基于CDIO模式的機電一體化專業(yè)教學(xué)改革探索

張廣寧

[摘 要] CDIO教學(xué)模式極其重視理論與實踐緊密的結(jié)合，最大程度上對學(xué)生的實踐操作能力進行提高，目的是培養(yǎng)有專業(yè)技能、社會意識、團隊敏銳性的技師。這些都是學(xué)生在各種復(fù)雜技術(shù)環(huán)境中保持高效、創(chuàng)新和卓越所必需的。CDIO特別強調(diào)一體化的人才培養(yǎng)方案設(shè)計，做到專業(yè)能力與素質(zhì)基礎(chǔ)、理論與實踐、課內(nèi)與課外、教書與育人、學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新思維培養(yǎng)的有機結(jié)合。介紹了CDIO模式下的教學(xué)體系，對基于CDIO模式的實踐教學(xué)體系具備的特色進行分析。結(jié)合CDIO模式的原則，闡述了運用CDIO教育模式在教學(xué)中的實施過程。實踐證明，在對教授機電一體化課程進行一定程度的改革的時候把CDIO教育理念應(yīng)用到其中，能增強學(xué)生解決問題的綜合能力，并能有效激發(fā)他們的創(chuàng)造性，激勵學(xué)生主動展開思考和進行團隊協(xié)作。

[關(guān) 鍵 詞] CDIO模式；機電一體化；實踐；改革

[中圖分類號] G712 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）09-0056-02

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國教育事業(yè)也快速進步。其中，實踐教學(xué)已經(jīng)是非常重要的一部分，特別是其在增加理論聯(lián)系實際、提高實際操作能力等方面都起著非常重要的作用。在機電一體化專業(yè)中，CDIO模式使用實踐教學(xué)方式，不但可以使學(xué)生熟練地掌握課本內(nèi)的知識，還可掌握工程實踐操作能力，為學(xué)生將來的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。他們不僅熟練掌握技術(shù)基礎(chǔ)知識，還能領(lǐng)導(dǎo)新產(chǎn)品和新系統(tǒng)的開發(fā)和運行，并始終堅持技術(shù)的研究與發(fā)展。

所謂CDIO模式是指在工程主要的設(shè)計任務(wù)的引導(dǎo)下，旨在提升學(xué)生的綜合能力以及團隊協(xié)作素養(yǎng)，激發(fā)課程的傳授對象學(xué)習(xí)的積極性以及培養(yǎng)他們的動手能力，將理論知識和實踐活動相融合的一種學(xué)習(xí)方式。其中“C”是指構(gòu)思（conceive），“D”是指設(shè)計（Design），“I”是指實施（Implement），而“O”則是指運行（Operate）。和其他模式一樣，這種新型模式同樣注重學(xué)生基礎(chǔ)知識的傳授，在強調(diào)基礎(chǔ)知識教育的同時，CDIO亦重視培養(yǎng)學(xué)生具備廣泛的個人能力、人際溝通能力以及產(chǎn)品、過程及系統(tǒng)的構(gòu)建能力，注重對學(xué)生創(chuàng)新能力的激發(fā)和鍛煉以適應(yīng)社會發(fā)展的潮流和未來主要的發(fā)展方向。CDIO的教學(xué)和運行理念是切實可行的，在技工院校的機電一體化教學(xué)改革中獲得了良好的效果。

一、探索CDIO模式下的教學(xué)體系

為了塑造學(xué)生相關(guān)的工程技術(shù)能力，使其在學(xué)業(yè)完成后更好地和未來的職能生涯達(dá)到無縫銜接，我們有必要對工程課程進行改革，以鍛煉和培訓(xùn)他們對具體項目的概念和構(gòu)思、具體設(shè)計、項目開發(fā)以及真正實踐的技能。靈活調(diào)整學(xué)校教學(xué)計劃，時刻與企業(yè)對學(xué)生的技能要求保持一致。在編寫教學(xué)大綱和相關(guān)教學(xué)文件資料時，以機電項目為載體，制定CDIO培養(yǎng)方案，確定以設(shè)計為導(dǎo)向的課程體系。機電一體化專業(yè)的一體化課程體系設(shè)計需要進行精心構(gòu)思（C）、設(shè)計（D）、實施（I）和運行（O），將典型項目和專業(yè)課程相融合，將項目精心分布在課程體系中。

