楊 輝，萬(wàn)海鑫，張宣升，許光彬

基于CDIO模式的數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)實(shí)踐

楊 輝，萬(wàn)海鑫，張宣升，許光彬

以往的數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)重理論，輕實(shí)踐的問(wèn)題，引入CDIO教育模式，以學(xué)生為中心，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建“維修學(xué)習(xí)空間”，讓學(xué)生在真實(shí)工作環(huán)境中熟悉項(xiàng)目運(yùn)作流程，掌握理論知識(shí)，提高應(yīng)用能力和維修技能。

CDIO；數(shù)控機(jī)床；教學(xué)改革；學(xué)習(xí)空間

高等職業(yè)教育的任務(wù)是培養(yǎng)高技能應(yīng)用型人才，尤其是與國(guó)際接軌的職業(yè)技術(shù)人才。研究實(shí)踐表明，國(guó)際CDIO理念和方法先進(jìn)可行，適用于現(xiàn)代職業(yè)教育改革。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問(wèn)題

數(shù)控機(jī)床維修課程要求學(xué)生掌握抽象的概念，具有良好的認(rèn)知能力和一定的應(yīng)用能力。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容通常包括維修簡(jiǎn)介、軟件應(yīng)用簡(jiǎn)介、機(jī)床維修理論簡(jiǎn)介，只涉及實(shí)際維修知識(shí)的極小部分，減少了數(shù)控機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)、精度維修和結(jié)構(gòu)故障等內(nèi)容。教師將重點(diǎn)放在數(shù)控系統(tǒng)維修理論部分，學(xué)生很少?lài)L試部件安裝、線(xiàn)路連接、維修工藝設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)基本概念缺乏深層次的理解，對(duì)工藝系統(tǒng)分析和維修實(shí)施之間的聯(lián)系缺乏系統(tǒng)掌握。這種教學(xué)方式下，教學(xué)內(nèi)容抽象、干癟，學(xué)生采取集中記憶的方法掌握維修概念效果不理想，而且模糊了基本概念和原則，不利于技術(shù)的掌握。

二、CDIO工程教育模式

CDIO 分別表示構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)施(Implement)和運(yùn)作(Operate)。它是以產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生積極主動(dòng)的通過(guò)實(shí)踐環(huán)節(jié)掌握相關(guān)知識(shí)和能力學(xué)習(xí)的方式。

（一）CDIO 大綱

CDIO大綱提出知識(shí)、能力及態(tài)度的主題分為：基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和系統(tǒng)能力。它綜合培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到4個(gè)層面的目標(biāo)，與工程實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)一致。（1）特點(diǎn)：包含所有的能力需求內(nèi)容，由多個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)。（2）價(jià)值：可用于各個(gè)專(zhuān)業(yè)，可作為一個(gè)通用模型，指導(dǎo)教師獲得期待的效果和培養(yǎng)目標(biāo)。把知識(shí)、能力和態(tài)度作為職業(yè)教育的結(jié)果，把教學(xué)效果納入培養(yǎng)大綱。（3）效果：學(xué)生應(yīng)掌握什么，能做什么，這些問(wèn)題在大綱中得到全面體現(xiàn)。

（二）CDIO 標(biāo)準(zhǔn)

CDIO具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的標(biāo)準(zhǔn)。它包括：背景環(huán)境、學(xué)習(xí)效果、一體化課程計(jì)劃、工程導(dǎo)論、設(shè)計(jì)-實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)、工程實(shí)踐場(chǎng)所、一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、主動(dòng)學(xué)習(xí)、教師實(shí)踐能力提升、教師教學(xué)能力提高、學(xué)生考核、專(zhuān)業(yè)評(píng)估。這一標(biāo)準(zhǔn)可以作為教學(xué)改革和評(píng)估，設(shè)立實(shí)施基準(zhǔn)和目標(biāo)，制定可持續(xù)改進(jìn)要求的參照。它既體現(xiàn)了與其他教育模式的不同，又反映職業(yè)教育的最佳實(shí)踐，為建立基準(zhǔn)和目標(biāo)提供持續(xù)改進(jìn)的框架。它著力于培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力、人文素質(zhì)和職業(yè)道德的新型職業(yè)技術(shù)人才。

