基于CDIO模式材料成型及控制工程專業(yè)綜合實訓的探索與實踐

朱磊+張欣+趙亞忠+林紅旗

摘要：基于CDIO的教育理念，南陽理工學院材料成型及控制工程專業(yè)綜合實訓設(shè)置了構(gòu)思—設(shè)計—實施—運行四個環(huán)節(jié)。根據(jù)綜合實訓的實施條件，對綜合實訓的內(nèi)容設(shè)置、考核方式等方面的進行了探索。通過綜合實訓的實踐，提升學生的專業(yè)技能和就業(yè)競爭力。

Abstract： Based on the educational concept of CDIO， the syntheses training of Material Shaping and Control Engineering Specialty in Nanyang Institute of Technology has been set up with four links of conceive， design， implementation， operation. According to the implementation conditions of comprehensive practice training， the contents and assessment methods of the syntheses training are explored. Through the syntheses training， students' professional skills and employment competitiveness have been improved.

關(guān)鍵詞：CDIO模式；材料成型及控制工程；鑄造；綜合實訓

Key words： CDIO mode；material shaping and control engineering；casting；syntheses training

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）35-0205-02

0 引言

CDIO工程教育模式是麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學共同探索研究、創(chuàng)立的教育理念，是歐美20多年以來的工程教育改革的成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它是以項目為載體、以項目為主導進行實施的，是“基于項目教育和學習”的集中體現(xiàn)。按CDIO模式進行教學安排，通過項目設(shè)計將整個課程體系有機地、系統(tǒng)地結(jié)合起來，可以實現(xiàn)學生知識、能力和素質(zhì)的共同發(fā)展，提升應(yīng)用型高等教育的教學水平，更好地為企業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)崗位需求的高素質(zhì)、應(yīng)用型工程技術(shù)人才，是當前大批普通高校向應(yīng)用技術(shù)型大學轉(zhuǎn)型發(fā)展廣泛采用的教學模式。

南陽理工學院地處河南省南陽市，是一所地方性應(yīng)用型本科院校，“地方性”和“應(yīng)用型”是學校的特點，也是立校之本。材料成型及控制工程專業(yè)是2012年機械與汽車工程學院新增專業(yè)，專業(yè)開設(shè)的初衷就是服務(wù)南陽市材料成型行業(yè)。南陽市的材料成型行業(yè)發(fā)達，其中鑄造行業(yè)占主導地位，根據(jù)南陽市制造業(yè)的特色以及南陽理工學院服務(wù)地方經(jīng)濟的宗旨，材料成型及控制工程專業(yè)的辦學定位就是以鑄造為主，兼顧鍛焊。

材料成型及控制工程專業(yè)的培養(yǎng)內(nèi)容不僅包含掌握材料學科的理論知識，如金屬學基礎(chǔ)、材料成型原理等，還要求具備大量機械類專業(yè)的基本能力，如模具設(shè)計及加工能力。材料成型及控制工程專業(yè)是一個理論性與實踐性要求都很高的，寬口徑、多方向的專業(yè)，畢業(yè)生主要在生產(chǎn)一線從事技術(shù)工作，這就要求學生必須有扎實的理論基礎(chǔ)，還要有很好的動手實踐能力。綜合實訓是一種很好的將理論基礎(chǔ)與動手實踐能力相結(jié)合的實踐教學環(huán)節(jié)。

1 基于CDIO模式設(shè)置實訓環(huán)節(jié)

根據(jù)該校材料成型及控制工程專業(yè)的辦學定位，綜合實訓的設(shè)置以周邊鑄造企業(yè)實際生產(chǎn)的鑄件作為項目依托，結(jié)合學校軟硬件條件，按照CDIO模式構(gòu)思—設(shè)計—實施—運行四個環(huán)節(jié)設(shè)置實訓環(huán)節(jié)。實訓具體環(huán)節(jié)包括：企業(yè)現(xiàn)場調(diào)研選題環(huán)節(jié)、鑄造工藝設(shè)計環(huán)節(jié)、鑄件制造環(huán)節(jié)、檢驗總結(jié)驗收環(huán)節(jié)。

1.1 構(gòu)思——企業(yè)現(xiàn)場調(diào)研選題環(huán)節(jié)

