基于CDIO模式的數控機床維修教學實踐

楊 輝，萬海鑫，張宣升，許光彬

基于CDIO模式的數控機床維修教學實踐

楊 輝，萬海鑫，張宣升，許光彬

以往的數控機床維修教學重理論，輕實踐的問題，引入CDIO教育模式，以學生為中心，制定相關標準，創建“維修學習空間”，讓學生在真實工作環境中熟悉項目運作流程，掌握理論知識，提高應用能力和維修技能。

CDIO；數控機床；教學改革；學習空間

高等職業教育的任務是培養高技能應用型人才，尤其是與國際接軌的職業技術人才。研究實踐表明，國際CDIO理念和方法先進可行，適用于現代職業教育改革。

一、傳統教學方式存在的問題

數控機床維修課程要求學生掌握抽象的概念，具有良好的認知能力和一定的應用能力。傳統的教學內容通常包括維修簡介、軟件應用簡介、機床維修理論簡介，只涉及實際維修知識的極小部分，減少了數控機床內部結構、精度維修和結構故障等內容。教師將重點放在數控系統維修理論部分，學生很少嘗試部件安裝、線路連接、維修工藝設計等實踐環節，對基本概念缺乏深層次的理解，對工藝系統分析和維修實施之間的聯系缺乏系統掌握。這種教學方式下，教學內容抽象、干癟，學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，不利于技術的掌握。

二、CDIO工程教育模式

CDIO 分別表示構思(Conceive)、設計(Design)、實施(Implement)和運作(Operate)。它是以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生積極主動的通過實踐環節掌握相關知識和能力學習的方式。

（一）CDIO 大綱

CDIO大綱提出知識、能力及態度的主題分為：基礎知識、個人能力、人際團隊能力和系統能力。它綜合培養學生達到4個層面的目標，與工程實踐標準一致。（1）特點：包含所有的能力需求內容，由多個領域的專家評審通過。（2）價值：可用于各個專業，可作為一個通用模型，指導教師獲得期待的效果和培養目標。把知識、能力和態度作為職業教育的結果，把教學效果納入培養大綱。（3）效果：學生應掌握什么，能做什么，這些問題在大綱中得到全面體現。

（二）CDIO 標準

CDIO具有可操作性的能力培養、全面實施及檢驗測評的標準。它包括：背景環境、學習效果、一體化課程計劃、工程導論、設計-實現的經驗、工程實踐場所、一體化學習經驗、主動學習、教師實踐能力提升、教師教學能力提高、學生考核、專業評估。這一標準可以作為教學改革和評估，設立實施基準和目標，制定可持續改進要求的參照。它既體現了與其他教育模式的不同，又反映職業教育的最佳實踐，為建立基準和目標提供持續改進的框架。它著力于培養具備創新能力、人文素質和職業道德的新型職業技術人才。

三、CDIO模式在數控機床維修教學中的實施

在CDIO框架內建立教學和學習的工作場所，結合學習經驗和CDIO評估標準建構新的標準。根據標準設計以學生為中心的綜合頂峰項目 “維修學習空間”，運用各模塊知識，創立真實工作環境，完成整個項目，提交小組報告。

（一）教學目標

對各門課程（機械制圖、CAD、公差配合、數控原理、數控機床編程與操作、PLC、機床電路等）的知識進行分析與應用，使用各種維修方法。通過與團隊成員的協作，培養團隊合作精神，提高實踐數控機床組裝工藝的設計技能，培養質量意識和時間管理意識。制定數控機床組裝的實施步驟與計劃，培養創造性思維和創新意識。計劃、組織和編寫小組項目報告。

（二）教學任務

（1）安裝硬件的策劃問題。閱讀圖紙，配合機械與電路圖，完成安裝整體構思。（2）電氣部分的計算和傳輸。分析故障現象，歸納故障特點，判斷故障現象的轉移。（3）安裝工藝分析和調試。通過嘗試安裝主軸和進給部件，配合小組成員完成不同工作。采用綜合的維修分析和參數設置，選取FANUC 0i、華中世紀星或西門子802C等系統，完成參數、程序、梯形圖。按照機床參數設置將所有尺寸精度調整到極限狀態的設計標準。

