CDIO模式下“特種加工”課程教學(xué)改革與研究

賈婧 王利利 張海川 呼和木其 楊慧軒

摘 要：目前 “特種加工”課程教學(xué)效果欠佳，將CDIO教學(xué)模式引入課程，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核模式、青年教師隊(duì)伍建設(shè)等方面進(jìn)行了深入改革與研究，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程素養(yǎng)和綜合能力，達(dá)到了教學(xué)改革初衷。

關(guān)鍵詞：CDIO模式；特種加工；做中學(xué)

中圖分類號：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2019.31.083

1 引言

CDIO是當(dāng)今國際高等工程教育的一種創(chuàng)新模式，由構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）四個英文單詞組成，是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達(dá)。它重視學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，旨在提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。本文進(jìn)行教學(xué)改革的“特種加工”課程是內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)部開設(shè)的一門基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)課程，于2006年面向全校學(xué)生開課，配備了教室（機(jī)房）一間、DK7740高速走絲電火花線切割（HS-WEDM）機(jī)床四臺，用于理論授課及實(shí)踐操作。十多年來指導(dǎo)教師主要遵循傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行講授，教學(xué)效果欠佳，逐漸難以滿足我國高等工程教育培養(yǎng)要求。本文就CDIO 模式下“特種加工”課程教學(xué)改革作深入研究。

2 教學(xué)內(nèi)容的改革

根據(jù)“特種加工”課程教學(xué)大綱，課程內(nèi)容包括特種加工的概念、分類、原理、特點(diǎn)、繪圖編程和操作實(shí)例等（快走絲電火花線切割加工）。按照學(xué)生專業(yè)的不同，將課程分為A、B、C三類，其中A類針對機(jī)械類專業(yè)學(xué)生，教學(xué)設(shè)計(jì)總學(xué)時14學(xué)時；B類針對理工科非機(jī)制專業(yè)學(xué)生，教學(xué)設(shè)計(jì)總學(xué)時7學(xué)時；C類針對文科藝術(shù)類專業(yè)學(xué)生，教學(xué)設(shè)計(jì)總學(xué)時3.5學(xué)時。

（1）按專業(yè)需求調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，建立倒三角式教學(xué)目標(biāo)體系。由于專業(yè)不同，學(xué)生的專業(yè)背景、知識框架、思維方式和學(xué)習(xí)能力相差較大，因此與之相對應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)有所偏倚，應(yīng)以A、B、C三類專業(yè)為切入點(diǎn)，建立倒三角式教學(xué)目標(biāo)體系：包括研究層面、提高層面、基礎(chǔ)層面，A類專業(yè)課程應(yīng)達(dá)到研究層面，即要求機(jī)械類專業(yè)學(xué)生不僅掌握理論知識及實(shí)踐技能，更重要的是建立工程設(shè)計(jì)思想，提高創(chuàng)新能力；B類專業(yè)課程應(yīng)達(dá)到提高層面，即要求理工科非機(jī)制專業(yè)學(xué)生在實(shí)踐中遇到問題能自行予以解決，提高團(tuán)隊(duì)意識和實(shí)踐能力；C類專業(yè)課程應(yīng)達(dá)到基礎(chǔ)層面，即掌握“特種加工”理論知識，認(rèn)識加工流程，培養(yǎng)其工程概念及創(chuàng)新理念。

（2）教學(xué)內(nèi)容模塊化，結(jié)合實(shí)踐精心整合教學(xué)內(nèi)容。將“特種加工”課程教學(xué)內(nèi)容分為“特種加工概述”、“CAXA線切割3B代碼編程”、“學(xué)生技能實(shí)操”三個學(xué)習(xí)模塊，其中， “特種加工概述”模塊，教學(xué)內(nèi)容比較深奧、抽象，嘗試尋找日常生活中與課程相關(guān)的常見現(xiàn)象作為實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識“特種加工”，精減“特種加工”分類介紹（如電子束、離子束加工等），重點(diǎn)介紹 “數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)”，為后續(xù)兩個學(xué)習(xí)模塊奠定理論基礎(chǔ)；“CAXA線切割3B代碼編程”模塊，由于A類專業(yè)學(xué)生實(shí)習(xí)之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了Autocad等機(jī)械制圖軟件，具有一定繪圖能力，該專業(yè)學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容改為學(xué)生自學(xué)；“學(xué)生技能實(shí)操”模塊，教師通過設(shè)計(jì)一些教學(xué)任務(wù)（如設(shè)備故障問題等），要求學(xué)生自己找出相應(yīng)的解決方案，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力。

