基于CDIO 模式的機電一體化實訓項目構建*

◆蘇東海 單光坤

作者：蘇東海，沈陽工業大學高等教育發展研究中心；單光坤，沈陽工業大學機械工程學院（110870）。

在即將邁出大學校門之際，部分學生心里存在一種焦慮：畢業是否就意味著失業？形成這種現象的原因有學生個人方面的原因和社會方面的原因，筆者認為主要包括：1）社會主義核心價值觀還沒有真正樹立起來，缺乏明確的社會責任感；2）心理脆弱，攀比心強；3）實踐能力差，缺少職業經歷、就業競爭力；4）知識掌握不扎實，缺乏團結協作能力。

以上因素造成畢業生的能力素質與用人單位的要求存在較大差距，加大了畢業生就業的難度[1]。針對存在的問題，沈陽工業大學機械工程學院積極開展卓越工程師教育培養計劃的實施工作，目標是培養能夠解決工程實際問題、創新能力強、適應經濟社會發展需要的具有國際視野的高質量應用型工程技術人才。

1 教學體系中CDIO 教學模式的有機融入

現有的機自專業課程設置中每門專業基礎課和專業課都配有相應的實踐環節，但缺少綜合運用多學科知識的實踐環節。學生通過金工實習、認識實習及生產實習等環節，雖然能從企業的現實生產環境中了解理論知識在實踐中的應用，可是仍然無法親身體驗整個工程項目是怎樣設計、搭建及生產運行的。

為了解決這個問題，認真學習和理解美國和瑞典的四所高校創立的CDIO（Conceive，構思；Design，設計；Implement，實現；Operate，運作）工程教育理念。CDIO強調工程實踐教學的重要性，強調培養學生主動學習和動手實踐的能力，以及分析問題和解決問題的能力，強調培養學生職業技能和道德，以及團隊協作和交流[2-3]。這正是解決面臨的教學問題的金鑰匙。

將CDIO 工程教育理念應用到實踐教學環節中，立足本校的培養目標，整合機電方向多門核心專業課程知識，為機自專業大學三、四年級的學生增設機電傳動與控制大型集中項目訓練課程。該課程立足于機械原理、機械設計、液壓與氣壓傳動、機電傳動與控制技術及測試技術等多門課程的理論知識，以工程設計任務的方式下達給學生，要求學生在設計過程中主動尋求解決問題的知識和方法，以實際工程設計方案的形式完成課題，并在實訓工作室的成組設備上實現設計方案。

2 實訓項目的實施策略

實訓項目的工程基礎 沈陽工業大學與亞德克（中國）有限公司聯合建立了“卓越工程師”聯合培養實習實訓基地，實訓項目就是基于該實習實訓基地的模塊式柔性自動生產線實訓系統展開的?；鞠到y由六個站組成，每站各有一套PLC 控制系統獨立控制，在基本單元模塊實訓完成以后，又可以將相鄰的兩站、三站直至六站連在一起，學習復雜系統的控制、編程、裝配和調試技術。學生在實訓過程中要綜合運用現代實際生產中較流行的、較先進的各種很實用的技術知識點，其中包括PLC 控制編程技術、電氣控制技術、氣動應用技術、傳感器技術、機器人應用技術等知識，充分發揮自己的創新思維，采用模塊化的設計對設備進行擴展改造。

實訓項目的實施途徑 學生在認真閱讀實訓指導書的基礎上，掌握實訓工作臺的機械結構、氣動單元和電器單元的組成。根據設備自擬訓練任務或者由教師下達設計任務，學生為完成設計任務需要做以下工作：

1）啟動并觀察裝置的運動過程，繪制出裝置的機構運動簡圖、氣動控制原理圖、系統的機械裝配圖；

2）根據裝置的實際電器接線情況，繪制出電氣控制原理圖及I/O 分配表；

3）列出工作臺上所有電器元件、氣動元件的明細表，注明型號等信息；

4）讀出PLC 的控制程序，并結合實際運動過程，熟練掌握電器元件、氣動元件及機械機構的工作原理，熟練掌握運動控制程序；

表1

5）根據訓練任務搭建電氣控制系統，編制裝置的運動過程控制程序。

6）在自動生產線上調試控制程序，完成設計任務要求的設備運動。

實訓項目實施過程的管理

1）每五名學生組成一個實訓小組，實行組長負責制，由各小組組長協助指導教師共同完成實訓設備的使用調度工作；

2）實訓時間為期一周，進程安排如表1 所示。

3 本實訓項目的特色

以項目設計為導向的綜合能力培養理念 課程體系中與課程對應的實驗和課程設計只是對一門課程知識點的驗證及總結，而本項目是借鑒國外CDIO 培養模式，將機電方向所涵蓋的多門專業基礎課和專業課的知識點融于工程項目設計之中，這樣培養出來的人才才能做到與企業工作崗位的零距離銜接。

培養學生基于項目、問題的主動學習方法 實訓項目成為專業基礎課和專業課學習的主線。由于實訓項目的任務下達時間是在學校教學的第六學期，學生將圍繞工程設計任務主動地在第六、七學期開設的各門課程中搜尋專業知識，極大地調動了學生學習的主動性，這也正是CDIO 培養模式所提倡的[4]。

工程項目驗收的考核方式 課程考核以工程項目驗收的形式，根據學生講解設計思路、設備運行演示、現場答辯及設計項目報告等環節，由多名指導教師給出最終成績。評選出考核成績高的小組為全體學生演示設計的成果，促進全體學生共同進步。

注重學生綜合素質提升 實訓課中每組學生都承擔了工程性極強的設計任務，目的是突出培養學生的創新精神、實踐能力、自學能力、綜合能力、交流溝通與表達能力、團隊合作精神和對大系統的適應與調控能力，只有友好合作、不怕挫折的團隊才能交上滿意的答卷。

4 結論

通過完成生產過程控制任務的設計及實現，對學生進行貼近生產現場的工程實訓，使學生很好地掌握了機械設計、工業自動化控制系統設計的過程和方法，培養了工程設計能力，提高了學生學習的方向性和主動性，提高了參與研制開發高技術附加值產品的能力和從事工程技術或協調管理的技能。在整個教學過程中，指導教師充當知識的引領者、項目進行的督查者、實訓生產線的管理者，實現了引導式實踐教學。筆者希望教改經驗對其他工程院校的機械類專業以及其他工程類專業的人才培養起到有價值的借鑒作用。

[1]馬德全,王立民.當前大學生存在的主要問題、成因及對策[J].內蒙古民族大學學報,2008,14(5):117-118.

[2]齊建家,劉桂波,何文廣,等.基于CDIO 模式的機床電氣控制與PLC 課程項目化教學設計[J].中國科技信息,2012(10):231-232.

[3]王仲文,段瑞珍.基于CDIO 模式的機電一體化專業教學改革初探[J].價值工程,2013(15):238-239.

[4]王偉,王殿君,申愛明,等.基于CDIO 人才培養模式的機械電子工程專業實踐教學體系的改革與探索[J].安徽師范大學學報:自然科學版,2010,33(2):136-138.