（一）課程實驗

為了擺脫學(xué)生只是停留在枯燥的課本知識上而對實踐活動一無所知這種傳統(tǒng)教學(xué)活動所常有的教學(xué)困境，同時促使學(xué)生更高效地吸收理論課程上所學(xué)習(xí)到的知識，我們加入了實驗、實習(xí)教學(xué)環(huán)節(jié)。與基礎(chǔ)的驗證性實驗不同，這種實驗、實習(xí)課程主要以培訓(xùn)學(xué)生的科研設(shè)計能力為主，使他們在進行實驗的同時更為全面地考慮問題并積極構(gòu)思與設(shè)想，從機械的各種零件和各種電力電子元器件，到其外表、結(jié)構(gòu)、作用、應(yīng)用、工裝等都能有更為親密的體驗。此外，實驗室還會展示一些實際工程中的最終成果，加強教學(xué)活動與社會上一些事企業(yè)單位、公司、工廠的有效結(jié)合，對企業(yè)目前實際應(yīng)用的一些技術(shù)和過程進行分析與講解，把企業(yè)單位的真實生產(chǎn)方式和學(xué)校平時實驗、實習(xí)課程的教學(xué)活動進行有效結(jié)合。

（二）課程設(shè)計

在課程設(shè)計上需結(jié)合企業(yè)和工廠的需求，合理構(gòu)建完整的課程體系。這個課程體系包含理論課程和實驗課程兩個主要環(huán)節(jié)。理論課程包括基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)核心課。實踐課程包括實驗課、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計以及各項競賽、課外社團科技活動等。實驗課程以理論課程為基礎(chǔ)。基礎(chǔ)課程教授學(xué)生理論知識，鋪墊工程實踐基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生初步的素養(yǎng)。專業(yè)課程也需要開展理論教學(xué)，貼合項目中的某個具體環(huán)節(jié)，并通過實驗、實習(xí)教學(xué)展示和演示給學(xué)生。這些項目需要哪些理論知識作為基礎(chǔ)，教師就傳授相應(yīng)的理論知識。實驗實習(xí)課程上，讓學(xué)生親自動手參與由工程實際提取出的典型任務(wù)，這不僅能激發(fā)學(xué)生興趣，也更能貼近工程實際。

（三）根據(jù)生產(chǎn)過程分解出相應(yīng)的實習(xí)環(huán)節(jié)

在實習(xí)過程中，既要訓(xùn)練實踐能力，又要塑造學(xué)生相關(guān)的工程理念和意識。在制定實習(xí)大綱的時候，需要邀請社會上一些相關(guān)的企業(yè)單位一起商討制定，通過融合這些企業(yè)目前的運營狀況和對人才的具體要求進行針對性的實習(xí)訓(xùn)練。在學(xué)生進行實際實踐活動學(xué)習(xí)的過程中，這些企業(yè)可以把企業(yè)內(nèi)部能力較強且具有豐富實踐經(jīng)驗的技術(shù)骨干挑選出來作為學(xué)生在整個實踐活動學(xué)習(xí)過程中的指導(dǎo)老師，加強對他們技能方面的教導(dǎo)，使學(xué)生能夠?qū)⒃趯W(xué)校中學(xué)到的理論基礎(chǔ)知識和實踐活動相結(jié)合，并通過實習(xí)導(dǎo)師的指導(dǎo)，更為熟練地掌握這些基礎(chǔ)知識和實踐技能，參加工作后可以更快捷地參與到實際工作中。

二、基于CDIO模式下實踐教學(xué)體系的特色

（一）建立以學(xué)生能力培養(yǎng)為首要任務(wù)的實踐課程體系

在積累了一定理論知識的基礎(chǔ)上，學(xué)生更為期待實踐活動，渴望在實際中提升自己的技能。而平時的課程設(shè)計任務(wù)以及最終的畢業(yè)設(shè)計等，以及學(xué)校老師的教學(xué)活動和科研項目，及社會上事企業(yè)單位提供的實習(xí)活動，都將為學(xué)生的實際操作能力以及實踐方式與理念的提升帶來良好的幫助。

（二）營造創(chuàng)新活動的氛圍

通過教學(xué)內(nèi)容設(shè)計，將機電一體化相關(guān)的科研成果與學(xué)校的教學(xué)課程想融合，以機電一體化設(shè)備為載體從相關(guān)的多個角度進行綜合應(yīng)用和實踐，從而轉(zhuǎn)變學(xué)生的思維方式和學(xué)習(xí)態(tài)度，從要學(xué)生學(xué)變?yōu)閷W(xué)生主動積極地參與學(xué)習(xí)過程，終結(jié)過去“填鴨式”的教學(xué)模式，促使學(xué)生積極主動參與學(xué)習(xí)。再加上團隊創(chuàng)作和研究為他們帶來了無差別的接收教育的機會，完成對學(xué)生各方面能力和綜合素質(zhì)的提升。

