基于ST-CDIO模式的《數控加工編程與操作》教學探索與實踐

孫克銳

（浙江同濟科技職業學院，杭州 311231）

基于ST-CDIO模式的《數控加工編程與操作》教學探索與實踐

孫克銳

（浙江同濟科技職業學院，杭州 311231）

CDIO工程教育模式符合現代工程人才培養目標，同時CDIO也是一個開放的模式。結合我院《數控加工編程與操作》課程教學現狀和存在的不足，在借鑒CDIO模式的基礎上，創新性的提出ST-CDIO模式，即將情境教學法與CDIO模式融合起來。基于ST-CDIO模式對該課程從“構思、設計、實現和運作”四個階段進行教學改革，活躍了教學氣氛，提高了學生工程能力、職業素養、人文素養和職業可持續發展能力。

ST-CDIO情境教學工程教育數控加工

引言

CDIO教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計 （Design）、實現（Implement）、運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標［1-2］。

CDIO是基于“項目教育和學習”和“做中學”的集中體現，以項目為依托，團隊成員之間相互學習、合作、交流，共同完成項目任務［3］。

1　《數控加工編程與操作》課程教學現狀

學院將《數控加工工藝與編程》和《數控加工實訓》合成《數控加工編程與操作》一門課，采用教學做一體化，提高了學生學習興趣和動手能力。不過，采用的項目教學方法在項目規劃、執行和系統性方面與CDIO的要求有一定差距。此外，由于項目在學校教室和實訓基地完成，與企業的實際環境有差異，學生的工程體驗感較差。

為進一步提高教學水平、學生工程綜合能力和職業素養，在探索實施CDIO的同時，提出ST-CDIO教育模式，即將情境教學法（Situational Teaching）和 CDIO模式緊密結合起來。 情境是指帶有一定情緒色彩的場景。ST-CDIO模式的情境設計包括教學現場布置要貼近工程實踐場景，教師引導學生在CDIO的不同階段扮演不同的角色并引導學生進入相應情境。

2　基于ST-CDIO模式的《數控加工編程與操作》課程教學改革

ST-CDIO模式三要素：項目、工程實踐情境、做中學，強調學生自主學習和探索性學習。通過一個個生產性實踐項目訓練，打破以學科為中心的傳統教學模式，構建知識、學科間的關聯性，使學生工程能力和職業素養培養有依托。

2.1構思（Conceive）

為貼近生產實際，CDIO模式離不開產學合作［4］。項目來源最好是產業界的實際項目，指導老師根據教學目標要求，篩選或改進項目。為調動學生學習積極性和創造性，提倡學生自己構思項目，既豐富教學案例，又能減少學生間抄襲現象，學生也更容易融入情境中。例如在介紹數控銑床基本指令G00、G01等應用時，常采用圖1加工字母的案例［5］。指導老師可以讓學生在給定的毛坯上設計、加工自己名字首字母，要求字母輪廓清晰、美觀大方、間距均勻。通過項目實施，學生既加深對本門課程知識的掌握，又關聯應用了CAD繪圖、設計。完成項目后，學生普遍有成就感。

圖1　P0S零件圖

在構思環節引入情境教學法，指導老師引導學生扮演諸如設計師、生產者或客戶的角色。客戶提需求，設計師構思產品，滿足客戶需求，生產者就生產可行性提出建議。通過情境教學，倒逼學生主動查閱資料，擴大知識面，提高參與度，加深對項目了解，培養學生換位思考能力。