根據(jù)人才培養(yǎng)方案的要求，聯(lián)系周邊校企合作單位，帶領(lǐng)同學到企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場進行參觀實習，并從企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場選取難度適合的鑄件，作為綜合實訓的工程項目，以整體項目的形式下發(fā)學生，供學生選擇。學生5～7人分成一組，分組按照能力均衡的原則進行，每組內(nèi)既有基礎(chǔ)知識扎實的、也有設(shè)備機床操作熟練動手能力強的同學，每組制定一名同學作為組長，負責整個項目組每位成員的工作任務(wù)指派以及任務(wù)時間節(jié)點控制。各項目組選定題目后，在指導教師的協(xié)助下，分析項目的需求，開始進行文獻檢索工作，通過圖書館、網(wǎng)絡(luò)等形式查找項目相關(guān)的文獻資料，結(jié)合在企業(yè)參觀實習心得，策劃項目的具體實施方案，指導老師審核后進入下一環(huán)節(jié)。

1.2 設(shè)計——鑄造工藝設(shè)計環(huán)節(jié)

指導老師協(xié)助項目組組長制定設(shè)計環(huán)節(jié)項目進展計劃，根據(jù)每名組員特點安排鑄造工藝的設(shè)計工作，明確每名組員的具體工作內(nèi)容及時間節(jié)點，將鑄造工藝設(shè)計環(huán)節(jié)劃分為三維建模、澆注系統(tǒng)設(shè)計、鑄造工裝設(shè)計、繪制二維工程圖、編寫鑄造工藝卡，鑄造模擬軟件分析等環(huán)節(jié)，落實到每名組員。在此環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)組員的團隊合作精神，以及《鑄造工藝學》、《鑄造合金及其熔煉》、《鑄造模具設(shè)計》等核心理論課程的知識的綜合運用。在設(shè)計的環(huán)節(jié)中，不僅要設(shè)計出合理的工藝方案，方案還必須具備可行性，即能夠在預定時間內(nèi)，在學校現(xiàn)有的實驗加工設(shè)備條件下能夠?qū)崿F(xiàn)，要根據(jù)現(xiàn)場狀況及時調(diào)整初步設(shè)計方案。

1.3 實施——鑄件制造環(huán)節(jié)

鑄件制造環(huán)節(jié)主要培養(yǎng)動手操作能力，分為鑄造工裝加工、熔煉澆注兩個主要環(huán)節(jié)。在完成對前述環(huán)節(jié)方案的優(yōu)化調(diào)整后，開始項目的實施環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)工作量較重，老師指導項目組組長合理分配工作任務(wù)，保證各個環(huán)節(jié)之間運行的連貫性，落實時間節(jié)點任務(wù)。通過該環(huán)節(jié)的進行，可以培養(yǎng)學生協(xié)同合作精神，以及機械加工方面、熔煉設(shè)備操作方面的專業(yè)技能。完成該環(huán)節(jié)后，項目要求的鑄件已經(jīng)制造完成，經(jīng)初步檢查后，進入下一個環(huán)節(jié)。

1.4 運行——檢驗總結(jié)驗收環(huán)節(jié)

在獲得項目要求的鑄件之后，要對鑄件進行嚴格的檢驗。進行鑄件的尺寸測量，性能測試、金相組織分析，并撰寫質(zhì)檢報告，并以項目組為單位進行總結(jié)匯報，每名組員都必須就某一設(shè)計生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行講解。老師作為產(chǎn)品客戶方，對產(chǎn)品、質(zhì)檢報告以及設(shè)計生產(chǎn)流程文件進行審核。該環(huán)節(jié)培養(yǎng)學生的表達展示自己的能力，給學生灌輸工程項目的最終目的是向客戶提供合格產(chǎn)品和優(yōu)異服務(wù)的理念。

2 實訓的條件保障

按照CDIO模式開展綜合實訓活動，要求學校必須具備一定的軟硬件條件。

首先，實驗硬件方面，必須有足夠的機械加工設(shè)備以及熔煉澆注設(shè)備。目前南陽理工學院的金工實習基地、先進制造技術(shù)實驗室擁有數(shù)量較多的常規(guī)加工設(shè)備，如銑床、車床、鋸床、鉆床、數(shù)控加工中心，以及特種加工設(shè)備如電火花、線切割等。材料成型及控制工程專業(yè)實驗室有中頻感應(yīng)電爐、坩堝熔煉爐、熱處理爐、鋁合金精煉設(shè)備等全套的熔煉澆注設(shè)備及工具，以及三坐標測量儀、直讀光譜儀、綜合力學性能試驗機、金相顯微鏡、掃描電鏡等實驗檢測設(shè)備。軟件方面，學院機房擁有的二維三維繪圖軟件以及鑄造模擬軟件ProCAST，用于鑄造工藝工裝的設(shè)計。

