基于CDIO教育模式的激光加工教學(xué)的實(shí)踐探索

張國(guó)斌 劉春城 張衛(wèi)東 王立志 楊軍 王殿寬 趙勇 劉迪

摘要：針對(duì)目前我國(guó)工科畢業(yè)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力明顯不足這一現(xiàn)狀，文章通過激光加工工訓(xùn)教學(xué)的改革和成效，從一個(gè)側(cè)面佐證了實(shí)踐教學(xué)對(duì)工程教育和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性，提出實(shí)施CDIO工程教育模式、改革實(shí)踐教學(xué)方式方法是培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)、較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑，是工程教育專業(yè)認(rèn)證的需要，也是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展及參與國(guó)際交流的需要，更是實(shí)現(xiàn)工程學(xué)位國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的需要。

關(guān)鍵詞：CDIO;工程教育;激光加工;實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G642.45? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）10-0166-02

工程教育是我國(guó)高等教育的重要組成部分。當(dāng)今的中國(guó)已成為工程教育大國(guó)，工程訓(xùn)練中心在我國(guó)高校得到快速發(fā)展[1]。截至2017年，全國(guó)共有普通高等學(xué)校2631所，各類高等教育在學(xué)總規(guī)模達(dá)到3779萬人，工科學(xué)生占普通高等教育在校生總數(shù)的比例超過30%。清華大學(xué)校長(zhǎng)邱勇教授2018年在第一屆國(guó)際工程教育論壇上指出：工程是人類探索世界的偉大實(shí)踐，工程推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步;工程教育承擔(dān)著培養(yǎng)工程人才的使命，工程教育決定人類未來。隨著世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系日益密切，經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢(shì)日益加速。開展工程教育，就是培養(yǎng)學(xué)生具有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)、較強(qiáng)的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[2，3]，適應(yīng)全球化發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)工程學(xué)位國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)。實(shí)踐是工程專業(yè)的根本，實(shí)踐教學(xué)是高等工程專業(yè)教育的重要環(huán)節(jié)，它是提高學(xué)生實(shí)踐能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)已成為目前廣大高校教育工作者的共識(shí)。本文通過激光加工工訓(xùn)教學(xué)的改革和成效，從一個(gè)側(cè)面佐證了實(shí)踐教學(xué)對(duì)工程教育和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性。

一、 CDIO工程教育模式

CDIO（conceive-design-implement-operate）是由以美國(guó)麻省理工學(xué)院為首的幾所工程技術(shù)大學(xué)聯(lián)合提出的一種現(xiàn)代工程教學(xué)理念，并成立了以CDIO命名的國(guó)際合作組織，目前已成為世界范圍知名度最高的工程教育國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)。CDIO是一種以工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向、工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的工程教育模式，是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果，其核心內(nèi)容是經(jīng)過各成員組織認(rèn)證的工程專業(yè)培養(yǎng)方案具有實(shí)質(zhì)等效性，即任何成員在認(rèn)證工程專業(yè)培養(yǎng)方案時(shí)所采用的標(biāo)準(zhǔn)、政策、過程以及結(jié)果都得到其他所有成員的認(rèn)可。CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實(shí)施以及檢驗(yàn)測(cè)評(píng)的12條標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施CDIO工程教育模式，并通過其專業(yè)認(rèn)證，將極大促進(jìn)我國(guó)高等工程教育質(zhì)量的提高，加強(qiáng)高等工程教育與工業(yè)界的聯(lián)系，為我國(guó)與各成員國(guó)之間的平等交流、加入其他國(guó)際性互認(rèn)協(xié)議提供平臺(tái)，有利于提升我國(guó)高等工程教育的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。目前在CDIO模式下，我國(guó)高等院校已開展了多層次、多形式的工程教育改革，并取得了一定的成效。

二、工科大學(xué)生實(shí)踐能力的現(xiàn)狀

目前，我國(guó)的高等教育規(guī)模居世界第一。根據(jù)教育部發(fā)布的《2018年全國(guó)教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，全國(guó)各類高等教育在學(xué)總規(guī)模達(dá)到3833萬人，高等教育毛入學(xué)率達(dá)到48.1%。但我們培養(yǎng)出的畢業(yè)生和社會(huì)需求并不能完全匹配，普遍存在實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力不足的狀況。世界經(jīng)濟(jì)論壇從1979年開始就對(duì)每個(gè)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行評(píng)判，是目前國(guó)際上從事競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià)最著名的機(jī)構(gòu)之一，它通過對(duì)一個(gè)國(guó)家進(jìn)行綜合因素考評(píng)，推出一年一度的《全球競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告》，我國(guó)全球競(jìng)爭(zhēng)力排名始終在30名左右，這和我國(guó)大國(guó)地位實(shí)不相稱;《2012—2013年度全球競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告》還顯示，美國(guó)81%的工程專業(yè)畢業(yè)生可以立刻勝任工作，中國(guó)則只有10%。這說明我們的人才培養(yǎng)質(zhì)量等指標(biāo)與世界水平相差甚遠(yuǎn)，教育模式存在薄弱環(huán)節(jié)，表現(xiàn)在畢業(yè)生實(shí)踐能力不足尤為突出。要解決上述問題，必須切實(shí)構(gòu)建工程教育質(zhì)量保障體系，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高大學(xué)生的素質(zhì)能力。

