杜惠萍

【摘 要】CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。为了适应新形势下对人才培养的新要求，有许多高校将CDIO教学模式应用于机械原理课程教学中，新的教学模式需要与之适应的机械原理教材。本文详细介绍了基于CDIO教学模式的机械原理教材及其辅助数字化教学资源的建设，探索面向“新工科”，适应不同教学模式、不同层次的教材建设的新模式。

【关键词】CDIO;机械原理;教材建设

我国制造业正处于转型升级的攻坚期，随着制造业的改造升级，对人才的知识结构提出了新要求。为培养造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，为我国产业发展和国际竞争提供智力支持和人才保障，建立了“厚基础、宽知识、重个性、强能力、高素质”的人才培养目标。机械原理课程是高等学校普遍开设的一门核心技术基础课程，在机械类专业人才培养，尤其在机械创新型人才培养中占据重要的教学地位。为适应新形势下的人才培养要求，机械原理课程的教学模式、研究对象、教学内容也随之发生了变化。

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表 Conceive （构思） 、Design（设计） 、Implement（实施） 和 Operate（运作） 。CDIO工程教育模式的目标是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思（conceive）-设计（design）-实施（implement）-运行（operate）过程的背景环境基础上的工程教育。它将工程师必须具备的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO全过程能力以逐级细化的方式表达出来，使工程教育改革具有更加明确的方向性、系统性。CDIO体现了系统性、科学性和先进性的统一，代表了当代工程教育的发展趋势。许多地方性高校将CDIO理念引入教学活动中，进行以提高学生应用能力为目标的教学改革，目前也取得了一些成效。作为机械类专业的主干课程，机械原理主要研究常见机构的结构原理和设计方法，基于CDIO教学模式的《机械原理》教材也应运而生，高等教育出版社出版的江帆、董克权、庞小兵主编的《机械原理》（图1）便是其中之一。

一、教材的特点

1.内容结构不同于传统教材。按照驱动项目的CDIO流程来组织教材的整体结构，便于学生边实践边学习理论知识，理论与实践并行，所以其内容结构也与传统教材不同，采用项目驱动式，按照实践项目的CDIO过程组织，分为构思（conceive）模块、设计（design）模块、实施（implement）模块、运行（operate）模块和知识扩展模块五部分。在项目构思（conceive）阶段需要了解机构是如何组成的、有哪些常用机构、机械运动方案如何构思等，应对这个实践需求，在构思模块中设置了机构的组成原理、常用机构、机械运动方案设计等内容。在项目设计（design）阶段需要掌握机构设计方法，因此在设计模块中设置了连杆机构设计、凸轮机构设计、齿轮机构设计、轮系设计等内容。在项目实施（implement）阶段需要对机构进行分析，因此在实施模块中设置了机构运动分析、机构力分析等内容。在项目运行（operation）阶段，可能碰到有关效率、自锁、平衡、波动调节等问题，因此在运行模块设置了机械效率与自锁、机械的平衡、机械的运转及其速度波动的调节等内容。通过以上结构布置，在不同的项目阶段可以及时给予相关的知识点，并辅助于实际工程案例，达到学与用同步、理论与实践协同的目的。最后还介绍了机构创新设计方法及优化方法（包括再生链的杆机构创新设计方法、TRIZ理论机构创新设计方法、机构优化设计等）、机构设計与分析的MATLAB编程等扩展知识，以引导学生们能够应用创新思维与创新方法设计更为合理的创新机构。

2.大量具有工程应用背景的案例加持。教材中的案例结合地方性高校学生的特点，采用“知识点讲解—例题—强化训练题—习题”的呈现形式，循序渐进，由浅入深，使学生们更加牢固地掌握知识点，并且逐渐引导学生融入机构的工程应用环境。特别是第二章章后习题中给出大量生产实际中的机构，通过绘制这些机构的机构简图，让学生充分了解机构种类及基本构成。同时课后习题给出多种类型的，便于学生适应考试题型。