其次，指導教師必須是雙師型教師。實訓的指導教師均是有企業(yè)工程實踐背景的教學經(jīng)驗較豐富的教師，能夠幫助學生解決在項目實施過程中遇到的各種工程難題。

最重要的是必須有企業(yè)的合作。目前南陽市及周邊7家規(guī)模較大的鑄件生產(chǎn)企業(yè)均設(shè)有學院的校企合作實習實踐基地，可以為綜合實訓提供多樣性的題目及技術(shù)支持，可以實現(xiàn)“真題真做”，達到CDIO模式要求的的項目化教學安排。

3 實訓的實施

綜合實訓一般開設(shè)在第7學期最后四周，是畢業(yè)設(shè)計前最后一個教學環(huán)節(jié)。各環(huán)節(jié)任務(wù)以及時間節(jié)點如下所示。

企業(yè)現(xiàn)場調(diào)研選題環(huán)節(jié)3天，包括實訓動員及安全教育、企業(yè)現(xiàn)場參觀實習選題、資料收集整理、制定項目總體實施方案。

鑄造工藝設(shè)計環(huán)節(jié)5天，要求繪制鑄件三維模型、設(shè)計澆注系統(tǒng)、設(shè)計鑄造模具、繪制工裝二維工程圖、制定熔煉工藝、編寫鑄造工藝卡，鑄造模擬軟件仿真分析。

鑄件制造環(huán)節(jié)8天，要求加工鑄造模具和其他輔助工裝、進行熔煉前準備工作、熔煉合金、配制型砂、造型或金屬型直接澆注、鑄件清理、熱處理。

檢驗總結(jié)驗收環(huán)節(jié)4天，鑄件的尺寸測量、成分測試、力學性能測試、金相組織分析，撰寫質(zhì)檢報告，項目總結(jié)材料、演示匯報。

4 實訓的考核體系

實訓的考核體系是對學生的實踐環(huán)節(jié)教學目標是否實現(xiàn)及實現(xiàn)程度的綜合價值判斷，不能簡單地使用一個分數(shù)來評價，而必須是一個綜合指標，是一種過程考核加最終產(chǎn)品質(zhì)量考核的符合模式。每個環(huán)節(jié)完成后都要求對項目組每名組員對項目的貢獻度進行量化考核，作為每個環(huán)節(jié)的成績，其中貢獻度包括：考勤、小組討論方案記錄、分配任務(wù)的完成度以及時間節(jié)點的控制情況。該部分成績占總成績的60%。最終產(chǎn)品質(zhì)量考核以項目產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣進行打分，占總成績的40%，按企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求對鑄件打飯，包括鑄件尺寸、材料、粗糙度、力學性能、金相組織等內(nèi)容。打分過程采用學生互評和導師評定相結(jié)合的形式進行，充分調(diào)動學生的積極性和責任心。

5 存在的不足

在四周內(nèi)獨立完成整個鑄件制造的全流程，包括工藝設(shè)計、工裝加工、熔煉、澆注、鑄件檢驗等環(huán)節(jié)，內(nèi)容繁雜，為了保證完成度，項目只能選用企業(yè)相對簡單的鑄件，對于工程認證要求的復雜工程問題處理能力的要求還有一定的差距，后續(xù)將進一步增加綜合實訓時間和更新實驗加工設(shè)備等手段，逐步增加項目難度，更加貼近現(xiàn)場，貼近生產(chǎn)實際。

6 結(jié)束語

綜合實訓是南陽理工學院材料成型及控制工程專業(yè)學生進行畢業(yè)設(shè)計前，最后也是最全面的一次專業(yè)技能的綜合訓練。綜合實訓實施效果的好壞，直接關(guān)系到學校的人才培養(yǎng)質(zhì)量的優(yōu)劣。按照CDIO模式開展的綜合實訓，以企業(yè)真實產(chǎn)品為項目目標，比對鑄造企業(yè)的實際的生產(chǎn)檢驗流程，設(shè)置實訓環(huán)節(jié)，開展的以項目為引導和主要載體的實踐教學，使學生成為教學過程的主體，參與項目的構(gòu)思—設(shè)計—實施—運行全過程。經(jīng)過綜合實訓環(huán)節(jié)的訓練，既提高了學生學習的積極性和主動性，又可以使學生靠近生產(chǎn)實踐，縮短從課堂到車間的空間距離，從普通大學畢業(yè)生到合格現(xiàn)場工程師的時間距離，從而提升學生的專業(yè)技能，提高了就業(yè)競爭力。采用CDIO模式開展綜合實訓，符合當代工程教育的發(fā)展趨勢，為未來學校進行OBE工程教育模式改革，奠定良好的基礎(chǔ)。

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