CDIO工程教育理念在焊接專業(yè)綜合設(shè)計性實驗中應(yīng)用探析

王軍++田春英++呂迎++李慕勤

摘要：文章簡要介紹了工程教育的各個發(fā)展階段和CDIO工程教育理念，提出將CDIO理論應(yīng)用于焊接專業(yè)綜合設(shè)計性實驗。論述了焊接專業(yè)實驗教學(xué)現(xiàn)狀，將構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運作四個階段應(yīng)用于焊條設(shè)計綜合性實驗中，建立實驗組織、結(jié)果分析、考核評價機制。該應(yīng)用促進了教學(xué)三位一體的形成，提高了學(xué)生自主學(xué)習、團結(jié)協(xié)作的能力，改善了解決問題的思維方式。

關(guān)鍵詞：CDIO工程教育理念；焊接專業(yè)；實驗教學(xué)；綜合設(shè)計性實驗

回首20世紀至今的百年發(fā)展歷程，社會經(jīng)濟、科技和文化等各個方面可謂飛速發(fā)展，當今社會對人才的需求標準和教育模式也在發(fā)生著變化，工程教育模式和人才標準也邁著時代的步伐在前進，概括起來基本經(jīng)歷了3個典型階段。第一階段，20世紀初期工程教育主要以實際操作能力為主，人才的需求標準是有“手藝”，教育模式主要是由在業(yè)工程師來教授，簡言之就是師傅教徒弟；20世紀中期，隨著工程科技的發(fā)展，相關(guān)機器、設(shè)備、工具和儀器等的引進、開發(fā)和應(yīng)用，社會對人才的需求標準特別強調(diào)堅實的理論基礎(chǔ)，自然降低了工程實踐的重要性，教育模式主要由工程研究人員來教授；20世紀末期，社會逐漸需要理論和實踐兩手都要硬的全面發(fā)展綜合素質(zhì)高的創(chuàng)新型人才。2001年，4所前沿的工程大學(xué)（美國麻省理工學(xué)院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院）合作開發(fā)了一個新型的工程教育模型，稱為CDIO（conceive-design- implement-operate），其名字的靈感來源于產(chǎn)品/系統(tǒng)的生命周期過程，可分為四個階段：構(gòu)思——設(shè)計——實現(xiàn)——運作。CDIO 教學(xué)大綱明確了工程師的培養(yǎng)目標是為人類生活的美好而制造出更多方便于大眾的產(chǎn)品和系統(tǒng)。該種教育模式注重培養(yǎng)學(xué)生掌握扎實的工程基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識， 并通過整個人才培養(yǎng)過程的團隊設(shè)計和創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練， 培養(yǎng)既有過硬專業(yè)技能又有良好職業(yè)道德的國際化工程師。該人才培養(yǎng)模式具有國際先進性、實踐可操作性、全面系統(tǒng)性及普遍適應(yīng)性4個方面顯著特點，在當前得到國際高等工程教育的共識，并廣泛采用。

焊接技術(shù)作為制造業(yè)重要加工手段之一，與機械、電子工業(yè)和計算機等學(xué)科交叉滲透，是一門綜合性很強的工程技術(shù)學(xué)科。焊接專業(yè)教學(xué)目標是培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、知識面寬、適應(yīng)能力強、綜合素質(zhì)高、具有團隊協(xié)作和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的焊接工程技術(shù)人員，這與CDIO工程教育的培養(yǎng)目標是完全一致的。本文針對將 CDIO工程教育理念應(yīng)用于焊接專業(yè)綜合設(shè)計性實驗教學(xué)進行有益的探索和分析。

1 焊接專業(yè)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

實驗教學(xué)是實踐教學(xué)體系中極其重要的組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要環(huán)節(jié)。焊接專業(yè)圍繞人才培養(yǎng)目標，構(gòu)建有益于能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)體系，如圖1所示。

學(xué)科基礎(chǔ)實驗和專業(yè)基礎(chǔ)實驗課是在低年級段開設(shè)的與理論教學(xué)相結(jié)合的實驗課程，大多為演示性和驗證性實驗，教師往往用較多時間講解實驗?zāi)康?、基本原理和現(xiàn)象，然后進行演示操作，學(xué)生按照規(guī)定的步驟和注意事項進行操作，記錄數(shù)據(jù)和填寫實驗報告。此類實驗對驗證理論教學(xué)、訓(xùn)練學(xué)生基本實踐操作技能起到重要作用，也是學(xué)生必然經(jīng)歷的實踐知識積累過程。但學(xué)生在實驗過程中多是機械模仿過程，缺乏獨立思考機會。針對以上方面的不足，專業(yè)綜合設(shè)計性實驗是針對高年級段開設(shè)的實驗教學(xué)內(nèi)容，教師與學(xué)生兩個主體在實驗教學(xué)中扮演的角色發(fā)生大轉(zhuǎn)變，學(xué)生是主角，自主構(gòu)思、設(shè)計和完成實驗內(nèi)容， 變被動接受教育為主動學(xué)習、思考和動手實踐。教師只是起到引導(dǎo)和協(xié)調(diào)的作用。

比較基礎(chǔ)實驗課和綜合設(shè)計性實驗的特點及學(xué)生所處階段的知識儲備情況，綜合設(shè)計性實驗非常適合引入CDIO教育理念。

2 CDIO教育理念應(yīng)用綜合設(shè)計性實驗案例

焊接專業(yè)開設(shè)了焊條設(shè)計綜合性實驗、焊接檢測綜合性實驗、壓力焊與釬焊綜合性實驗和焊接結(jié)構(gòu)等綜合性實驗。綜合設(shè)計性實驗采用CDIO教育模式后，使整個實驗思路更清晰，過程更加完整，實驗課效果非常好。以焊條設(shè)計綜合性實驗為例分析CDIO教育模式如何在綜合設(shè)計性實驗中應(yīng)用的。