三、激光加工工訓(xùn)教學(xué)的實(shí)踐探索

1.激光加工技術(shù)與工訓(xùn)教學(xué)狀況。激光加工技術(shù)是一項(xiàng)集光、機(jī)電、材料及檢測(cè)于一體的先進(jìn)技術(shù)，是20世紀(jì)最重要的發(fā)明之一。激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料，常用加工方法有激光切割、激光雕刻、激光焊接、激光打標(biāo)等。為了使學(xué)生開拓視野，了解新技術(shù)，許多高校近幾年都購(gòu)置了激光加工設(shè)備，應(yīng)用到工程訓(xùn)練課程中的大多數(shù)實(shí)際操作項(xiàng)目就是平面雕刻和打標(biāo)。2012年我校投資200多萬購(gòu)置了6臺(tái)激光加工設(shè)備用于工訓(xùn)教學(xué)，其中有三臺(tái)雕刻機(jī)、一臺(tái)金屬切割機(jī)、一臺(tái)非金屬切割機(jī)、一臺(tái)內(nèi)雕機(jī)。教學(xué)中，在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，學(xué)生可以直接操作三臺(tái)激光雕刻機(jī)進(jìn)行加工，其他設(shè)備由于操作復(fù)雜、危險(xiǎn)性高、圖形處理時(shí)間長(zhǎng)等因素只由指導(dǎo)教師進(jìn)行講解和操作演示。學(xué)生加工的雕刻件，樣式由學(xué)生自己設(shè)計(jì)或從電腦圖庫(kù)中選取，經(jīng)過圖像處理后，操作設(shè)備就能直接加工出來，如圖1所示。經(jīng)過幾個(gè)學(xué)期運(yùn)轉(zhuǎn)，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生加工的雕刻件，學(xué)生自己設(shè)計(jì)的少，電腦下載的多;圖形復(fù)雜的少，圖形簡(jiǎn)單得多;而且由于雕刻機(jī)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣也不高，從而達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目的。

2.激光加工工訓(xùn)教學(xué)的改革及成效。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣不高和動(dòng)手少的狀況，我們教學(xué)指導(dǎo)組經(jīng)過研究和試做，決定從2016年開始，激光加工教學(xué)由平面雕刻件改為拼裝立體組合體，教學(xué)時(shí)間由4學(xué)時(shí)（一次課）改為8學(xué)時(shí)（兩次課），學(xué)生的操作成績(jī)根據(jù)組合體復(fù)雜度和完成度評(píng)定，同時(shí)我們給出2個(gè)立體組合體，作為學(xué)生設(shè)計(jì)制作的參照，如圖2所示。第一次課主要是指導(dǎo)教師講解和操作演示，學(xué)生練習(xí)操作及進(jìn)行雕刻和切割，剩余時(shí)間做立體組合體設(shè)計(jì);課上沒完成設(shè)計(jì)的，課后完成。第二次課主要是按設(shè)計(jì)圖切割制作組合體零件，并完成拼裝立體組合體。

拼裝立體組合體涉及平面圖形設(shè)計(jì)、立體構(gòu)思、尺寸計(jì)算、裝配組合等方方面面。通過這一改革，學(xué)生興趣盎然，學(xué)習(xí)熱情高漲，智力潛能迸發(fā)出來了，課后設(shè)計(jì)完成率基本100%，而且新設(shè)計(jì)新作品不斷涌現(xiàn)，如圖3所示。幾年來，學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)和制作作品，切實(shí)提高了實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

通過激光加工工訓(xùn)教學(xué)的改革并取得成效，充分說明學(xué)生學(xué)習(xí)積極性是可以調(diào)動(dòng)的、智力潛能是可以開發(fā)的、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力是能夠提高的，只要我們不忘初心，切實(shí)改革實(shí)踐教學(xué)方式方法，就能盡快改變工科畢業(yè)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力不足這一沉疴痼疾。我校工程訓(xùn)練中心開展CDIO工程教育模式以來，學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力不斷提高，在近幾年我校材料成型與控制工程、機(jī)械工程、冶金工程等專業(yè)進(jìn)行的專業(yè)認(rèn)證評(píng)估中，工程訓(xùn)練課程得到專家們的首肯。

參考文獻(xiàn)：

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[2]彩虹，毛立民，孫志宏.加強(qiáng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)改革機(jī)械專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].東華大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，10（3）：246-248.

[3]劉福德，何玉輝.機(jī)械工程專業(yè)課程的層次化與模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革探索與實(shí)踐[J].長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2012，13（1）：79-82.

Practical Exploration of Laser Processing Teaching Based on CDIO Model

ZHANG Guo-bin，LIU Chun-cheng，ZHANG Wei-dong，WANG Li-zhi，

YANG Jun，WANG Dian-kuan，ZHAO Yong，LIU Di

（Engineering Training Center，Northeastern University，Shenyang，Liaoning 110819，China）

Abstract：In view of the current situation that the practical and innovative abilities of engineering graduates in China are obviously insufficient，this paper，through the reform and effectiveness of laser processing training teaching，proves the importance of practical teaching to engineering education and cultivation of students' innovative abilities from one side，and puts forward the implementation of CDIO engineering education model and the reform of practical teaching methods.The method is an effective way to cultivate students with solid professional knowledge，strong practical ability and innovative ability.It is the need of engineering education professional certification，economic and social development and participation in international exchanges.It is also necessary to realize international mutual recognition of engineering degree and engineer qualification.

Key words：CDIO;engineering education;laser processing;practical ability