三、CDIO模式在數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)中的實(shí)施

在CDIO框架內(nèi)建立教學(xué)和學(xué)習(xí)的工作場(chǎng)所，結(jié)合學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和CDIO評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)建構(gòu)新的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的綜合頂峰項(xiàng)目 “維修學(xué)習(xí)空間”，運(yùn)用各模塊知識(shí)，創(chuàng)立真實(shí)工作環(huán)境，完成整個(gè)項(xiàng)目，提交小組報(bào)告。

（一）教學(xué)目標(biāo)

對(duì)各門(mén)課程（機(jī)械制圖、CAD、公差配合、數(shù)控原理、數(shù)控機(jī)床編程與操作、PLC、機(jī)床電路等）的知識(shí)進(jìn)行分析與應(yīng)用，使用各種維修方法。通過(guò)與團(tuán)隊(duì)成員的協(xié)作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，提高實(shí)踐數(shù)控機(jī)床組裝工藝的設(shè)計(jì)技能，培養(yǎng)質(zhì)量意識(shí)和時(shí)間管理意識(shí)。制定數(shù)控機(jī)床組裝的實(shí)施步驟與計(jì)劃，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新意識(shí)。計(jì)劃、組織和編寫(xiě)小組項(xiàng)目報(bào)告。

（二）教學(xué)任務(wù)

（1）安裝硬件的策劃問(wèn)題。閱讀圖紙，配合機(jī)械與電路圖，完成安裝整體構(gòu)思。（2）電氣部分的計(jì)算和傳輸。分析故障現(xiàn)象，歸納故障特點(diǎn)，判斷故障現(xiàn)象的轉(zhuǎn)移。（3）安裝工藝分析和調(diào)試。通過(guò)嘗試安裝主軸和進(jìn)給部件，配合小組成員完成不同工作。采用綜合的維修分析和參數(shù)設(shè)置，選取FANUC 0i、華中世紀(jì)星或西門(mén)子802C等系統(tǒng)，完成參數(shù)、程序、梯形圖。按照機(jī)床參數(shù)設(shè)置將所有尺寸精度調(diào)整到極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（三）實(shí)施步驟

1.組裝工藝介紹。教師授課內(nèi)容包括維修工具應(yīng)用，傳統(tǒng)機(jī)床維修工藝，數(shù)控機(jī)床組裝工藝，現(xiàn)代維修方法在數(shù)控機(jī)床組裝中的應(yīng)用等。

2.構(gòu)思階段。提出數(shù)控機(jī)床組裝項(xiàng)目問(wèn)題，分組實(shí)施數(shù)控機(jī)床組裝工藝的設(shè)計(jì)，每個(gè)班級(jí)分成5個(gè)小組進(jìn)行，每組6-8名學(xué)生，每組選出一名小組長(zhǎng)。學(xué)習(xí)空間配備有小型數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)電纜及接頭、安裝工具、檢測(cè)儀器、試車(chē)用具等。各個(gè)小組提交項(xiàng)目報(bào)告，派代表進(jìn)行報(bào)告說(shuō)明。

3.設(shè)計(jì)階段。完成項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃，確定數(shù)控機(jī)床組裝工藝流程，提交維修工藝流程圖，制作電氣線(xiàn)路圖、儀器與組裝圖等。

4.實(shí)施階段。完成數(shù)控機(jī)床成套零部件的安裝與調(diào)試，完成參數(shù)設(shè)置，形成skill-CDIO教學(xué)模式。

5.運(yùn)作階段。數(shù)控機(jī)床模型運(yùn)作及組裝質(zhì)量的測(cè)試，演示模型運(yùn)作，提交項(xiàng)目報(bào)告，進(jìn)行答辯。

四、數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)改革的效果分析

（一）創(chuàng)新解決方案，實(shí)時(shí)體驗(yàn)學(xué)習(xí)

在項(xiàng)目構(gòu)思時(shí)，以現(xiàn)有維修模塊為單元，構(gòu)建真實(shí)維修學(xué)習(xí)空間，這解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足，使學(xué)生獲得與實(shí)際操作相結(jié)合的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。這是依據(jù)數(shù)控機(jī)床維修原理，充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備空間的結(jié)果。真實(shí)維修學(xué)習(xí)空間的作用有：（1）加深學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床維修理論和實(shí)踐的理解。（2）結(jié)合不同的數(shù)控機(jī)床維修模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)。（3）提供學(xué)習(xí)環(huán)境，將實(shí)驗(yàn)室用于模塊化、真實(shí)化和智能化技術(shù)工作。

（二）創(chuàng)建“維修學(xué)習(xí)空間”

