基于CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗的改革與探索

鄭春雷　閆志剛　王玉輝　楊志南　于金庫

[摘要]將CDIO工程教育模式引入到焊接專業(yè)綜合實驗教學環(huán)節(jié)，構建一種全新的綜合實驗教學新模式，實現(xiàn)了對實驗內容及實施方案的改革，完成了對學生從自主設計實驗、自行操作、焊接檢驗、性能測試、分析總結到報告撰寫的全過程培養(yǎng)。對綜合實驗的改革提高了學生解決實際問題、團結協(xié)作以及創(chuàng)新思維的能力。此外，嘗試了對部分綜合實驗報告進行返還，給學生提供了對不足之處自我思考、自我提升與爭辯的機會，參與試卷返還的學生普遍認為效果良好，獲得了更多的知識與提升。

[關鍵詞]CDIO；焊接；實驗教學；創(chuàng)新；報告返還

[中圖分類號]G642.0 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-4634（2016）04-109-04

0 引言

近些年，就業(yè)市場對人才的要求已有很大轉變，由高學歷型、理論型向技術型、復合型和創(chuàng)新型人才轉變。目前，高校工科畢業(yè)生存在實踐能力不強和創(chuàng)新意識不足等問題，在實際生產(chǎn)中難以滿足用人單位對實際生成人才的需求，尤其是焊接專業(yè)，更是需要畢業(yè)生提高動手能力和創(chuàng)新能力。美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學與瑞典皇家技術學院合作開發(fā)了一個全新的工程人才培養(yǎng)的工程教育模式，稱為CDIO（conceive-design-implement-operate）工程教育模式，即構思一設計一實現(xiàn)一運作。這種教育模式專注于培養(yǎng)學生扎實的工程基礎理論和專業(yè)知識，并通過整個培養(yǎng)過程和創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)的訓練，培養(yǎng)出既有扎實的專業(yè)知識又有良好的專業(yè)技能的國際化人才。燕山大學是第一批教育部CDIO工程教育模式研究與實踐課題組試點工作組高校之一，2007年便引入了CDIO工程教育理念，創(chuàng)建了基于項目的工程教育教學模式，于2013年加入了CDIO國際合作組織，成為其亞洲區(qū)中心成員之一。燕山大學材料科學與工程學院以國家級材料綜合實驗教學示范中心為平臺，以教育部推行CDIO工程教育模式為契機，于2008年對焊接專業(yè)實驗教學進行了改革，以便培養(yǎng)出的焊接專業(yè)畢業(yè)生符合國家對焊接專業(yè)高技能人才的需求，因此，學校增設了焊接專業(yè)綜合實驗這一教學環(huán)節(jié)。綜合實驗意旨在為學生提供一個完成獨立項目全過程的機會，以項目形式培養(yǎng)學生的理論應用能力、實踐動手能力、創(chuàng)新能力和團隊合作能力。這一改革是符合CDIO工程教育模式的理念，可以全面培養(yǎng)大學生的實踐能力。本文就以燕山大學材料科學與工程學院焊接專業(yè)為例，簡述基于CDIO工程教育模式的焊接專業(yè)綜合實驗的改革探索。

1 傳統(tǒng)焊接專業(yè)基礎實驗教學的不足之處

實驗教學是培養(yǎng)學生實際動手能力，通過聯(lián)系理論解決實際問題能力的重要環(huán)節(jié)，然而許多院校存在重科研輕教學，重理論教學輕實驗教學的現(xiàn)象。一般來說，高校教學育人的效果可能是在一二十年后才能體現(xiàn)出來，才能有客觀全面的評價，也驗證那句古語“試玉要燒三日滿，辨材須待七年期”，時間之長可見一斑。而科研見效相對快一些。這也導致了對教學投入嚴重不足，尤其是實驗教學投入嚴重不足，包括實驗室建設和實驗教師隊伍的培養(yǎng)。而實驗設備的落后及實驗教師較低的知識和能力水平又導致實驗教學內容和方法過于陳舊。例如，有些焊接實驗室還僅限于手工電弧焊，沒有電阻焊和氬弧焊等先進焊接設備，更沒有將科學與工程前沿的內容納入實驗教學。在實驗教學方法上，教師往往還是先講解基本原理和實驗目的，然后演示操作，再讓學生按照規(guī)定的步驟和注意事項進行實驗操作，最后撰寫實驗報告。這種方法仍然是以教師傳授為主，學生缺乏積極主動的思考，處于被動接受的狀態(tài)，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，也不適用于專業(yè)綜合實驗。

綜合考慮專業(yè)綜合實驗的特點以及人才培養(yǎng)的目標的情況，把CDIO工程教育模式引入到焊接專業(yè)綜合實驗中來是非常適合的。

2 基于CDIO模式的焊接專業(yè)綜合實驗

2.1 實驗教學條件的改善

燕山大學材料科學與工程學院材料綜合實驗室自2007年入選國家級材料綜合實驗教學示范中心后，學校及學院對實驗教學加大了投入，建立了設施先進的焊接實驗室，購入大量氬弧焊機、CO₂氣體保護焊機、半自動埋弧焊機、電阻焊機、等離子切割機和磁粉探傷儀等先進企業(yè)廣泛應用的焊接設備及焊接測量工具。與此同時，派出3名焊接專業(yè)實驗教師進行國際焊接工程師培訓，取得了國際焊接工程師資格證書。實驗教學條件的改善和專業(yè)實驗教師專業(yè)知識的提升將為焊接專業(yè)綜合實驗的開展鋪平道路，使焊接專業(yè)綜合實驗的改革得以順利進行。