首先對焊接專業(yè)的同學(xué)進行CDIO教育模式的簡單介紹，領(lǐng)悟產(chǎn)品/系統(tǒng)的生命周期過程（構(gòu)思——設(shè)計——實現(xiàn)——運作），并將CDIO教育模式應(yīng)用于本次實驗，結(jié)合CDIO模式的整個實驗流程及進度如表1所示。其次是分組情況，5名同學(xué)自由組合成1個小組，推選出1名組長負責小組的統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)與任務(wù)分配等工作。

根據(jù)表1整個實驗過程分為4個階段，在每個階段結(jié)束時都要進行分析、總結(jié)和審核，為下一階段的順利進行提供保障。

2.1 構(gòu)思階段。構(gòu)思無論對老師還是學(xué)生來講都不是一件輕而易舉的事情，本實驗中可以理解為選題——根據(jù)小組的興趣自主設(shè)計具有某種性能的焊條。提倡同學(xué)大量查閱書籍和文獻，在選題上鼓勵創(chuàng)新，突破傳統(tǒng)焊條牌號藥皮配方的，給予1.2的權(quán)重系數(shù)加分。

2.2 設(shè)計階段。本實驗中設(shè)計包含兩個方面，一是焊芯的選擇，根據(jù)需要選定焊芯即可；二是焊條藥皮的配方設(shè)計，設(shè)計主要集中在此。依然倡導(dǎo)學(xué)生大量查閱書籍和文獻等相關(guān)資料，寫出詳細設(shè)計方案報告，包括化學(xué)成分、百分含量和設(shè)計依據(jù)等。

2.3 實施階段。實施是將設(shè)計轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的過程。首先，每組根據(jù)自己設(shè)計的藥皮配方要求的比例量取各種材料，混在一起，并攪拌均勻，制成濕涂料；然后進入壓涂工序，采用學(xué)院自制的焊條壓涂機將濕涂料壓涂在制備好的焊芯表面上；接下來將壓涂好的濕焊條掛曬晾干；最后將晾干的焊條進行烘干，即可進行焊接。整個焊條的制備過程由小組成員共同合作完成。

2.4 運作階段。運作階段是整個生命周期的最后階段，是對前3個階段進行檢驗、分析和總結(jié)的階段，對整個實驗課的效果起到至關(guān)重要的作用，俗話說“編筐編簍貴在收口”，本實驗整個運作階段包含三方面的內(nèi)容。

2.4.1 實施焊接。進行自制焊條工藝性能評定和堆焊焊縫的檢驗。焊條工藝性能評定包括焊接穩(wěn)定性、焊接飛濺、產(chǎn)生煙塵、形成氣孔、焊縫成型等情況。堆焊焊縫的檢驗包括金相分析、顯微硬度檢測、洛氏硬度檢測和成分分析等。endprint

2.4.2 每組對實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)進行分析和總結(jié)，撰寫實驗報告。以1人為代表分組匯報，匯報結(jié)束后，老師和其他組成員進行提問，小組內(nèi)成員均可回答問題，為了激勵全員參與和小組之間的交流學(xué)習，其他小組成員向答辯小組成員提問題，有加分獎勵措施。

2.4.3 考核和評估。對綜合性實驗我們采取的考核評估原則是過程與結(jié)果并重，老師評估和學(xué)生自評并行。因為這種以學(xué)生為主角的實驗主要是鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣、方法、能力及創(chuàng)新精神，改變以往只重視實驗結(jié)果的觀念。另外，評委老師會根據(jù)他們的報告及答辯情況給予評估，包括實驗的整個生命周期、小組合作能力、交流表現(xiàn)等。小組自主進行的實驗，老師了解的情況畢竟有限，小組成員之間很清楚每個組員的貢獻大小，所以引入小組自評的考核辦法。

3 CDIO理念應(yīng)用綜合設(shè)計性實驗的意義

CDIO工程教育理念應(yīng)用于綜合設(shè)計性實驗可謂大理念應(yīng)用于小場景，但是產(chǎn)生了大效果，其意義分析總結(jié)包含以下幾方面：

第一，在教學(xué)上實現(xiàn)“3個三位一體”：一是對學(xué)生培養(yǎng)形成基礎(chǔ)知識、實踐能力、綜合能力培養(yǎng)三位一體；二是調(diào)動主講教師、實驗教師、學(xué)生積極性三位一體；三是教學(xué)硬件環(huán)境實現(xiàn)專業(yè)實驗室、基礎(chǔ)實驗室、技能培訓(xùn)中心三位一體開放。

第二，CDIO這種以團隊（小組）自主設(shè)計和創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，極大地提高了學(xué)生自主學(xué)習能力、分析和解決問題能力、實踐動手能力和創(chuàng)新能力，同時也極大地提高了團隊成員之間以及團隊與團隊之間的協(xié)作、交流能力。

第三，對學(xué)生處理問題的思維模式的建立具有更為重要的意義，無論是面對近期學(xué)習上的創(chuàng)新項目、畢業(yè)設(shè)計或科研項目還是處理將來工作上的工程項目，運用CDIO工程教育理念的構(gòu)思——設(shè)計——實現(xiàn)——運作四步走的全生命周期的構(gòu)建模式，都會使自己思路清晰、有條不紊地解決繁雜的問題。

通過運用CDIO工程教育理念的綜合設(shè)計性實驗課程實現(xiàn)學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的一體化成長，達到培養(yǎng)能夠領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)開發(fā)的現(xiàn)代焊接工程師所需要具備的專業(yè)知識、能力和素質(zhì)。

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編輯/宋 宇endprint