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)系統(tǒng)思維，全員參與，整體設(shè)計(jì)的原則，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室管理、機(jī)床維修技術(shù)等提出“維修學(xué)習(xí)空間”，推行CDIO職業(yè)教育經(jīng)驗(yàn)。教學(xué)模塊的構(gòu)建都在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室完成?！熬S修學(xué)習(xí)空間”支持CDIO教學(xué)框架，提供實(shí)時(shí)的行為經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)對(duì)真實(shí)世界的系統(tǒng)和產(chǎn)品范圍內(nèi)的教育。

采用CDIO工程教育方法，發(fā)揮各種角色在該階段的作用。根據(jù)初步概念設(shè)計(jì)和要求完成維修工藝，書(shū)面報(bào)告，系統(tǒng)部件連接等。學(xué)生扮演生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理和數(shù)控機(jī)床維修人員的角色。skill-CDIO具有鮮明特色：（1）該模式教學(xué)中所有機(jī)床結(jié)構(gòu)是開(kāi)放的，通過(guò)組裝，學(xué)生可以清楚了解機(jī)床結(jié)構(gòu)，體驗(yàn)安裝人員的實(shí)際工作，學(xué)習(xí)機(jī)床維修技術(shù)將變得具體生動(dòng)。（2）所有成員完成典型結(jié)構(gòu)連接，部件上標(biāo)識(shí)不同類(lèi)型連接。學(xué)生可以直觀(guān)地了解其他成員安裝的完整體系以及部件的支撐和運(yùn)轉(zhuǎn)。

（三）培養(yǎng)綜合能力

項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，通過(guò)安裝成套的機(jī)床備件、檢測(cè)系統(tǒng)，學(xué)生可以真實(shí)體驗(yàn)維修技術(shù)的應(yīng)用，為“維修學(xué)習(xí)空間”提供可靠的保證。學(xué)生自己動(dòng)手安裝、論證，通過(guò)合理的檢驗(yàn)、試運(yùn)行再進(jìn)行下一步工作。部件安裝是機(jī)床維修的關(guān)鍵，是衡量機(jī)床性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。其中軟件程序安裝到兩臺(tái)PC機(jī)中，獲得數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。

（四）有助于技術(shù)總結(jié)、推廣和提高

在項(xiàng)目運(yùn)作階段，通過(guò)拷機(jī)程序的運(yùn)行，直接把安裝各部件的質(zhì)量綜合反應(yīng)到加工零件上。同時(shí)通過(guò)報(bào)告反應(yīng)機(jī)床運(yùn)行時(shí)的故障與安裝維修的要點(diǎn)。“維修學(xué)習(xí)空間”以學(xué)生為中心，以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，配合學(xué)生主動(dòng)和實(shí)時(shí)的經(jīng)驗(yàn)式學(xué)習(xí)，使得數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)易于理解和掌握?？梢园汛朔椒ㄔ谕?lèi)項(xiàng)目課題中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

五、結(jié)論

通過(guò)吸收先進(jìn)職業(yè)教育理念，應(yīng)用CDIO標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新解決方案，構(gòu)建“維修學(xué)習(xí)空間”，建立符合國(guó)際職業(yè)教育理念的教學(xué)體系，解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式存在問(wèn)題。同時(shí)把職業(yè)技能與CDIO各階段有機(jī)結(jié)合，形成skill-CDIO模式，開(kāi)展更多的以學(xué)生為中心的實(shí)時(shí)體驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)得到國(guó)際認(rèn)可的技術(shù)人才。

[1]顧佩華，沈民奮，陸小華.重新認(rèn)識(shí)工程教育—國(guó)際CDIO培養(yǎng)模式與方法 [M].北京:高等教育出版社,2009:30-32,41-90.

[2]Dr Tao Nengfu,Rose Huang.Teach Less,Learn More:Motivating Students’Learning of Structural Engineering with Real-Time Experiments and Competitions[J].Journal of Teaching Practice,2008.

[3]Johan Malmqvist,Kristina Edstrom.The Application of CDIO Standards in the Evaluation of Swedish Engineering Degree Programmes[J].World Transactions on Engineering and Technology Education,2006(2):361-364.

G642.0

A

1673-1999（2011）02-0184-02

楊輝（1975-），男，安徽阜陽(yáng)人，碩士，阜陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（安徽阜陽(yáng)236031）機(jī)電工程系主任，副教授。

2010-11-10

安徽省教育廳教學(xué)科研項(xiàng)目“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技能實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2008JYXM641）。