楊金林，陳元斌，王 勇，王惠姣，聶三軍，竺志超

（1.浙江理工大學(xué)，a.機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心；b.自動化研究所，浙江 杭州 310018；2.杭州中策橡膠有限公司，浙江 杭州 310018）

數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，其廣泛的使用，給機械制造的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來深刻的變化。隨著我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，數(shù)控機床的應(yīng)用急劇增加。高校作為培養(yǎng)人才的重要基地，針對數(shù)控人才的培養(yǎng)，必須不斷創(chuàng)新教學(xué)模式，以滿足市場經(jīng)濟發(fā)展及企業(yè)的需求和時代的要求。

浙江理工大學(xué)在建設(shè)國家級機械基礎(chǔ)實驗教學(xué)示范中心過程中，劃撥部分資金開展了20個創(chuàng)新實驗項目，數(shù)控創(chuàng)新實驗項目也是其中之一。筆者在該項目的實施過程中，從學(xué)校實際出發(fā)，以CDIO工程教育理念為導(dǎo)向，對數(shù)控創(chuàng)新實驗教學(xué)進行了研究與實踐。

1 CDIO工程教育模式

CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）、運作（Operate）這4個英文單詞的縮寫。其中：

構(gòu)思，包括顧客需求分析，技術(shù)、企業(yè)戰(zhàn)略和規(guī)章制度設(shè)計，發(fā)展理念、技術(shù)程序和商業(yè)計劃制訂；

設(shè)計，主要包括工程計劃、圖紙設(shè)計以及實施方案設(shè)計等；

實現(xiàn)，是將設(shè)計方案轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程，包括制造、解碼、測試以及設(shè)計方案的確認；

運行，則主要是通過投入實施的產(chǎn)品對前期程序進行評估的過程，包括對系統(tǒng)的修訂、改進和淘汰等[1~3]。

CDIO作為國際先進的工程教育理念和模式，從2005年開始被我國高校引進，2008年教育主管部門開始有組織地研究、交流CDIO理念，實驗其做法，成立專家組指導(dǎo)有關(guān)院校開展試點工作。

我國汕頭大學(xué)工學(xué)院在顧佩華教授的率領(lǐng)下，2005年起引入并實施CDIO工程教育模式，2006年1月下旬，CDIO委員會經(jīng)過嚴格審查，一致同意接受汕頭大學(xué)成為中國高校第一個CDIO成員。

清華大學(xué)工業(yè)工程系教授顧學(xué)雍博士在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》和《數(shù)據(jù)庫技術(shù)》兩門課中，創(chuàng)造性地采用CDIO方法教學(xué)。這兩門改革前經(jīng)常被學(xué)生評為最差的課，改革后首次被評為最優(yōu)。

以上兩例都說明，實施CDIO教學(xué)方法，在一些高校已取得明顯效果[1-2]。

CDIO以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學(xué)生積極主動地通過實踐環(huán)節(jié)掌握相關(guān)知識和能力的學(xué)習(xí)模式，注重培養(yǎng)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個人素質(zhì)、發(fā)展能力與協(xié)作能力以及工程－社會大系統(tǒng)適應(yīng)與調(diào)控能力四大能力。

CDIO系統(tǒng)地提出了極具可操作性的12條標準并有相應(yīng)的培養(yǎng)大綱[2,4]。

2 數(shù)控創(chuàng)新實驗教學(xué)存在的問題

數(shù)控實驗教學(xué)，是一門實踐性很強的課程，傳統(tǒng)教學(xué)中存在以下的問題：

（1）教學(xué)內(nèi)容抽象、干癟。教學(xué)中驗證性內(nèi)容偏多，設(shè)計性、綜合性和探索創(chuàng)新性實驗內(nèi)容偏少，應(yīng)用性不強，使得學(xué)生對不同的零件、不同的材料難以合理制定工藝和正確編程，對各種加工方法也知之甚少，影響學(xué)生創(chuàng)新能力的提高；