3.增加了创新思维与创新方法的内容。教材中介绍了再生运动链杆机构创新设计方法、TRIZ理论机构创新设计方法及机构参数优化方法，结合实际案例，逐渐引导学生在学习基本知识的同时，应用创新思维与创新方法设计更为合理的创新机构。

4.兼容经典知识点和现代新型机构知识，注重知识的更新与计算机技术（如机构设计与分析的编程）和机构技术发展。机构学是新工科新兴专业之一——机器人工程专业的核心课程之一，教材中紧密结合机器人技术，案例中大量涉及机械手机构、机器人等相关内容，并介绍了许多传统教材中基本不涉及或者只做简单介绍的新型机构，除使学生掌握经典的机构设计与分析方法，将进一步扩展学生的知识面。

5.满足“两性一度”标准。本教材中大量工程背景的题目保证了本书的高阶性，结合创新机构设计与新型机构、编程等保证了课程的创新性和挑战度，以满足教育部关于金课的“两性一度”（高阶性、创新性、挑战度）标准。

二、立体化资源的配备

随着现代教育技术、手段的不断进步，教材的辅助资源更加丰富，访问更加方便直接，也能更好地服务于高校的教学工作。

本教材每章末附有大量习题，其中包括选择题、判断题、填空题、计算题等多种题型，以供教师创建随堂测试题、课后考卷和学生课后复习所用。本教材中共有近500道习题，其中大量采用实际案例，还可供参与各种创新大赛的学生和教师参考所用。为了方便教师和学生使用，随本教材一起出版的还有电子习题解答。电子习题解答中，作者对每一题做了详细的解答，图文并茂。可扫书中二维码链接购买，不需要再购买纸质书，随做随查，方便实用。

本教材还配有高等教育出版社线上的abook数字课程。将课程相关的多媒体课件和教学资料等以数字课程的形式与教材同步出版。多媒体课件中包含了大量实例的静态图形图像，展示了各机构的平面结构、运动轨迹及新机构的外形特征等。由于本教材是根据CDIO教学模式组织内容结构的，所以其教学计划、教学进度安排、教案等会有所不同。为了方便选择本教材的教师的使用，作者还将教学计划、教学进度安排、教案、实验指导等内容配于本教材的数字课程中。数字课程的具体使用流程可参见书前数字课程说明页，密码在教材封底的防伪标上提供。多种类型的多媒体素材不仅扩展了教学内容，还活跃了课堂气氛，为学生自学和师生互动提供了辅助资源和手段，有效提升了学生的学习兴趣，数字课程的同时出版实现线上、线下教学的融合。

三、小结

教材建设是课程建设的重要组成部分，也是课程改革的主要呈现形式。应教育改革新形势的发展，不断有新的教学模式应用于实际教学中，这样与之适应的教材必须跟上，才能使整个教学改革更加完整，还有先进教学手段的加持，收效更加突出。广州大学江帆等主编的《机械原理》教材是一本基于CDIO教学模式的机械专业基础课的新形态教材，以辅助地方性高校师生开展混合式的机械原理教学，配合教师在教学模式上的革新，积极引导学生开展机械原理课程的线上线下的混合式学习。

【参考文献】

【1】江帆，董克权，庞小兵. 机械原理. 北京：高等教育出版社，2020.

【2】葛文杰. 牢记使命 创建新时代“一流课程”：基于机械原理课程的改革与建设实践. 西北工业大学学报（社会科学版），2018（01）：40-44.

【3】江帆，等. “新工科”背景下机械专业创新创业相关课程体系研究. 工业和信息化教育，2019（04）：76-83.

【4】王军，何晓玲，田同海. 机械原理、机械设计、机械设计基础课程教材建设的实践与体会. 中国现代教育装备，2014（19）：33-34.

【5】李树珍，等. 地方应用型本科机械原理课程教学改革探析. 现代农业经济，2020（15）：262.