3 教學(xué)模式的改革

傳統(tǒng)的“特種加工”教學(xué)模式以課堂灌輸為主，忽略了學(xué)生的主觀能動性，限制了學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。對CDIO模式下的“特種加工”課程教學(xué)模式進(jìn)行如下改革：

（1）制作網(wǎng)絡(luò)課件及教學(xué)過程視頻，引導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)。將“特種加工”概述PPT及教學(xué)視頻放于網(wǎng)上，學(xué)生在參加工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)前通過自學(xué)對該課程有了一定了解，增加學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真正做到自主學(xué)習(xí)。

（2）優(yōu)化課堂教學(xué)水平，營造良好的課堂環(huán)境。根據(jù)CDIO工程教育理念對教學(xué)方法的啟示，采用“啟發(fā)式”和“討論式”教學(xué)，將“講、學(xué)、做、互動”有機(jī)結(jié)合，既要發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又要保證學(xué)生的主體地位。結(jié)合CDIO模式，不斷修改和完善課件，提高課堂教學(xué)的質(zhì)量和效率，鼓勵學(xué)生課上開展討論、交流及辯論，充分激發(fā)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識；加強(qiáng)師生互動，深化學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解。

（3）在“CAXA線切割3B代碼編程”模塊中引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”。 “做”，以探索為中心；“學(xué)”，以主動思考、自我發(fā)現(xiàn)為出發(fā)點(diǎn)，要求學(xué)生能夠在實(shí)踐的過程中提高創(chuàng)新能力。在“CAXA線切割3B代碼編程”模塊中，要求學(xué)生根據(jù)自己的創(chuàng)意自行設(shè)計(jì)加工圖形，該模塊采用CDIO教學(xué)模式，將班級學(xué)生以3-4人為一個小組進(jìn)行分組，以小組為單位進(jìn)行“做中學(xué)”。構(gòu)思：根據(jù)課堂教學(xué)的理論指導(dǎo)，小組成員討論并分析各自的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)，確定初步加工圖形方案；設(shè)計(jì)：根據(jù)電火花線切割加工技術(shù)原理、CAXA線切割繪圖軟件的操作要求，設(shè)計(jì)修改構(gòu)思的圖形，將構(gòu)思方案轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖皺C(jī)床識別的加工零件圖；實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作：將繪制好的圖形生成切割軌跡（確定穿絲點(diǎn)起始位置、切入點(diǎn)、切割方向及終止位置），形成相應(yīng)3B代碼程序。在實(shí)現(xiàn)的過程中隨時記錄出現(xiàn)的錯誤，發(fā)現(xiàn)構(gòu)思的缺陷和設(shè)計(jì)中的不足，并嘗試解決問題。在充分體會CDIO 過程的整體性中，提高學(xué)生的創(chuàng)造能力、團(tuán)隊(duì)意識及溝通協(xié)調(diào)能力。

（4）在“學(xué)生技能實(shí)操”模塊采用任務(wù)驅(qū)動法，提升學(xué)生的實(shí)踐能力。要充分利用好工程訓(xùn)練教學(xué)部現(xiàn)有的四臺DK7740高速走絲電火花線切割（HS-WEDM）機(jī)床，做好實(shí)操訓(xùn)練。在“學(xué)生技能實(shí)操”模塊打破按部就班和層層遞進(jìn)的套路，采用任務(wù)驅(qū)動法，教師講解電火花線切割基機(jī)床的組成及操作方法，演示作品加工過程，并根據(jù)學(xué)生的專業(yè)背景設(shè)計(jì)不同難易程度的教學(xué)任務(wù)，引導(dǎo)其繼續(xù)深入學(xué)習(xí)，如指導(dǎo)A類專業(yè)學(xué)生穿絲，并分析研究電極絲震動引起的斷絲現(xiàn)象；指導(dǎo)B類專業(yè)學(xué)生研究操作工程對加工工藝指標(biāo)的影響；指導(dǎo)C類專業(yè)學(xué)生研究工件的裝夾方式。在“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”指導(dǎo)下，去發(fā)現(xiàn)、去探索、去歸納，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力及實(shí)踐能力。

