羅杜宇，胡光明

（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510520）

1 CDIO 工程教育模式

CDIO 工程教育模式是近年來國際工程教育改革的重要成果，CDIO 代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品的運(yùn)行、維護(hù)和廢棄的全生命周期為載體，建立一體化的相互支撐和有機(jī)聯(lián)系的課程體系，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工科課程[1]。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個(gè)人技能、人際團(tuán)隊(duì)精神和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，其強(qiáng)調(diào)的是知識與能力并重，教學(xué)模式的改革應(yīng)能體現(xiàn)如何將能力培養(yǎng)落實(shí)到課堂[2]。在CDIO 理念指導(dǎo)下，很多高校針對具體課程進(jìn)行了主動(dòng)學(xué)習(xí)和實(shí)踐的教學(xué)模式的改革和探索。蘇宏林、浦毅[3]以機(jī)械制圖與CAD 課程為例，參照CDIO 的標(biāo)準(zhǔn)，把校企深度融合作為基礎(chǔ)，構(gòu)建了基于CEC-CDIO 的知識與能力要素和課程內(nèi)容體系并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐，實(shí)踐證明應(yīng)用CDIO 理念開展有效教學(xué)，可以達(dá)到良好的教學(xué)效果。劉超、吳娜[4]提出了基于CDIO 工程教育理念的汽車構(gòu)造課程教學(xué)模式改革的研究與實(shí)踐，從構(gòu)建新課程體系、考核形式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等方面進(jìn)行了教學(xué)改革，取得了良好的教學(xué)效果。

2 高職數(shù)控加工編程與操作課程CDIO 教學(xué)模式

數(shù)控加工編程與操作課程是高職數(shù)控技術(shù)專業(yè)的一門核心課程。該課程要求學(xué)生掌握數(shù)控加工的工藝知識、編程知識及數(shù)控機(jī)床的操作方法，能完成典型零件的數(shù)控編程，熟練操作數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工，同時(shí)能正確使用常用的量具完成零件的檢測。目前，該課程一般為72 ～90 學(xué)時(shí)的理實(shí)一體化的教學(xué)，再銜接2 周數(shù)控綜合實(shí)訓(xùn)周。CDIO 教學(xué)模式能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代教學(xué)手段與工程實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，即選擇典型機(jī)械零件作為貫穿教學(xué)的項(xiàng)目，按照構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作四個(gè)步驟組織每一個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)活動(dòng)。根據(jù)學(xué)生的學(xué)情、認(rèn)知水平以及課程的特點(diǎn)，將教學(xué)過程分為基礎(chǔ)教學(xué)和綜合運(yùn)用兩個(gè)層次，按照機(jī)械零件的數(shù)控編程與加工步驟，遵循工廠機(jī)械加工工藝流程，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，采用課堂內(nèi)外兩種學(xué)習(xí)形式，形成以理論知識為基礎(chǔ)、實(shí)踐應(yīng)用為重點(diǎn)、課程之間有機(jī)聯(lián)系為特色、工程能力與素養(yǎng)為目標(biāo)的CDIO 教學(xué)模式。

3 CDIO 教學(xué)模式應(yīng)用案例

3.1 教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

在數(shù)控加工編程與操作課程分層次引入兩類項(xiàng)目。

第一類是典型機(jī)械零件數(shù)控編程與加工項(xiàng)目，其貫穿基礎(chǔ)教學(xué)。此類項(xiàng)目是以數(shù)控中（高）級工考證樣題為藍(lán)本，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)而成[5]。項(xiàng)目通過訓(xùn)練任務(wù)承載教學(xué)內(nèi)容，整合課程知識，串聯(lián)機(jī)械制圖、公差配合與測量技術(shù)、機(jī)械制造基礎(chǔ)等前導(dǎo)課程，同時(shí)為后續(xù)綜合項(xiàng)目作鋪墊。例如選用“圓弧臺階螺紋軸編程與加工”項(xiàng)目如圖1 所示，承載數(shù)控車床編程與加工的知識點(diǎn)，教師將一個(gè)典型的機(jī)械零件分解為一系列覆蓋課程知識點(diǎn)、由淺入深地訓(xùn)練任務(wù)，如圖2 所示。

