基于CDIO模式的機電一體化專業教學改革探索

張廣寧

[摘 要] CDIO教學模式極其重視理論與實踐緊密的結合，最大程度上對學生的實踐操作能力進行提高，目的是培養有專業技能、社會意識、團隊敏銳性的技師。這些都是學生在各種復雜技術環境中保持高效、創新和卓越所必需的。CDIO特別強調一體化的人才培養方案設計，做到專業能力與素質基礎、理論與實踐、課內與課外、教書與育人、學習能力與創新思維培養的有機結合。介紹了CDIO模式下的教學體系，對基于CDIO模式的實踐教學體系具備的特色進行分析。結合CDIO模式的原則，闡述了運用CDIO教育模式在教學中的實施過程。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教育理念應用到其中，能增強學生解決問題的綜合能力，并能有效激發他們的創造性，激勵學生主動展開思考和進行團隊協作。

[關 鍵 詞] CDIO模式；機電一體化；實踐；改革

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

隨著經濟的發展，我國教育事業也快速進步。其中，實踐教學已經是非常重要的一部分，特別是其在增加理論聯系實際、提高實際操作能力等方面都起著非常重要的作用。在機電一體化專業中，CDIO模式使用實踐教學方式，不但可以使學生熟練地掌握課本內的知識，還可掌握工程實踐操作能力，為學生將來的發展奠定基礎。他們不僅熟練掌握技術基礎知識，還能領導新產品和新系統的開發和運行，并始終堅持技術的研究與發展。

所謂CDIO模式是指在工程主要的設計任務的引導下，旨在提升學生的綜合能力以及團隊協作素養，激發課程的傳授對象學習的積極性以及培養他們的動手能力，將理論知識和實踐活動相融合的一種學習方式。其中“C”是指構思（conceive），“D”是指設計（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生基礎知識的傳授，在強調基礎知識教育的同時，CDIO亦重視培養學生具備廣泛的個人能力、人際溝通能力以及產品、過程及系統的構建能力，注重對學生創新能力的激發和鍛煉以適應社會發展的潮流和未來主要的發展方向。CDIO的教學和運行理念是切實可行的，在技工院校的機電一體化教學改革中獲得了良好的效果。

一、探索CDIO模式下的教學體系

為了塑造學生相關的工程技術能力，使其在學業完成后更好地和未來的職能生涯達到無縫銜接，我們有必要對工程課程進行改革，以鍛煉和培訓他們對具體項目的概念和構思、具體設計、項目開發以及真正實踐的技能。靈活調整學校教學計劃，時刻與企業對學生的技能要求保持一致。在編寫教學大綱和相關教學文件資料時，以機電項目為載體，制定CDIO培養方案，確定以設計為導向的課程體系。機電一體化專業的一體化課程體系設計需要進行精心構思（C）、設計（D）、實施（I）和運行（O），將典型項目和專業課程相融合，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教學活動所常有的教學困境，同時促使學生更高效地吸收理論課程上所學習到的知識，我們加入了實驗、實習教學環節。與基礎的驗證性實驗不同，這種實驗、實習課程主要以培訓學生的科研設計能力為主，使他們在進行實驗的同時更為全面地考慮問題并積極構思與設想，從機械的各種零件和各種電力電子元器件，到其外表、結構、作用、應用、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，加強教學活動與社會上一些事企業單位、公司、工廠的有效結合，對企業目前實際應用的一些技術和過程進行分析與講解，把企業單位的真實生產方式和學校平時實驗、實習課程的教學活動進行有效結合。

（二）課程設計

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

（三）根據生產過程分解出相應的實習環節

在實習過程中，既要訓練實踐能力，又要塑造學生相關的工程理念和意識。在制定實習大綱的時候，需要邀請社會上一些相關的企業單位一起商討制定，通過融合這些企業目前的運營狀況和對人才的具體要求進行針對性的實習訓練。在學生進行實際實踐活動學習的過程中，這些企業可以把企業內部能力較強且具有豐富實踐經驗的技術骨干挑選出來作為學生在整個實踐活動學習過程中的指導老師，加強對他們技能方面的教導，使學生能夠將在學校中學到的理論基礎知識和實踐活動相結合，并通過實習導師的指導，更為熟練地掌握這些基礎知識和實踐技能，參加工作后可以更快捷地參與到實際工作中。