（2）教學(xué)方法單一。數(shù)控教學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)是一種完全以教師為中心的傳授接受式教學(xué)模式，效果不理想，不利于技術(shù)的掌握，難以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；

（3）實驗項目中各個知識點之間，缺乏有效的銜接和延伸。系統(tǒng)性不夠，不利于學(xué)生對知識的掌握和應(yīng)用，對基本概念缺乏深層次的理解，對數(shù)控編程、操作、加工之間的聯(lián)系，缺乏系統(tǒng)的掌握；

（5）實驗教學(xué)的考核不到位。目前大多數(shù)高校實踐考核只注重結(jié)果的考核，沒有對實踐的過程進行考核，不能真正考核學(xué)生的真實水平。沒有對實驗過程中吃苦耐勞、團隊合作等職業(yè)素質(zhì)的考核，而這些，恰是當(dāng)前多數(shù)企業(yè)重要的用人標準之一。

3 基于CDIO模式的教改實踐

中心在數(shù)控創(chuàng)新實驗教學(xué)過程中，在教學(xué)內(nèi)容上，主要是探索創(chuàng)新性實驗，以提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

教學(xué)方法上，以學(xué)生討論、答辯為主體，充分調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性。

實驗項目上，將零件設(shè)計、工藝、編程、操作和加工各個知識點有機銜接成一體，使他們系統(tǒng)地掌握數(shù)控技術(shù)知識。聘請杭州傲立機械、杭州中策橡膠等企業(yè)的工程師，直接給學(xué)生授課，以企業(yè)實際加工零件作為對象，針對工程，實際培養(yǎng)同學(xué)們的“工程”概念。

實驗考核上，實行項目全生命周期考核，不僅考核實驗結(jié)果，更注重實驗過程中個人能力的發(fā)揮。

每一個實驗項目，均采用構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作4個階段來實現(xiàn)。

構(gòu)思階段，要學(xué)生明白自己做什么，并考慮怎樣做。

今年70歲的翟大姐，早在年輕時賺足了自己所需的錢，大可不必到處奔波，但是看到農(nóng)民高興，翟大姐自己就覺得非常有成就感。那么翟大姐的銷售之路都是一帆風(fēng)順的嗎？事實并非如此。當(dāng)記者問起翟大姐是否遇到過一些困難時，翟大姐激動地向記者講述：“那可多了。因為我賣的化肥是大廠家正規(guī)的肥，相對來說比較貴，當(dāng)時都和農(nóng)民說好了價格。后來不曾想有外縣的人來我們縣低價砸貨，砸得我一點利潤點都沒有了，當(dāng)時我心里很憋屈。但是，我回過頭來一想，只要農(nóng)民用得好，無論是用誰的肥，只要他把地種好了，我就高興了，我沒有利潤就沒有吧！”

設(shè)計階段，要求學(xué)生自己設(shè)計項目實施方案。

實現(xiàn)階段，要求學(xué)生自己動手完成項目。

運作階段，根據(jù)任務(wù)要求，對學(xué)生完成情況進行評價和反饋。

下面以來自企業(yè)實際產(chǎn)品的“橡膠模具零件數(shù)控加工”為例，來介紹學(xué)?；贑DIO模式的數(shù)控創(chuàng)新實驗教學(xué)的實施過程。

3.1 構(gòu)思（Conceive）階段

參與數(shù)控創(chuàng)新實驗的同學(xué)，都是在大三上學(xué)期，已經(jīng)完成大部分專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，對數(shù)控技術(shù)有了一個大概印象，但由于接觸專業(yè)課程時間不長，對行業(yè)研究熱點不夠敏銳。為此，我們特地邀請杭州中策橡膠有限公司的工程師，作為大家實驗的輔導(dǎo)教師，回答學(xué)生的疑問，幫助同學(xué)們在實驗過程中解決發(fā)現(xiàn)的實際問題。同時要求學(xué)生充分地利用學(xué)校內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫資源、網(wǎng)絡(luò)資源等，查找橡膠模具相關(guān)的資料，并且進行匯總整理，以報告的方式提交或在課堂上分組討論。