圖 1“圓弧臺階螺紋軸編程與加工”項(xiàng)目

圖2 訓(xùn)練任務(wù)1 ～4

每個(gè)訓(xùn)練任務(wù)都具有各自的圖樣分析、數(shù)學(xué)計(jì)算、工藝制訂、程序編程和虛擬加工等活動(dòng)，隨著訓(xùn)練任務(wù)的遞進(jìn)，增量式地完成整個(gè)零件的編程與虛擬加工，隨之也就完成了數(shù)控車床部分的教學(xué)目標(biāo)。項(xiàng)目的教學(xué)案例對應(yīng)的編程知識點(diǎn)關(guān)系如表1 所示。在項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中，實(shí)現(xiàn)了多次知識內(nèi)化，使學(xué)生主動(dòng)的完成知識的構(gòu)建和工程素養(yǎng)的形成。

第二類是車銑復(fù)合零件的數(shù)控編程與加工項(xiàng)目。此項(xiàng)目涵蓋課程主要的知識點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識和協(xié)同工作的能力。基礎(chǔ)教學(xué)階段結(jié)束后，學(xué)生能獨(dú)立完成了一個(gè)典型中等復(fù)雜零件的編程與虛擬加工。但是因?yàn)榛A(chǔ)階段的項(xiàng)目設(shè)計(jì)是數(shù)控車（銑）床分開進(jìn)行，案例相對單一，當(dāng)學(xué)生面對車銑復(fù)合零件時(shí)，需要綜合運(yùn)用基礎(chǔ)階段所掌握的知識，較為宏觀的完成項(xiàng)目，例如車銑工藝的排序、車銑數(shù)控程序的銜接等。因此，在綜合運(yùn)用階段，要求學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)合作，角色分擔(dān)的形式完成，提升學(xué)生的CDIO 能力。

3.2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

（1）基礎(chǔ)教學(xué)階段。首次授課采用案例教學(xué)模式，教師以簡單的臺階軸為例，以提問方式引導(dǎo)學(xué)生分析待加工零件的尺寸精度，形位要求，設(shè)備、刀具、夾具及量具的選擇，工藝安排，引導(dǎo)學(xué)生回顧知識并將數(shù)控加工編程與操作課程與其前導(dǎo)課程建立聯(lián)系；采用講解法介紹數(shù)控編程的特點(diǎn)、數(shù)學(xué)計(jì)算、編程格式等知識點(diǎn)，同時(shí)向?qū)W生展示臺階軸數(shù)控編程與虛擬加工。教師在案例教學(xué)的過程中，學(xué)生跟隨教師的步驟完成“圓弧臺階螺紋軸”臺階軸部分的編程與虛擬加工訓(xùn)練任務(wù)1。讓學(xué)生初步了解數(shù)控編程和虛擬加工的知識后即可開展CDIO 教學(xué)模式，通過基礎(chǔ)教學(xué)和綜合運(yùn)用兩個(gè)層次，以課前準(zhǔn)備、課堂學(xué)習(xí)、課后鞏固三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的方式遞進(jìn)地完成從接受知識到內(nèi)化知識的過程，如表2 所示。

課前準(zhǔn)備是CDIO 教學(xué)模式的自學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師提前一周將下一次課知識點(diǎn)的相關(guān)資料發(fā)布到平臺上，學(xué)生通過針對性強(qiáng)的、任務(wù)單一的案例掌握“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作”所對應(yīng)的程序編制與加工的步驟，通過圖樣分析、數(shù)學(xué)計(jì)算、工藝制定、程序編制、虛擬加工來逐步接受知識和形成工程能力。學(xué)生需要完成案例的編程與加工并提交自學(xué)作業(yè)。學(xué)生在自學(xué)中遇到的問題可以通過相互討論、查找資料和教師答疑等方式實(shí)時(shí)解決，也可以將問題帶入課堂解決。

