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【摘 要】本文首先介绍当前高校机电一体化课程的教学现状和CDIO工程教育模式，然后提出了基于CDIO工程教育理念的机电一体化课程的教学改革。从课堂教学、实践教学、考核方式等方面，探讨了机电一体化课程的教学改革思路。将CDIO工程教育理念应用到机电一体化课程教学中，增强了学生解决问题能力、创造思维能力以及团队协作能力。
【关键词】CDIO 机电一体化 教学改革
【中圖分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）12-0063-02
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。国内外的经验都表明CDIO的理念和方法是先进可行的，适合高校工科教育教学过程各个环节的改革。山东理工大学是一所以理工为主的多科性省属重点大学，注重学生创新能力的培养，选定国际上公认的CDIO工程教育模式。于2009年初成为教育部CDIO工程教育模式研究与实践课题组试点工作组高校成员，是山东省唯一一所加入CDIO项目的高校。机械电子工程专业作为CDIO培养模式的试点专业，对09级、10级机械电子工程专业进行了改革。机电一体化课程作为机械电子工程专业的主干专业课，我们将CDIO工程教育理念运用到机电一体化课程的教学改革中，提高了学生的学习积极性，增强了学生自学和解决问题以及团队合作和沟通能力。
一、机电一体化课程现状分析
机电一体化是机械、电子、测控等多学科相互渗透、结合形成的一门综合性应用技术，已成为当今制造业技术发展的主流。与此同时，我国经济的快速发展对机电一体化人才的需求也不断增加、要求日益提高。“机电一体化”是机械电子工程专业专业的一门主干专业课，在培养学生机电一体化系统设计能力和创新能力中，占有十分重要的地位。本课程的任务是使学生以系统的观点理解和掌握机电一体化技术，包括机械、检测、控制、计算机等方面的基本理论、基本知识和基本技能，学会典型机电一体化系统的分析和设计方法，具备进行机电一体化系统设计的初步能力。近年来该课程的教学主要存在以下几个方面的问题：
1.课程内容陈旧
机电一体化技术是机械技术、检测传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、信息处理技术、系统总体技术等多种技术的融合。该课程的教学未能充分反映机电一体化技术的新思想、新技术、新概念，授课内容比较陈旧，知识体系滞后。
2.理论与实践环节脱节
该课程具有理论性与实践性联系密切、工程实用性强的特点，但课堂教学主要以讲授理论知识为主，实验内容少且针对性不强，实验设备较少，学生接触实践机会少，缺乏动手能力的培养，更不能培养学生的创新意识。
3.教学方法单一
该课程的传统教学主要是以教师为中心的传授，学生被动接受式教学模式，难以激发学生的学习兴趣和积极性。
4.考试模式单一
考试作为检验学生掌握科学知识、培养能力、获取实际技能的一种手段，对实施素质教育，培养基础扎实、创新和实践能力强的应用型人才，具有特别重要的作用。仅靠卷面成绩的传统考试模式不能全面客观地反映学生应用所学知识解决实际问题的能力。
针对机电一体化课程教学过程中存在的以上问题，原有的教学方法、教学实践、考核方法等已不能适应“宽口径、重实践、应用型”的现代工程教育发展潮流。因此我们对该课程教学进行了改革。
二、基于CDIO的机电一体化课程教学改革：
1.CDIO工程教育介绍
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
CDIO 的教育理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。瑞典国家高教署（Swedish National Agency for Higher Educa tion）2005年采用这12条标准对本国100个工程学位计划进行评估，结果表明，新标准比原标准适应面更宽，更利于提高质量，尤为重要的是新标准为工程教育的系统化发展提供了基础。迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。
2.机电一体化课程教学改革
CDIO教育理念与机械电子工程专业培养目标相一致，机电一体化课程在机械电子工程专业培养方案中占有重要地位，具有承前启后的作用，融机械技术、电子技术、传感器技术、计算机技术等前续课程在本课程中的应用，为后续毕业实习和毕业设计奠定理论知识和实践能力，拓展机电一体化实践技能，增强创新能力。CDIO教育理念对机电一体化课程课堂教学、实践教学、考核方式等改革具有重要指导意义。具体实施过程如下：
