準。本教材中大量工程背景的題目保證了本書的高階性，結合創新機構設計與新型機構、編程等保證了課程的創新性和挑戰度，

8、以滿足教育部關于金課的“兩性一度”（高階性、創新性、挑戰度）標準。二、立體化資源的配備隨著現代教育技術、手段的不斷進步，教材的輔助資源更加豐富，訪問更加方便直接，也能更好地服務于高校的教學工作。本教材每章末附有大量習題，其中包括選擇題、判斷題、填空題、計算題等多種題型，以供教師創建隨堂測試題、課后考卷和學生課后復習所用。本教材中共有近500道習題，其中大量采用實際案例，還可供參與各種創新大賽的學生和教師參考所用。為了方便教師和學生使用，隨本教材一起出版的還有電子習題解答。電子習題解答中，作者對每一題做了詳細的解答，圖文并茂。可掃書中二維碼鏈接購買，不需要再購買紙質書，隨做隨查，方便實用。本教材

9、還配有高等教育出版社線上的abook數字課程。將課程相關的多媒體課件和教學資料等以數字課程的形式與教材同步出版。多媒體課件中包含了大量實例的靜態圖形圖像，展示了各機構的平面結構、運動軌跡及新機構的外形特征等。由于本教材是根據CDIO教學模式組織內容結構的，所以其教學計劃、教學進度安排、教案等會有所不同。為了方便選擇本教材的教師的使用，作者還將教學計劃、教學進度安排、教案、實驗指導等內容配于本教材的數字課程中。數字課程的具體使用流程可參見書前數字課程說明頁，密碼在教材封底的防偽標上提供。多種類型的多媒體素材不僅擴展了教學內容，還活躍了課堂氣氛，為學生自學和師生互動提供了輔助資源和手段，有效提升了

10、學生的學習興趣，數字課程的同時出版實現線上、線下教學的融合。三、小結教材建設是課程建設的重要組成部分，也是課程改革的主要呈現形式。應教育改革新形勢的發展，不斷有新的教學模式應用于實際教學中，這樣與之適應的教材必須跟上，才能使整個教學改革更加完整，還有先進教學手段的加持，收效更加突出。廣州大學江帆等主編的機械原理教材是一本基于CDIO教學模式的機械專業基礎課的新形態教材，以輔助地方性高校師生開展混合式的機械原理教學，配合教師在教學模式上的革新，積極引導學生開展機械原理課程的線上線下的混合式學習。【Reference】【1】江帆，董克權，龐小兵. 機械原理. 北京：高等教育出版社，2020.【2】葛文杰. 牢記使命 創建新時代“一流課程”：基于機械原理課程的改革與建設實踐. 西北工業大學學報（社會科學版），2018（01）：40-44.【3】江帆，等. “新工科”背景下機械專業創新