【摘 要】作為當(dāng)今世界高等工程教育的一種新型人才培養(yǎng)模式，CDIO模式正在各工科院校進(jìn)行試點(diǎn)和推廣，結(jié)合石油特色的機(jī)械專業(yè)的特點(diǎn)和傳統(tǒng)教育模式的優(yōu)勢(shì)，將CDIO教育模式引入到機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，探討該課程的CDIO培養(yǎng)教學(xué)模式為CDIO教育模式在機(jī)械專業(yè)的實(shí)踐及應(yīng)用性人才培養(yǎng)提供參考思路。

【關(guān)鍵詞】CDIO；機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)；石油機(jī)械；應(yīng)用教學(xué)

引言

CDIO模式由美國(guó)麻省理工學(xué)院等4所大學(xué)在本世紀(jì)初合作開發(fā)并應(yīng)用的一個(gè)新的工科類教育模式。該模式以構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、應(yīng)用（Operate）四個(gè)教育階段為主線，系統(tǒng)性地融匯專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)強(qiáng)調(diào)個(gè)人和職業(yè)的技能及團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通的人際技能[1，2]，所培養(yǎng)的人才較之傳統(tǒng)方式更具實(shí)戰(zhàn)性和即戰(zhàn)力。本文將CDIO工程教育模式引入到東北石油大學(xué)機(jī)械專業(yè)教學(xué)中，針對(duì)“機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程具備較強(qiáng)的實(shí)踐與工程應(yīng)用性這一特點(diǎn)，遵照CDIO教育模式進(jìn)行分段教學(xué)改革試驗(yàn)。本文就“機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”實(shí)踐教學(xué)中的一些認(rèn)識(shí)做一些初步的探討和分析。

1.課程特點(diǎn)與教改方案

“機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門工程技術(shù)類基礎(chǔ)課程，如圖1所示，在涉及這門課程的全面學(xué)習(xí)之前，所需掌握的前期基礎(chǔ)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)建模、機(jī)構(gòu)分析、力學(xué)等課程，從工程機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建模到鉆采機(jī)械系統(tǒng)工程學(xué)習(xí)，整個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)中該課程鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力方面，占有十分重要的地位。

本課程最為突出的特點(diǎn)就是測(cè)試?yán)碚摶A(chǔ)和工程實(shí)踐的完美結(jié)合?；A(chǔ)理論方面，學(xué)生能理解和掌握機(jī)械測(cè)試技術(shù)，包括機(jī)械、檢測(cè)、控制、計(jì)算機(jī)軟硬件等方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，學(xué)會(huì)典型機(jī)械系統(tǒng)的綜合分析方法；而工程實(shí)踐方面，學(xué)生應(yīng)能全面解析被測(cè)對(duì)象，應(yīng)地自宜地制定測(cè)試與分析方案，具備進(jìn)行現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)測(cè)試方案的設(shè)計(jì)初步能力。而近年來(lái)針對(duì)本課程的教學(xué)實(shí)踐表明：現(xiàn)有的課程結(jié)構(gòu)、教學(xué)內(nèi)容與方法、教學(xué)實(shí)踐項(xiàng)目等，已不能適應(yīng)實(shí)戰(zhàn)性和即戰(zhàn)力高要求的現(xiàn)代工程教育發(fā)展潮流。分析具體原因，主要有如下幾個(gè)方面：

（1）課程內(nèi)容系統(tǒng)性不強(qiáng)。機(jī)械測(cè)試技術(shù)是機(jī)械技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)等多種技術(shù)的融合。從系統(tǒng)的角度理解和掌握機(jī)械測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用設(shè)計(jì)原理是教學(xué)的中心內(nèi)容，針對(duì)具體機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行解析和研究時(shí)，常會(huì)忽視整體性與系統(tǒng)性，并無(wú)總體把握的能力和認(rèn)識(shí)。