（1）机电一体化课程课堂教学的改革。基于CDIO的培养理念，将机电一体化课程教学内容进行整合优化。教学内容主要以典型机电产品为载体，重点讲述精密机械技术、传感检测技术、伺服传动技术、自动控制技术等在机电产品设计中的应用，结合我校自行研制开发的三向移动重载教学机器人为实例讲解，教学内容具有针对性。并通过全方位的实践教学体系，将机器人协会、机械设计协会、班级的科技小组紧密结合起来，全天开放教学和科研实验室，使学生学以致用，能够自行设计简单的机电产品。 改变传统授课方式，课程教学充分利用各种教育资源，采取多种教学手段，如多媒体技术、仿真技术现场演示、课堂实物演示与实验，从中穿插旨在培养学生动手操作能力的机器人设计、调试等内容。注意采用启发式、讨论式、课堂实验式教学，多种方法手段并用，使学生在学习知识的同时，也学习分析问题，联系问题，综合运用多门课程知识，培养学生发散思维、立体思维、创新和解决问题的能力。
（2）机电一体化课程实践教学的改革。课下组织学生参观智能机器人实验室，观看智能移动机器人的各种演示和结构。注重课堂理论知识与实际相结合，适时布置一些简易机器人开发课题，让学生进行总体方案设计、机械结构设计、控制系统设计等，同时这些关键技术可以触类旁通地用于其他相关产品的设计与制造。在每一届学生中选择设计较为出色的部分产品，进行实际加工制作，一方面是对学生的激励，同时也可以作为以后学生的研究对象。由于最终的产品完全是学生自己设计，有利于学生掌握机电产品的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）整个过程，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。
（3）考核方式的改革。改变传统考核方式，对机电一体化课程的考核采用形成性考核方式：课程考核成绩=理论考试成绩（50%）+实操训练与考试（20%）+解决实际应用课题情况（30%）。理论考试是按照考试大纲要求，闭卷考试，100分钟。
实操训练与考试是在现有的机电一体化教学实验设备上进行设备操作、编程、调试等，考查学生动手操作能力。
解决实际应用课题情况主要是结合简易机器人开发课题，要求学生利用所学知识给出解决方案，进行总体方案设计、机械结构设计、控制系统设计等。考查学生分析问题、解决实际问题的能力。
该考核方法能够客观真实地评价出学生对该门课程的学习情况和知识掌握情况，全面地反映学生應用该课程知识解决实际问题的能力。克服了单纯的理论考试反应学生成绩的片面性，避免了出现高分低能情况，让更多的学生发挥出个人的潜能。鼓励有能力的同学参加机电产品创新设计大赛和机器人大赛等各种活动。
三、实施效果
经过两年的实践，基于CDIO工程教育理念的机电一体化课程教学改革，充分调动了教师和学生的积极性，提高了学生创新实践能力。学生掌握了机电一体化系统的结构设计，控制系统设计、传感器应用等技术，提高了综合应用知识的能力、分析与解决问题的能力、创新实践能力，符合高等教育“培养具有创新精神和实践能力的高级工程技术人才”的培养目标，让更多的学生发挥出个人的潜能，成为适应国际竞争和社会需求的创新型、应用型人才。
【关键词】CDIO 机电一体化 教学改革
【中圖分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）12-0063-02
CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。国内外的经验都表明CDIO的理念和方法是先进可行的，适合高校工科教育教学过程各个环节的改革。山东理工大学是一所以理工为主的多科性省属重点大学，注重学生创新能力的培养，选定国际上公认的CDIO工程教育模式。于2009年初成为教育部CDIO工程教育模式研究与实践课题组试点工作组高校成员，是山东省唯一一所加入CDIO项目的高校。机械电子工程专业作为CDIO培养模式的试点专业，对09级、10级机械电子工程专业进行了改革。机电一体化课程作为机械电子工程专业的主干专业课，我们将CDIO工程教育理念运用到机电一体化课程的教学改革中，提高了学生的学习积极性，增强了学生自学和解决问题以及团队合作和沟通能力。
一、机电一体化课程现状分析
机电一体化是机械、电子、测控等多学科相互渗透、结合形成的一门综合性应用技术，已成为当今制造业技术发展的主流。与此同时，我国经济的快速发展对机电一体化人才的需求也不断增加、要求日益提高。“机电一体化”是机械电子工程专业专业的一门主干专业课，在培养学生机电一体化系统设计能力和创新能力中，占有十分重要的地位。本课程的任务是使学生以系统的观点理解和掌握机电一体化技术，包括机械、检测、控制、计算机等方面的基本理论、基本知识和基本技能，学会典型机电一体化系统的分析和设计方法，具备进行机电一体化系统设计的初步能力。近年来该课程的教学主要存在以下几个方面的问题：
1.课程内容陈旧
机电一体化技术是机械技术、检测传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、信息处理技术、系统总体技术等多种技术的融合。该课程的教学未能充分反映机电一体化技术的新思想、新技术、新概念，授课内容比较陈旧，知识体系滞后。
2.理论与实践环节脱节
该课程具有理论性与实践性联系密切、工程实用性强的特点，但课堂教学主要以讲授理论知识为主，实验内容少且针对性不强，实验设备较少，学生接触实践机会少，缺乏动手能力的培养，更不能培养学生的创新意识。
3.教学方法单一
该课程的传统教学主要是以教师为中心的传授，学生被动接受式教学模式，难以激发学生的学习兴趣和积极性。
