张兴丽 孟兆新

摘要：机械制图课程是高等院校重要的工科专业基础课程，注重培养学生的实践能力和创新意识。文章基于国际先进的CDIO教育理念，将科研项目引入机械制图课程中，探讨了让学生以小组形式开展科研项目的具体方案。以科研项目形式对机械制图课程的改革可以大幅度增强学生的实际动手能力， 全面提升工程素质和综合素质。

关键词：CDIO工程教育模式；机械制图；科研项目；实践能力

一、引言

机械制图是所有工科大学生走进大学校园最先接触到的专业基础课程，这样安排，旨在以该课程作为起点，激发学生关注工程实践的相关问题以及科学技术的前沿问题。学生通过观察生产生活中存在的问题，主动积累工程知识，培养分析问题的习惯和能力，提升自身工程科学的素质。当前，大部分高校的机械制图课堂仍主要通过单纯板书或多媒体加板书的教学方式，注重投影理论、三维视图的阅读与绘制、图样表达等基础知识和基本能力的传授与训练，忽视了对学生实际工程能力的培养，造成很多工科毕业生实际工作能力与企业的要求相差甚远，不能为我国的工业化进程产生强大的推动力。

CDIO模式是国外大学提出的一种新型工程教育模式，CDIO分别代表构思 （Conceive）、設计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）。CDIO模式的教育理念是通过工程实践让学生了解产品从研发到运行的每个环节，然后根据研究发展方向和产业需求，主动学习相关课程。由此可见，CDIO工程教育模式注重通过参加实践活动对高质量应用型人才的培养。随着我国卓越工程师教育培养计划的启动，国内越来越多的高校重视借鉴CDIO工程教育模式来提升学生的工程实践能力，目前已有57所高校基于CDIO教育模式对机械类、电气类等专业课程开展了教育教学方面的改革，并取得了卓著的教学成果。美国、日本已将CDIO的工程教育理念引入到工程制图课程中，以产品的设计和制造为主线，在教学过程中强调培养学生严谨的工程意识和基本的工程素质。本文基于CDIO的教育理念，结合机械制图课程实际特点，探讨以创新科研项目为导向提升学生实践能力的具体措施。

二、以科研项目形式进行机械制图课程改革的实践

（一）科研项目实施的具体流程和方法

根据机械制图课程实践性强的特点，学生在学习了机械制图的基本理论、国家标准以及基本计算机绘图方法后，在学生中间开展小的创新科研项目是提升其工程素质的有效途径。项目的流程图如图1所示，通过创新科研项目能够使学生亲身经历产品从研发到制造的整个过程，提高实践工作能力。

1.创意构思，确定研究对象。

开展科研项目之前，组织学生到实习基地参观和实习。在课堂上对学生讲解机械产品设计、制造、使用和维护方面的入门知识，开阔学生的视野，激发学生积极参加创新科研项目的热情。同时引导学生养成善于观察，勤于思考的习惯，对生产生活中感兴趣的科学问题进行提炼。将学生分成几个课题小组，每个小组展开头脑风暴，积极构思要设计一个什么样的产品或机构，需要具备什么样的功能，可以解决哪些实际问题，从而确定项目最终的研究目标。鉴于大一新生的专业知识储备不足，教师需要对科研项目的可行性进行把关，及时把每个小组项目存在问题以及改进意见反馈给学生，让学生修改后进行项目的整体方案设计。

2.整体装配设计和零件详细设计。

在进行产品装配结构设计及零件的详细设计时，学生可以将机械制图已经学过的理论知识与实践相结合，锻炼了学生的构型设计能力、图形表达能力、计算机应用能力等。教师要保证定期与学生之间进行有效的沟通交流，在知识技术层面上对学生进行耐心指导，在学生遭遇失败、情绪低落时从精神层面鼓励他们要重拾信心，迎难而上。