（三）實施步驟

1.組裝工藝介紹。教師授課內容包括維修工具應用，傳統機床維修工藝，數控機床組裝工藝，現代維修方法在數控機床組裝中的應用等。

2.構思階段。提出數控機床組裝項目問題，分組實施數控機床組裝工藝的設計，每個班級分成5個小組進行，每組6-8名學生，每組選出一名小組長。學習空間配備有小型數控機床、數控系統、標準電纜及接頭、安裝工具、檢測儀器、試車用具等。各個小組提交項目報告，派代表進行報告說明。

3.設計階段。完成項目實施計劃，確定數控機床組裝工藝流程，提交維修工藝流程圖，制作電氣線路圖、儀器與組裝圖等。

4.實施階段。完成數控機床成套零部件的安裝與調試，完成參數設置，形成skill-CDIO教學模式。

5.運作階段。數控機床模型運作及組裝質量的測試，演示模型運作，提交項目報告，進行答辯。

四、數控機床維修教學改革的效果分析

（一）創新解決方案，實時體驗學習

在項目構思時，以現有維修模塊為單元，構建真實維修學習空間，這解決了傳統教學中存在的不足，使學生獲得與實際操作相結合的學習經驗。這是依據數控機床維修原理，充分利用現有的實驗室設備空間的結果。真實維修學習空間的作用有：（1）加深學生對數控機床維修理論和實踐的理解。（2）結合不同的數控機床維修模塊進行實驗與實訓。（3）提供學習環境，將實驗室用于模塊化、真實化和智能化技術工作。

（二）創建“維修學習空間”

在項目設計時，依據系統思維，全員參與，整體設計的原則，結合實驗室管理、機床維修技術等提出“維修學習空間”，推行CDIO職業教育經驗。教學模塊的構建都在現有的實驗室完成。“維修學習空間”支持CDIO教學框架，提供實時的行為經驗學習，強調對真實世界的系統和產品范圍內的教育。

采用CDIO工程教育方法，發揮各種角色在該階段的作用。根據初步概念設計和要求完成維修工藝，書面報告，系統部件連接等。學生扮演生產現場監理和數控機床維修人員的角色。skill-CDIO具有鮮明特色：（1）該模式教學中所有機床結構是開放的，通過組裝，學生可以清楚了解機床結構，體驗安裝人員的實際工作，學習機床維修技術將變得具體生動。（2）所有成員完成典型結構連接，部件上標識不同類型連接。學生可以直觀地了解其他成員安裝的完整體系以及部件的支撐和運轉。

（三）培養綜合能力

項目實施時，通過安裝成套的機床備件、檢測系統，學生可以真實體驗維修技術的應用，為“維修學習空間”提供可靠的保證。學生自己動手安裝、論證，通過合理的檢驗、試運行再進行下一步工作。部件安裝是機床維修的關鍵，是衡量機床性能的重要標準。其中軟件程序安裝到兩臺PC機中，獲得數據并顯示結果。

（四）有助于技術總結、推廣和提高

在項目運作階段，通過拷機程序的運行，直接把安裝各部件的質量綜合反應到加工零件上。同時通過報告反應機床運行時的故障與安裝維修的要點。“維修學習空間”以學生為中心，以真實的實驗為基礎，配合學生主動和實時的經驗式學習，使得數控機床維修技術易于理解和掌握。可以把此方法在同類項目課題中進行推廣應用。

五、結論

通過吸收先進職業教育理念，應用CDIO標準，創新解決方案，構建“維修學習空間”，建立符合國際職業教育理念的教學體系，解決了傳統教學模式存在問題。同時把職業技能與CDIO各階段有機結合，形成skill-CDIO模式，開展更多的以學生為中心的實時體驗活動，培養得到國際認可的技術人才。

[1]顧佩華，沈民奮，陸小華.重新認識工程教育—國際CDIO培養模式與方法 [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，安徽阜陽人，碩士，阜陽職業技術學院（安徽阜陽236031）機電工程系主任，副教授。

2010-11-10

安徽省教育廳教學科研項目“數控機床故障診斷與維修技能實訓教學研究”（項目編號：2008JYXM641）。