4.考试模式单一
考试作为检验学生掌握科学知识、培养能力、获取实际技能的一种手段，对实施素质教育，培养基础扎实、创新和实践能力强的应用型人才，具有特别重要的作用。仅靠卷面成绩的传统考试模式不能全面客观地反映学生应用所学知识解决实际问题的能力。
针对机电一体化课程教学过程中存在的以上问题，原有的教学方法、教学实践、考核方法等已不能适应“宽口径、重实践、应用型”的现代工程教育发展潮流。因此我们对该课程教学进行了改革。
二、基于CDIO的机电一体化课程教学改革：
1.CDIO工程教育介绍
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。
CDIO 的教育理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。瑞典国家高教署（Swedish National Agency for Higher Educa tion）2005年采用这12条标准对本国100个工程学位计划进行评估，结果表明，新标准比原标准适应面更宽，更利于提高质量，尤为重要的是新标准为工程教育的系统化发展提供了基础。迄今为止，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，其机械系和航空航天系全面采用CDIO工程教育理念和教学大纲，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生深受社会与企业欢迎。
2.机电一体化课程教学改革
CDIO教育理念与机械电子工程专业培养目标相一致，机电一体化课程在机械电子工程专业培养方案中占有重要地位，具有承前启后的作用，融机械技术、电子技术、传感器技术、计算机技术等前续课程在本课程中的应用，为后续毕业实习和毕业设计奠定理论知识和实践能力，拓展机电一体化实践技能，增强创新能力。CDIO教育理念对机电一体化课程课堂教学、实践教学、考核方式等改革具有重要指导意义。具体实施过程如下：
（1）机电一体化课程课堂教学的改革。基于CDIO的培养理念，将机电一体化课程教学内容进行整合优化。教学内容主要以典型机电产品为载体，重点讲述精密机械技术、传感检测技术、伺服传动技术、自动控制技术等在机电产品设计中的应用，结合我校自行研制开发的三向移动重载教学机器人为实例讲解，教学内容具有针对性。并通过全方位的实践教学体系，将机器人协会、机械设计协会、班级的科技小组紧密结合起来，全天开放教学和科研实验室，使学生学以致用，能够自行设计简单的机电产品。 改变传统授课方式，课程教学充分利用各种教育资源，采取多种教学手段，如多媒体技术、仿真技术现场演示、课堂实物演示与实验，从中穿插旨在培养学生动手操作能力的机器人设计、调试等内容。注意采用启发式、讨论式、课堂实验式教学，多种方法手段并用，使学生在学习知识的同时，也学习分析问题，联系问题，综合运用多门课程知识，培养学生发散思维、立体思维、创新和解决问题的能力。
（2）机电一体化课程实践教学的改革。课下组织学生参观智能机器人实验室，观看智能移动机器人的各种演示和结构。注重课堂理论知识与实际相结合，适时布置一些简易机器人开发课题，让学生进行总体方案设计、机械结构设计、控制系统设计等，同时这些关键技术可以触类旁通地用于其他相关产品的设计与制造。在每一届学生中选择设计较为出色的部分产品，进行实际加工制作，一方面是对学生的激励，同时也可以作为以后学生的研究对象。由于最终的产品完全是学生自己设计，有利于学生掌握机电产品的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）整个过程，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。
（3）考核方式的改革。改变传统考核方式，对机电一体化课程的考核采用形成性考核方式：课程考核成绩=理论考试成绩（50%）+实操训练与考试（20%）+解决实际应用课题情况（30%）。理论考试是按照考试大纲要求，闭卷考试，100分钟。
实操训练与考试是在现有的机电一体化教学实验设备上进行设备操作、编程、调试等，考查学生动手操作能力。
解决实际应用课题情况主要是结合简易机器人开发课题，要求学生利用所学知识给出解决方案，进行总体方案设计、机械结构设计、控制系统设计等。考查学生分析问题、解决实际问题的能力。
该考核方法能够客观真实地评价出学生对该门课程的学习情况和知识掌握情况，全面地反映学生應用该课程知识解决实际问题的能力。克服了单纯的理论考试反应学生成绩的片面性，避免了出现高分低能情况，让更多的学生发挥出个人的潜能。鼓励有能力的同学参加机电产品创新设计大赛和机器人大赛等各种活动。
三、实施效果
经过两年的实践，基于CDIO工程教育理念的机电一体化课程教学改革，充分调动了教师和学生的积极性，提高了学生创新实践能力。学生掌握了机电一体化系统的结构设计，控制系统设计、传感器应用等技术，提高了综合应用知识的能力、分析与解决问题的能力、创新实践能力，符合高等教育“培养具有创新精神和实践能力的高级工程技术人才”的培养目标，让更多的学生发挥出个人的潜能，成为适应国际竞争和社会需求的创新型、应用型人才。