在這個過程中，鍛煉了學(xué)生收集資料、提煉資料、展示自我的能力。最后根據(jù)實際企業(yè)任務(wù)目標，構(gòu)思出企業(yè)要求的橡膠模具零件的結(jié)構(gòu)，并將學(xué)生按照3～4人一組，組成團隊，進行該產(chǎn)品的可行性分析、功能分析和零件建模，以圖紙的形式，給出零件的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.2 設(shè)計（Design）階段

在此階段，完成項目實施計劃。學(xué)生分組建立學(xué)習(xí)小組，小組討論編寫計劃書，進行任務(wù)描述，說明任務(wù)目標，制定零件的加工工藝方案（包括毛坯準備、機床選擇、工裝夾具選擇、零件加工工序流程等）。在接下來項目設(shè)計及實施過程中，加工工藝輔導(dǎo)教師（全部來自杭州傲立機械有限公司的工程師）通過要求大家定期匯報或不定期討論的方式，來解決實施項目過程中存在的問題。

根據(jù)學(xué)生制定的方案，教師進行點評，討論實施計劃的可行性，并及時反饋，學(xué)生進行修改，如此反復(fù)，最終確定項目完成計劃和實施方案。

3.3 實現(xiàn)（Im plement）階段

在此階段，完成零件的數(shù)控加工檢測。每組根據(jù)前一階段定下的分工內(nèi)容，參加實驗的同學(xué)用CAM軟件完成零件數(shù)控編程，經(jīng)小組討論認可程序無誤，并經(jīng)過軟件仿真后，輸入數(shù)控機床，安裝毛坯和工裝夾具，將零件加工出來，然后通過三坐標等測量儀器給出零件的測量報告。

整個過程中，要求同學(xué)們注意實際生產(chǎn)安全，考慮各種外界因素（如轉(zhuǎn)速、進給量、冷卻等），對產(chǎn)品最終加工品質(zhì)的影響，同時將最終加工好的零件，與前面的設(shè)計進行對比，看看是否符合企業(yè)的要求。

3.4 運作（Operate）階段

每個小組成員，按照任務(wù)書要求進行匯報，根據(jù)CDIO評估方面的標準11和標準12進行評估,評估包括學(xué)習(xí)評估和項目專業(yè)評估兩個方面[5]。在學(xué)習(xí)評估中，可以考慮在整個項目從構(gòu)思、設(shè)計、執(zhí)行、實施過程中，學(xué)生個人學(xué)習(xí)經(jīng)歷和人際關(guān)系技巧、產(chǎn)品、生產(chǎn)流程、系統(tǒng)構(gòu)建技能以及團隊合作知識等方面，進行綜合評估。

專業(yè)評估由結(jié)題專家組（由各個階段的實驗指導(dǎo)教師組成），通過對該項目提交的資料、成果以及最終的結(jié)題答辯情況進行評定，得到學(xué)生的綜合成績。各個考核指標及分值如表1所示。

表1 項目考核指標及分值分配

通過上述4個階段，把學(xué)生所學(xué)過的分散的數(shù)控相關(guān)知識，以一個完整項目的形式串成一個有機的整體，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，培養(yǎng)學(xué)生合作交流和團隊合作能力。

在實施整個CDIO教學(xué)過程中，是理中有實，實中有理，工學(xué)交替在“做中學(xué)”。項目實施過程中，學(xué)生們具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容及能力目標，如表2所示。