2.2設計（Design）

將前期的概念產品通過計算、設計，最后轉化為圖紙、工藝。針對《數控加工編程與操作》課程，設計階段主要完成設備選型、刀具選型、裝夾方式選擇、切削用量選擇、走刀路線規劃、加工工藝編制、編程和仿真、程序改進。設計階段情境包括：設計場景、討論場景、評審場景。設計室按小組布置一個個圓桌，便于小組討論和減少組與組之間干擾。小組成員都是獨立設計師，最后小組討論決定最優方案。復雜項目，組長可將任務分解指派到個人。設計評審場景，小組以PPT形式匯報設計方案，其他小組為評審小組，對設計提出意見，匯報小組答辯，指導老師總結點評。設計階段的評價標準包括過程評價和結果評價。過程評價主要考核學生參與項目的主動性和對項目的貢獻程度。結果評價主要是技術層面，包括工藝合理性、加工效率和程序正確性等。

設計師的角色扮演培養學生責任意識、社會意識、嚴謹意識，特別是評審情境能訓練學生表達能力、思維能力，促進交流和提高團隊意識。

2.3實現（Implement）

數控加工項目的實現（Implement）階段主要指加工準備和產品制作，包括：領料、工件裝夾、刀具裝夾、工量具準備、程序錄入、校驗、對刀、加工、檢測。情境設計強調實訓場地布置和現場管理應讓學生身臨其境，如同置身工廠一線。每個小組對應一臺機床，獨立操作加工，教師引導學生進入生產角色并巡查指導。操作者領取加工任務單；倉管員負責發料并做好登記，作為加工廢品率依據；組長扮演班組長角色，監督生產；其他成員輪流擔當巡檢，不定期抽檢產品，保障加工品質。實現階段評價標準：無生產事故、安全文明操作、工量具規范使用、工件裝夾合理、刀具安裝正確、機床操作熟練程度和工件精度。

根據筆者教學實踐，未實施ST-CDIO模式前，學生安全生產和文明操作意識不強，工具經常亂放、亂借、不注意機床保養、機床使用后工作臺忘歸位，機床衛生不清理、加工粗心大意等。實施ST-CDIO模式，通過模擬車間工作環境、管理模式和學生扮演不同角色，增強了學生體驗感，提高安全生產意識、品質意識、環保意識等職業意識和職業能力。

2.4運作（Operate）

主要指加工過程中問題分析解決、產品質量和精度分析、裝配和調試。數控加工常見問題有程序錯誤、機器異常、尺寸超差、表面質量不達標等。遇到問題，學生首先要自己分析處理，其次尋求幫助，指導教師主要是啟發指導。學生在“做”中綜合運用已學知識，將理論與實踐結合起來。

基于ST-CDIO模式，可在運作（Operate）環節構建產品優化改進場景、問題討論場景、項目總結場景。小組以PPT和成果展示的形式匯報項目達成情況，分享從構思（Conceive）到運作（Operate）整個過程經驗教訓，在接下來的項目中有的放矢。每個小組成員可以從CDIO培養大綱要求的四個層面能力分享交流，由于課時限制，該分享在課下完成，教師不定期參與。

基于ST-CDIO模式的《數控加工編程與操作》課程教學設計見表1。

表1　基于ST-CDIO模式的《數控加工編程與操作》課程教學設計

3　基于ST-CDIO模式的《數控加工編程與操作》課程教學效果

ST-CDIO模式在CDIO各個階段結合工程實際貫穿相應的場景，學生有機會扮演不同的角色，更好的體驗工程實踐，更有利于工程意識的培養和工程綜合能力的提高，有利于學生了解自己的長處、短處、興趣愛好，畢業后更容易適應工作崗位且崗位選擇余地大，職業可持續發展能力強。

3.1工程基礎知識

指技術知識和推理能力。基于ST-CDIO模式教學《數控加工編程與操作》，學生除了掌握加工工藝、編程和加工知識外，還綜合運用了《機械制圖》、《工程力學》、《機械制造基礎》等學科知識。通過實際加工和解決問題，為后續課程《數控機床機構》、《數控機床裝調與維修》的學習奠定基礎。以項目為主線將相關學科知識聯系起來，學以致用，知識掌握的更牢、更透、更活。