（三）學(xué)生綜合能力的提升

通過這些學(xué)習(xí)，學(xué)生的能力有了比較明顯的提高。他們的交流溝通能力得到了提升，寫作、口語、繪圖、聽說能力得到了進一步的強化，在工程實踐中他們的責(zé)任感更強并開始理解職業(yè)道德，與人合作的意愿和合作性都得到了加強。在完成相應(yīng)工程實踐的任務(wù)后，他們的自信心進一步提升，這種自信增加了他們對復(fù)雜任務(wù)的適應(yīng)性，并學(xué)會在實驗、實習(xí)中自己尋求知識和解決問題的方法，并試著用工程推理解決一些沒有學(xué)習(xí)過的問題，這個過程中學(xué)生的奇思妙想會一個個跳躍出來，成為一個個大膽的創(chuàng)新，學(xué)生的團隊協(xié)作精神和團隊意識也融入他們的習(xí)慣中，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散思維。

（四）提高教師的工程實踐能力

教師的工程實踐經(jīng)歷對促進教學(xué)大有好處。在教師參與工程的過程中，教師個人的技術(shù)水平得到了提升，人際交往能力進一步加強，思維不斷縝密，熟悉了現(xiàn)場的運作和管理，了解了最新的設(shè)備和技術(shù)，了解行業(yè)的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并能對出現(xiàn)的問題加以解決。教師所具有的工程實踐能力被帶入課堂，并滲透到理論和實操教學(xué)中。教師根據(jù)學(xué)生的特點和教學(xué)實際情況設(shè)計相應(yīng)的項目，這些項目能幫助學(xué)生建立構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行的工程能力。以這種現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運行乃至終結(jié)退出的全生命過程為載體培養(yǎng)學(xué)生。

三、實施過程

（一）基本理論教學(xué)環(huán)節(jié)

基于CDIO的培養(yǎng)理念，對機電一體化課程群的教學(xué)內(nèi)容進行整合優(yōu)化。基于CDIO的培養(yǎng)理念，機電一體化課程群的內(nèi)容設(shè)計，避免了傳統(tǒng)教學(xué)中課程內(nèi)容重復(fù)的問題，學(xué)生從“電氣控制技術(shù)”課程中獲得電力電子技術(shù)和運動控制技術(shù)的基礎(chǔ)知識，從機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程中獲得機械、電子、信息、自動控制等多學(xué)科知識，從機器人技術(shù)及應(yīng)用課程中獲得機器人技術(shù)及應(yīng)用的基本知識、基本理論和基本方法，并綜合運用線性代數(shù)、自動控制原理、機電學(xué)、運動控制基礎(chǔ)、電力拖動直流自動控制系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論、控制電機、自動檢測技術(shù)、電氣控制與PLC技術(shù)。這種模式使傳授的知識更系統(tǒng)，讓學(xué)生花最少的時間獲得所建立的系統(tǒng)知識，同時相關(guān)的專業(yè)知識也能被學(xué)生一步步掌握。

（二）工程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)

在工程實際中，技師為改善人類生活而構(gòu)建產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)。為使學(xué)生更好地進入當(dāng)代工程職業(yè)領(lǐng)域，必須具備一個技師的基本功能——應(yīng)能夠在現(xiàn)代的團隊環(huán)境中去構(gòu)思—設(shè)計—實現(xiàn)—運作復(fù)雜的且具有附加值的工程產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)。另外，還期望他們成為具有獨立思考能力的成熟的個體。要掌握一整套個人與職業(yè)方面的能力和品質(zhì)，其核心內(nèi)容就是實踐能力。其次，學(xué)生必須掌握必要的技術(shù)知識和推理能力。為了能夠在現(xiàn)代團隊的環(huán)境中開展工作，必須培養(yǎng)學(xué)生的團隊工作和人際溝通能力。為了能夠創(chuàng)建并運行產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)，學(xué)生需要在社會和企業(yè)環(huán)境中進行系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)及運作。通過增加豐富的實踐項目并輔以工業(yè)實習(xí)，利用課堂、現(xiàn)代學(xué)習(xí)場所和實驗室使計劃更具有活潑、實踐、團隊的特色。更要及時與外界溝通，通過廣泛評估與評價不斷改進教學(xué)計劃。

CDIO的培養(yǎng)理念充分考慮了現(xiàn)代工程產(chǎn)品和系統(tǒng)的復(fù)雜性，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和工程實踐能力，尤其是項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行，具有明顯的特色。技工院校教學(xué)改革一直朝著CDIO工程教學(xué)模式的方向快速發(fā)展。本文結(jié)合CDIO工程教學(xué)模式，對技工院校機電一體化專業(yè)學(xué)生在實踐教學(xué)方法進行了深入的研究與分析，希望能對機電一體化專業(yè)實踐教學(xué)的改革起到拋磚引玉的效果。

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