（2）理論概念繁瑣，教材存在局限性?；谛盘?hào)分析和處理方面敘述繁冗，且重點(diǎn)不突出。目前現(xiàn)有的諸多版教材各有局限，在選材和論述上為了照顧到內(nèi)容的完整性，主次不分明，重點(diǎn)不突出，尤其是典型機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)的針對(duì)性應(yīng)用章節(jié)，沒有受到足夠的重視，起不到綜合和系統(tǒng)總結(jié)的作用。

（3）實(shí)驗(yàn)課與應(yīng)用環(huán)節(jié)與工程實(shí)際脫節(jié)情況嚴(yán)重。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受限于實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件，多年未有更新，因而針對(duì)性不強(qiáng)，學(xué)生不能感受到實(shí)踐的知識(shí)性和實(shí)驗(yàn)成功后的成就感，更不要說(shuō)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

針對(duì)上述這些情況，如何幫助學(xué)生以系統(tǒng)的觀點(diǎn)深入理解和掌握機(jī)械測(cè)試技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，如何培養(yǎng)與增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力，如何讓學(xué)生學(xué)以致用，始終保持較高的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，是本課程教學(xué)的難點(diǎn)所在。

2.機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課程的CDIO實(shí)踐

CDIO教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的理論知識(shí)與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的能力，而不是單純的理論知識(shí)或直觀的技能，這對(duì)學(xué)生對(duì)新知識(shí)融會(huì)貫通的能力、對(duì)新技術(shù)的敏感能力都提出了更高要求[3]。機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)的前期先修課程除了高數(shù)、力學(xué)、物理電工等基礎(chǔ)課程外，還包括機(jī)械設(shè)計(jì)、控制工程等專業(yè)基礎(chǔ)課程等。該課程有著鮮明的技術(shù)基礎(chǔ)和工程時(shí)代背景，考慮到學(xué)時(shí)的限制，教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該把握一個(gè)基本原則是：了解機(jī)械測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，掌握其核心思想和技術(shù)，完成機(jī)械測(cè)試系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用?；贑DIO的思想，我們對(duì)“機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)分成三個(gè)部分：課堂理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬、工程測(cè)試與分析應(yīng)用。

課堂理論學(xué)習(xí)。以教師主講形式進(jìn)行，以傳授基礎(chǔ)知識(shí)。主要內(nèi)容包括：①概論模塊：主要講解機(jī)械測(cè)試技術(shù)的內(nèi)涵、發(fā)展趨勢(shì)、測(cè)試技術(shù)涉及的信號(hào)描述相關(guān)理論知識(shí)，學(xué)時(shí)數(shù)為8學(xué)時(shí)。②機(jī)械系統(tǒng)部件模塊：主要講解被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)特征、工作原理、設(shè)備組件的種類、特點(diǎn)。學(xué)時(shí)數(shù)為8學(xué)時(shí)。③測(cè)試系統(tǒng)模塊：主要講解測(cè)試裝置、傳感器、信號(hào)處理和典型物理量的測(cè)試系統(tǒng)，學(xué)時(shí)數(shù)為8學(xué)時(shí)。

實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬。將教學(xué)班級(jí)按5-6人分組。該階段需要完成下述內(nèi)容：①項(xiàng)目調(diào)研：查閱資料，擬定項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試范疇和設(shè)計(jì)內(nèi)容。②項(xiàng)目申報(bào)：實(shí)驗(yàn)臺(tái)與測(cè)試方案的原理、創(chuàng)新性、可行性論證。③項(xiàng)目開展：制定測(cè)試方案，分配任務(wù)，選擇測(cè)試裝置和仿真分析工具，開展項(xiàng)目設(shè)計(jì)。④項(xiàng)目匯報(bào)：提交項(xiàng)目日志、設(shè)計(jì)報(bào)告。在此期間，教師采取跟蹤方式對(duì)各組學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，并對(duì)階段性設(shè)計(jì)與應(yīng)用效果進(jìn)行針對(duì)性的解答和考核。該階段占用學(xué)時(shí)為4學(xué)時(shí)。