二、基于CDIO模式下實踐教學體系的特色

（一）建立以學生能力培養為首要任務的實踐課程體系

在積累了一定理論知識的基礎上，學生更為期待實踐活動，渴望在實際中提升自己的技能。而平時的課程設計任務以及最終的畢業設計等，以及學校老師的教學活動和科研項目，及社會上事企業單位提供的實習活動，都將為學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）營造創新活動的氛圍

通過教學內容設計，將機電一體化相關的科研成果與學校的教學課程想融合，以機電一體化設備為載體從相關的多個角度進行綜合應用和實踐，從而轉變學生的思維方式和學習態度，從要學生學變為學生主動積極地參與學習過程，終結過去“填鴨式”的教學模式，促使學生積極主動參與學習。再加上團隊創作和研究為他們帶來了無差別的接收教育的機會，完成對學生各方面能力和綜合素質的提升。

（三）學生綜合能力的提升

通過這些學習，學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任感更強并開始理解職業道德，與人合作的意愿和合作性都得到了加強。在完成相應工程實踐的任務后，他們的自信心進一步提升，這種自信增加了他們對復雜任務的適應性，并學會在實驗、實習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習過的問題，這個過程中學生的奇思妙想會一個個跳躍出來，成為一個個大膽的創新，學生的團隊協作精神和團隊意識也融入他們的習慣中，同時也培養了學生的發散思維。

（四）提高教師的工程實踐能力

教師的工程實踐經歷對促進教學大有好處。在教師參與工程的過程中，教師個人的技術水平得到了提升，人際交往能力進一步加強，思維不斷縝密，熟悉了現場的運作和管理，了解了最新的設備和技術，了解行業的相關規范和標準，并能對出現的問題加以解決。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中。教師根據學生的特點和教學實際情況設計相應的項目，這些項目能幫助學生建立構思、設計、實施、運行的工程能力。以這種現代工業產品從構思研發到運行乃至終結退出的全生命過程為載體培養學生。

三、實施過程

（一）基本理論教學環節

基于CDIO的培養理念，對機電一體化課程群的教學內容進行整合優化。基于CDIO的培養理念，機電一體化課程群的內容設計，避免了傳統教學中課程內容重復的問題，學生從“電氣控制技術”課程中獲得電力電子技術和運動控制技術的基礎知識，從機電一體化系統設計課程中獲得機械、電子、信息、自動控制等多學科知識，從機器人技術及應用課程中獲得機器人技術及應用的基本知識、基本理論和基本方法，并綜合運用線性代數、自動控制原理、機電學、運動控制基礎、電力拖動直流自動控制系統、現代控制理論、控制電機、自動檢測技術、電氣控制與PLC技術。這種模式使傳授的知識更系統，讓學生花最少的時間獲得所建立的系統知識，同時相關的專業知識也能被學生一步步掌握。

（二）工程實踐教學環節

在工程實際中，技師為改善人類生活而構建產品、過程和系統。為使學生更好地進入當代工程職業領域，必須具備一個技師的基本功能——應能夠在現代的團隊環境中去構思—設計—實現—運作復雜的且具有附加值的工程產品、過程和系統。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方面的能力和品質，其核心內容就是實踐能力。其次，學生必須掌握必要的技術知識和推理能力。為了能夠在現代團隊的環境中開展工作，必須培養學生的團隊工作和人際溝通能力。為了能夠創建并運行產品、過程和系統，學生需要在社會和企業環境中進行系統的構思、設計、實現及運作。通過增加豐富的實踐項目并輔以工業實習，利用課堂、現代學習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計劃。

CDIO的培養理念充分考慮了現代工程產品和系統的復雜性，注重培養學生創新精神和工程實踐能力，尤其是項目的構思、設計、實施和運行，具有明顯的特色。技工院校教學改革一直朝著CDIO工程教學模式的方向快速發展。本文結合CDIO工程教學模式，對技工院校機電一體化專業學生在實踐教學方法進行了深入的研究與分析，希望能對機電一體化專業實踐教學的改革起到拋磚引玉的效果。

參考文獻：

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