另外，為解決學(xué)生人數(shù)較多、操作機(jī)床臺套數(shù)較少的現(xiàn)狀，在保證完成正常教學(xué)任務(wù)的前提下，可以將特種加工實(shí)習(xí)車間全天開放，給學(xué)生提供充足的時間去操作、思考和認(rèn)識。

4 考核模式的改革

“特種加工”課程的考核采用階段式考核模式，將考核貫穿于教學(xué)過程的始終，力求做到公平、合理。學(xué)生成績的考核主要包括五部分：實(shí)習(xí)報告、日常表現(xiàn)（出勤情況及學(xué)習(xí)態(tài)度）、課堂提問及討論、CAXA線切割編程軟件作品設(shè)計(jì)、加工成品打分。其中，實(shí)習(xí)報告成績占30%，日常表現(xiàn)占10%，課堂提問及討論占10%，CAXA線切割編程軟件作品設(shè)計(jì)占25%，加工成品打分占25%。重視課堂互動環(huán)節(jié)，應(yīng)結(jié)合學(xué)生的發(fā)言狀況現(xiàn)場打分；重視學(xué)生分組進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)作品環(huán)節(jié)，根據(jù)其在設(shè)計(jì)過程中的實(shí)際表現(xiàn)及最終作品優(yōu)秀程度進(jìn)行打分，充分彰顯團(tuán)結(jié)協(xié)作及統(tǒng)籌設(shè)計(jì)的能力；重視實(shí)踐考核環(huán)節(jié)，并根據(jù)實(shí)操環(huán)節(jié)增加的教學(xué)任務(wù)執(zhí)行情況予以酌情加分，對于表現(xiàn)特別優(yōu)秀的學(xué)生，推薦其加入內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)工程訓(xùn)練教學(xué)部創(chuàng)新訓(xùn)練中心的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)，深入培養(yǎng)創(chuàng)新型工程科技人才。

5 青年教師隊(duì)伍建設(shè)的改革

近幾年內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)對公開招聘進(jìn)入的青年教師學(xué)歷及畢業(yè)學(xué)校要求較高，相當(dāng)一部分教師屬于剛踏出校園、又重新邁入校園，雖然具有較豐富的理論知識，但工程實(shí)踐能力不足，培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)踐技能存在壁壘。因此想要駕馭“特種加工”這門實(shí)訓(xùn)課程，教師個人應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，掌握課程前沿知識，不斷更新教學(xué)觀念，保持謙虛的態(tài)度通過“做中學(xué)”不斷提升自己；學(xué)校教學(xué)促進(jìn)與教師發(fā)展中心應(yīng)多渠道地為青年教師提供學(xué)習(xí)、深造、實(shí)踐的機(jī)會，作為牽引者推薦青年教師到工廠、企業(yè)短期鍛煉，邀請工廠、企業(yè)優(yōu)秀工作人員作為外聘教師到工程訓(xùn)練教學(xué)部授課，建立相關(guān)激勵機(jī)制鼓勵青年教師指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐實(shí)訓(xùn)等，提升青年教師整體隊(duì)伍水平。

6 結(jié)語

CDIO模式下“特種加工”課程教學(xué)改革的實(shí)踐工作于2018年12月展開，通過一個學(xué)期教學(xué)模式的不斷積累和調(diào)整，教改內(nèi)容已逐漸趨于完善。對參加“特種加工”課程的學(xué)生進(jìn)行學(xué)生評教及問卷調(diào)查，反饋如下：學(xué)生對課程的期待度和滿意度有所提升，主觀能動性得到體現(xiàn)，學(xué)生工程實(shí)踐能力、工程素養(yǎng)和綜合能力有所提升，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)改革初衷。在今后的教學(xué)工作中，我們將繼續(xù)采用CDIO教學(xué)模式，將教學(xué)成果進(jìn)一步深化、細(xì)化，改善對學(xué)生的教育，打造工程訓(xùn)練教學(xué)部精品實(shí)踐課程。

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