3.2個人能力

指個人職業技能和職業道德。通過做項目，學生明確了學習方向，主動探索未知領域，在解決問題中提高工程推理能力和解決問題能力。學生從構思產品開始，就要考慮市場可行性、設計可行性、制造可行性和產品潛在失效模式。以加工姓名為例，學生設計時要考慮在給定的尺寸界限內如何使名字布局合理、美觀大方；字體大小、間距與所選刀具直徑的關系；加工路線如何選擇才能保證加工品質和效率。通過完成一系列項目，學生系統思維能力得到提高。通過角色扮演和工程實踐場景相互作用影響，學生更容易進入工程角色，學生的職業道德意識會漸漸固化在大腦中。

3.3人際團隊能力

指團隊協作和交流能力。項目實施以小組為單位，小組成員分工協作、交流討論，提高學生表達溝通能力和團隊意識。由于個人成績與團隊成績掛鉤，在集體榮譽感驅動下，小組成員能通力合作、協同攻關。由于增加了情境設計和角色扮演，活躍了教學氛圍，學生學會換位思考，學習趣味性大大提高。

3.4工程系統能力

指在企業和社會環境中構思、設計、實現和運行系統的能力。ST-CDIO模式是基于項目和問題導向的學習過程，學生更切身體驗工程師的角色和責任，工程與社會、歷史和文化環境的相互作用和影響，要求自己的設計符合社會發展需要。通過模擬企業實際工作情境，學生感受到企業的戰略目標、文化和如何在一個團隊中成功的工作。以設計制造傳動軸為例，學生根據零件工況，從設計開始到完成加工、裝配，全程參與項目，提高學生工程系統能力和項目管理能力。

4　總結與展望

ST-CDIO模式是情境教學法和CDIO工程教育模式的緊密結合，基于該模式的《數控加工編程與操作》課程教學改革，學生在一定的情境中扮演不同角色，體驗不同崗位職責，完成項目，增強學生自主學習和探索性學習能力、工程綜合能力和素養，拓寬就業渠道，提升職業可持續發展能力。該門課程的教學探索和實踐經驗可推廣至機械類相關課程。

由于課時限制，課程項目在構思和設計環節并未過多引入機械設計方面內容，今后有條件的情況下，增加學生自主選題和設計，提高學生設計創新能力。

［1］顧佩華，沈民奮，李升平，莊哲民，陸小華，熊光晶.從CDIO 到EIP.CDIO—汕頭大學工程教育與人才培養模式探索［J］.高等工程教育研究，2008（1）：12-19.

［2］劉榮佩，史慶南，陳揚建，王 奇.CDl0工程教育模式［J］.中國冶金教育，2011（5）：9-13.

［3］陳文杰.基才CDl0模式的《數控加工工藝與編程》教學實施方案［J］.機械職業教育，2012（2）：53-55.

［4］查建中.論“做中學”戰略下的 CDIO模式［J］.高等工程教育研究，2008（3）：1-9.

［5］關雄飛.數控加工工藝與編程 ［M］.北京：機械工業出版社，2014：105.

Teaching Exploration and Practice of NC Machining Programming and Operation Based on ST-CDIO Mode

SUN Kerui
（Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou 311231，CHN）

CDIO engineering education mode is consistent with the target of modern engineering talents training，while CDIO is an open mode.The teaching mode of ST-CDIO is innovatively presented based onCDIOmode，combinedwithcurrentteachingsituationand shortcomingsofNCmachiningprogrammingandoperation，which integrates the situation teaching method and CDIO.The teaching reform of NC machining programming and operation from“conception，design，realization and operation”four stages is put into practice based on the teaching mode of ST-CDIO，which actives teaching atmosphere and enhances the students'engineering ability，professional quality，humane quality and professional ability for sustainable development.

ST-CDIO，situation teaching，engineering education，NC machining

浙江同濟科技職業學院教學改革項目（TRC1514）。