課堂學(xué)習(xí)是工程基礎(chǔ)知識、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力形成的關(guān)鍵，也是知識內(nèi)化的過程。教師根據(jù)學(xué)生課前提問、提交作業(yè)等情況，進(jìn)行有針對性地講解，按照“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作”演示課前案例，介紹評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生根據(jù)教師的講解解決課前學(xué)習(xí)中遇到的問題，獨(dú)立完成案例。然后教師布置訓(xùn)練任務(wù)，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行工程實(shí)踐。小組成員按設(shè)計(jì)員、工藝員、數(shù)控編程員、機(jī)床操作員等角色各行其職，遇到問題采用組內(nèi)討論或向教師提問的方式解決。最后，各組選出代表展示零件的虛擬加工結(jié)果，教師點(diǎn)評總結(jié)。課堂教學(xué)環(huán)節(jié)模擬工廠的工作環(huán)境，理實(shí)一體的實(shí)訓(xùn)室成為工程實(shí)踐的場所，學(xué)生在執(zhí)行工作任務(wù)的過程完成了知識的消化吸收，在團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作的方式中形成工程系統(tǒng)能力。

表1 “圓弧臺階螺紋軸編程與加工”項(xiàng)目與教學(xué)案例對應(yīng)知識點(diǎn)

表2 高職《數(shù)控加工編程與操作》課程CDIO 教學(xué)模式

課后鞏固是CDIO 教學(xué)模式的復(fù)習(xí)、提升關(guān)鍵。學(xué)生總結(jié)知識點(diǎn)，根據(jù)教師課堂評價(jià)，修改、完善、優(yōu)化數(shù)控程序，上傳工藝文件、程序清單和虛擬加工結(jié)果等資料，溫故知新。

（2）綜合運(yùn)用層次。課程綜合運(yùn)用階段，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、分組合作的方式由學(xué)生自主完成車銑復(fù)合零件的設(shè)計(jì)和加工過程。此階段教師提供協(xié)助性幫助，對各小組工作過程中的問題進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)。組內(nèi)成員參照車銑復(fù)合零件典型案例進(jìn)行實(shí)踐，集體討論零件的設(shè)計(jì)，提交設(shè)計(jì)圖教師審核通過后執(zhí)行編程和加工任務(wù)，組長分配角色，組員按分配的角色承擔(dān)工作任務(wù)。各組完成后要求提交工藝文件、演示虛擬加工和答辯，小組間提問互評，最后由教師進(jìn)行評價(jià)總結(jié)。綜合運(yùn)用階段，車銑復(fù)合件編程和加工項(xiàng)目難度較大，工藝流程約束較多、數(shù)控程序銜接復(fù)雜，學(xué)生必須熟練運(yùn)用先導(dǎo)課程和基礎(chǔ)教學(xué)階段所學(xué)知識，通過個(gè)人探究和團(tuán)隊(duì)合作，完成項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作全過程，實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化的同時(shí)還完成了知識的遷移。

4 結(jié)束語

廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院于2104 年開始，對數(shù)控技術(shù)專業(yè)開設(shè)的數(shù)控加工編程與操作課程進(jìn)行CDIO 教學(xué)模式的改革，參與人數(shù)達(dá)260 余人。將CDIO 理念引入課程教學(xué)中，使課程更貼近數(shù)控技術(shù)崗位的能力需求，同時(shí)提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、增強(qiáng)了學(xué)生的技術(shù)知識和工程系統(tǒng)能力、培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識，實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)到CDIO 能力培養(yǎng)的過渡，為學(xué)生能順利適應(yīng)和勝任數(shù)控技術(shù)崗位群的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。