3.3D打印，装配调试。

3D 打印技术的应用打破了传统制造的局限性。它可以将许多难以加工或无法加工的形体展现在人们面前。借助3D打印技术，学生能够实现将科研项目的三维数据模型制造出立体实物，缩短了产品创意与成品之间的距离，增强了学生设计的成就感。在3D打印机输入的三维图形文件是STL格式，这需要学生掌握使用Solid Works、UG等三维图形软件绘图的能力，另外还需要学生自己去学习和补充3D打印技术的相关知识，培养学生的自主学习能力。将打印出来的零件按照一定装配关系安装在一起，并对最终设计产品进行调试。在调试过程中，学生通过发现问题、分析问题、解决问题，不断将理论与实践相结合，锻炼学生面对问题积极寻找解决问题方法和途径的工程实践能力。

4.整理研究报告，验收总结。

在项目进行期间，要定期检查项目的进展情况，及时对项目中存在的问题进行总结和纠正，期末要对每个小组的科研项目进行验收。每个学生需要交一份手绘的零件图、计算机绘制的装配图，每个小组要提交利用3D打印技术打印出来的实物模型以及结题报告。科研项目的评分将占课程总成绩的50%以上，充分体现科研项目在整个机械制图课程中的重要性。可以评选一些项目参加全国的机械设计大赛、大学生创新创业大赛等，还可以将优秀的科研项目推荐到企业，实现科技成果的转化。

（二） 科研项目引入对学生工程素质培养的效果分析

1.激发学生学习的主观能动性。

具有CDIO特色的机械制图课程强调课堂上教师的引导作用，学生是主体。通过在学生中开展科研项目，切实将老师的作用从传授知识转变为培养学生的学习和创造能力为主。学生作为主体，在项目实施过程中去主动学习和补充一些课程之外的知识。提高了学生的学习热情，同时，通过学习拓展学生的知识面， 初步培养学生进行科学研究的能力。特别是大一新生对大学教育充满了好奇，更应该发挥机械制图实践性强的优势，积极诱发学生自主扩展知识的能力、动手操作能力以及创造能力，为后续其它专业课的学习打下坚实的基础。

2.提升学生的工程实践能力和创新能力。

通过参与科研项目，使学生经历一个机械产品从构思到实物模型的各个环节，学生的动手能力得到增强，理论知识运用能力得到很大的提高，为毕业后参与产品的设计研发积累一定的实践经验。在选择研究主题的过程中，学生初步形成创新性思维，通过仔细观察生活中的平常事物获取灵感，调研国内外的研究现状，挖掘有研究价值的课题；在项目的设计过程中，学生初步了解开展科研工作的流程和方法，为以后学业上的继续深造或进行研发工作打下坚实基础；在调试产品过程中，学生通过积极思考获得解决问题的良好途径，培养了严谨的工作作风，提高了自身的创新能力和工程综合素质。

3.培养学生的团队协作精神。

每个科研项目小组都有一位总负责人，负责协调各阶段出现的问题，保证项目的顺利进行。项目组的每个成员都有明确的分工，在初期查阅资料学习的阶段，需要学生主动学习自己负责的工作，并且在学习之后向其他同学讲解，整个项目小组形成相互学习，互相沟通，共同努力的学习氛围。在后期调试过程中，项目组成员一起发现新问题，一起解决。因此，科技项目的开展不仅仅有助于学生专业知识的提高、创新能力的培养，还有助于培养小组成员团队协作能力和与他人进行思想沟通的能力，实现向现代化工程理念的转变。

4.磨练学生的意志品质。

进行科研项目常常会遭遇失败，有的学生遇到困难就会对自己产生怀疑，缺乏责任感，产生放弃的念头，此时正是对学生意志品格的磨练，学生具有顽强的毅力、执着的精神才能战胜挫折和失败。

三、结语

目前我国正在组织实施“卓越工程师教育培养计划”，大学教育更加重视学生的工程综合素质和实践能力的培养。借鉴CDIO的教育理念，以学生进行一个小的科研项目形式对机械制图课程进行改革，可显著提升学生的学习能力、创新意识和实践能力，满足社会对高质量应用型人才的需求。

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