工程測(cè)試與分析應(yīng)用。項(xiàng)目小組根據(jù)設(shè)計(jì)需要，可以提出針對(duì)石油機(jī)械的測(cè)試技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，用以加強(qiáng)對(duì)機(jī)械測(cè)試系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)的理解與認(rèn)識(shí)。該部分工作由實(shí)驗(yàn)教師配合完成，學(xué)時(shí)數(shù)為6學(xué)時(shí)，該階段中可利用相關(guān)機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)，如石油鉆機(jī)系統(tǒng)中的電機(jī)（旋轉(zhuǎn)機(jī)械）和鉆井泥漿泵、柴油機(jī)（往復(fù)機(jī)械）。圖2所示為工程測(cè)試應(yīng)用采用或設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)與往復(fù)機(jī)械故障模擬試驗(yàn)臺(tái)。該部分占用8學(xué)時(shí)。

通過(guò)對(duì)這些機(jī)組系統(tǒng)的工程測(cè)試讓學(xué)生切實(shí)理解測(cè)試對(duì)象不同時(shí)，測(cè)試技術(shù)的各環(huán)節(jié)的實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程和特點(diǎn)，由此完成測(cè)試技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)。

3.課程考核

在“機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程中，單一的卷面考試與實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析的方式已很難滿足系統(tǒng)考核要求。這里我們根據(jù)課程教學(xué)的三個(gè)部分—課堂講授、實(shí)驗(yàn)臺(tái)模擬、工程測(cè)試與分析應(yīng)用分別進(jìn)行測(cè)試，然后與學(xué)生討論評(píng)價(jià)與考核體系，綜合學(xué)生的意見，再適當(dāng)修正，盡可能兼顧公正的前提下，做到方案的多樣性。課程教授的理論部分采用傳統(tǒng)的試卷測(cè)試形式，試驗(yàn)臺(tái)模擬部分根據(jù)學(xué)生的自我評(píng)價(jià)、公開匯報(bào)、測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用完成的質(zhì)量等情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，而工程實(shí)踐與應(yīng)用根據(jù)學(xué)生在實(shí)際案例解

析與實(shí)踐操作過(guò)程中體現(xiàn)出的連貫性和創(chuàng)新能力等做出判斷。

按照上述規(guī)劃，近幾年針對(duì)本課程進(jìn)行了CDIO實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，過(guò)程中學(xué)生表現(xiàn)出極高的熱情，圍繞旋轉(zhuǎn)機(jī)械、往復(fù)機(jī)械測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主題共提交了眾多項(xiàng)目報(bào)告，許多項(xiàng)目小組還額外提供了自己開發(fā)的基于Labview的測(cè)試與分析程序，并將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理方面。整體看來(lái)，所參與學(xué)生對(duì)本課程理論和實(shí)踐教學(xué)改革的相關(guān)內(nèi)容充滿信心，提出了很多具體意見，比如提前在低年級(jí)開展Labview軟件分析、方案設(shè)計(jì)類項(xiàng)目，這樣可以在后續(xù)項(xiàng)目中有更多時(shí)間完成系統(tǒng)的仿真、分析、振動(dòng)故障診斷實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等深層次的設(shè)計(jì)內(nèi)容，教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果得到很大的提高。

4.結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課程內(nèi)容覆蓋面廣、原理深?yuàn)W，同時(shí)涉及學(xué)科門類較多。根據(jù)國(guó)際工程教育CDIO理念進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，既能使具備石油特色的機(jī)械專業(yè)所培養(yǎng)學(xué)生鞏固所學(xué)相關(guān)理論知識(shí)，又能鍛煉學(xué)生針對(duì)實(shí)際工程問題的解析能力，很大程度上調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。本文將CDIO模式引入到“機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程建設(shè)中，從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的三個(gè)階段進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)改革探索，為“機(jī)械測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)服務(wù)于石油特色的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案提供了新的思路，這些對(duì)于提高整體教學(xué)質(zhì)量和效果，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力具有積極意義。

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別鋒鋒，男，1979年12月出生于湖北省仙桃市，2008年6月畢業(yè)于大連理工大學(xué)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)為東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院副教授。