表2 項目學(xué)習(xí)內(nèi)容及能力目標

4 數(shù)控創(chuàng)新實驗教學(xué)改革的特色

所開展的基于CDIO模式的數(shù)控創(chuàng)新實驗教學(xué)的實踐活動，具有以下特點：

4.1 轉(zhuǎn)變了教學(xué)觀念，培養(yǎng)了學(xué)生工程觀念

在CDIO理念中，培養(yǎng)學(xué)生工程觀念是一個關(guān)鍵的步驟[6]。我們通過聘請企業(yè)工程師作為學(xué)生實驗指導(dǎo)教師，并將企業(yè)要求的實際產(chǎn)品作為實驗對象。要求教師在教授的時候，需要理論聯(lián)系實際，逐步深入，突出工程設(shè)計的意識和思維過程，讓同學(xué)們真正弄清各單元操作工程理論的來龍去脈、培養(yǎng)了學(xué)生的工程設(shè)計能力，同時又鍛煉了學(xué)生分析解決工程操作型問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。另外，也同時提高了數(shù)控實驗教學(xué)師資隊伍的能力和素質(zhì)。

4.2 營造了開展創(chuàng)新活動的氛圍

以項目為中心的實踐教學(xué)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。在數(shù)控實驗教學(xué)中，采用以項目為導(dǎo)向的教學(xué)。師生通過共同實施一個完整的項目工作，而進行的教學(xué)活動，其將學(xué)習(xí)者融入有意義的任務(wù)完成過程中，讓學(xué)生有目標地自主學(xué)習(xí)；從結(jié)構(gòu)設(shè)計建?！に囋O(shè)計—數(shù)控編程—仿真與實際加工—產(chǎn)品品質(zhì)檢測等多方面，進行綜合實踐，在每一個階段，都為學(xué)生提供一個展現(xiàn)才華的空間。

4.3 學(xué)生綜合能力得到顯著提升

通過幾個學(xué)期，我們通過以CDIO教育理念，對數(shù)控實驗教學(xué)進行了改革，取得了一定的成績，學(xué)生的綜合能力和社會認可度都得到了提高。具體表現(xiàn)在：在近兩年的浙江省機械大賽中，我們的學(xué)生獲得一等獎2項，二等獎2項，三等獎6項；數(shù)控工藝職業(yè)技能考證通過率達到100%；近三年畢業(yè)生就業(yè)率均為100%等等。

5 結(jié)束語

面對當(dāng)今我國經(jīng)濟和科技的迅猛發(fā)展，高校人才培養(yǎng)的定位應(yīng)該是：面向工程實際，具備堅實的工程技術(shù)基礎(chǔ)、系統(tǒng)的專業(yè)知識和較強實踐能力，能從事科技開發(fā)、應(yīng)用研究、生產(chǎn)管理等方面工作的具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型高級技術(shù)人才。

通過學(xué)校數(shù)控實驗教學(xué)改革實踐，我們發(fā)現(xiàn)，基于CDIO的教學(xué)模式，建立了以往工科教育中缺乏的工程觀，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，轉(zhuǎn)變了學(xué)習(xí)態(tài)度，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作意識。以項目導(dǎo)向的教學(xué)過程中理中有實、實中有理，使得以往理論實踐相脫離的問題得以改善，同時也為兄弟院校CDIO教學(xué)模式的推進提供了參考。

[1]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO-汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式[J].高等工程教育研究，2008，(1)：12-20.

[2]査建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，(3)：1-6.

[3]康全禮，陸小華，熊光晶.國際創(chuàng)新型工程教育模式中國化的探索與實踐[J].煤炭高等教育，2008，26(4)：4-7.

[4]郭小勤，曹廣忠.基于項目的CDIO理念在課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2010，8(3)：83-85.

[5]李 軍，劉海濤，畢睿華.基于CDIO模式的大學(xué)生科技創(chuàng)新探討[J].南京工程學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，10(4)：57-60.

[6]顧佩華，沈民奮，陸小華.重新認識工程教育—國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009.