2.2 焊接專業(yè)綜合實驗的改革

燕山大學開設的焊接專業(yè)基礎實驗課有：手工焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、CO₂氣體保護焊、金屬釬焊、電阻焊、攪拌摩擦焊、特種焊接方法認知、焊接變形及矯正、金屬焊接性間接及直接實驗評定、焊接熱循環(huán)及焊接接頭硬度分布測定、焊接接頭金相組織觀察、超聲波探傷及磁粉探傷等。2009年開始，開設獨立設課的焊接專業(yè)綜合實驗，2012年將CDIO工程教育模式引入到焊接專業(yè)綜合實驗中，對實驗教學目標及實施方案進行了全面的改變，注重解決問題，團隊協(xié)作及創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，并對原有綜合實驗項目進行了擴充與更新，使之更為靈活，覆蓋面更廣，更改后的部分綜合實驗項目如表1所示，并且由24學時增至32學時，由以前的5～6人一組，改為3～4人一組。這種實驗學時的增加以及分組的細化大大調動了學生對實驗設計的獨立思考，提升了學生理論聯(lián)系實際的能力，給學生提供了更多動手的機會，讓整個綜合實驗思路更加清晰，過程更加完整，達到的實驗效果也越來越好。

將CDIO工程教育模式引入到焊接專業(yè)綜合實驗后，對應的焊接專業(yè)綜合實驗內容及學生培養(yǎng)目標如表2所示。

1）在構思階段，通過給出實驗目標，讓學生構思實現(xiàn)目標的途徑和方法，培養(yǎng)學生獨立查閱相關資料的學習能力、運用基礎理論知識的能力以及發(fā)散性思維的能力。在此階段，專業(yè)綜合實驗在一定程度上彌補了學生在專業(yè)基礎實驗課中被動式學習的缺陷，有利于調動學生學習的積極性。

2）在設計階段，通過前期的實驗設想，深入查閱資料，選擇并熟悉相應實驗設備，確定相應的實驗工藝，合理安排實驗順序，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力及縝密思維的能力。在理論知識的基礎上，學生通過自己的獨立思考和設計分析，從而對提出的問題尋求有效的解決方法。

3）在實現(xiàn)階段，根據(jù)前期確定的實驗工藝，制備樣品，并用相關設備實施焊接，在焊接過程中遇到問題，及時尋求解決辦法，如通過調整焊接工藝參數(shù)，提高焊接質量，培養(yǎng)學生實際動手操作能力及團隊協(xié)作能力。在這一階段，學生可以將課本上別人的知識轉化為自己的知識，可以將感性知識上升到一定的理論高度；在處理問題時，需要團隊成員之間的相互交流溝通，集思廣益，使解決問題的方法更加完善明確，用理論知識去解決實際問題。此外，每個專業(yè)綜合實驗項目一般都是具有一定實際意義的小課題，當學生進行該項目時，就相當于進行一個實際應用開發(fā)性小項目，當學生完成該項目時，學生的理論知識就能在實際中得以應用，從而更加激發(fā)其學習的積極主動性。

4）在運作階段，對已經(jīng)焊好的樣品進行檢驗，如果存在較大焊接缺陷，再調整焊接工藝，進行焊接，直至焊接合格。對已經(jīng)合格的焊接樣品進行解剖，制備測試試樣，觀察焊接組織，并進行硬度測試，然后按照學術論文格式撰寫報告。在這一過程中，學生綜合分析與解決問題的能力得到提升，同時也強化了專業(yè)能力，即把微觀組織與宏觀性能相聯(lián)系的跨越式思維的能力以及總結歸納的能力。與此同時，學生需詳細地綜合分析實驗結果，根據(jù)已有的基礎知識來解釋觀察到的實驗現(xiàn)象，系統(tǒng)客觀地分析，并認真細心地撰寫實驗報告。

這一系列的構思、設計、實驗和運作階段都是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題并利用專業(yè)知識解決問題的能力，提高其專業(yè)報告撰寫的邏輯性，這些都為學生本科畢設的進行、深造研究生或是工作后技術報告的撰寫打下一定的基礎。

焊接專業(yè)綜合實驗改革，從小處著眼，但是卻效果明顯，普遍提高了畢業(yè)生的解決實際問題、團結協(xié)作與創(chuàng)新思維的能力。焊接專業(yè)學生一直是本校就業(yè)率最高的專業(yè)之一，就業(yè)率達到了99.5%以上。近些年，用人單位對本校焊接專業(yè)畢業(yè)生的認可度逐年提高，需求更是逐年增加，畢業(yè)生出現(xiàn)供不應求的情況。

焊接專業(yè)綜合實驗教學體系的流程圖對應的CDIO模式如圖1所示。綜合實驗內容按照CDIO模式進行拆分后，并針對不同的過程（如表2所示）安排相應的學時及成績，改變以往只按照出勤率及最終實驗報告給成績的不足。此外，學院率先初步嘗試對部分學生的焊接專業(yè)綜合實驗報告進行返還，改變以往學生無法知曉自己實驗報告不足的缺陷。實驗報告返還制度為學生提供反思實驗報告不足的機會，與教師深入交流與辯駁的機會，對學生和教師的能力提升都有重要的價值。北京大學率先實行“試卷返還制度”的目的也在于此。通過試卷返還，參與試卷返還的學生普遍認為效果良好，獲得了更多的書本以外的知識，并大幅度提升了實踐能力，同時也使實驗教師的能力水平得到同步提高。

焊接專業(yè)綜合實驗教學改革是借鑒其他院校的方法與經(jīng)驗上進一步優(yōu)化，實踐效果良好，也可供其他院校及專業(yè)借鑒并優(yōu)化，以符合國家培養(yǎng)人才的需要。

3 焊接專業(yè)綜合實驗教學改革的下一步工作

在燕山大學國家級材料綜合實驗教學示范中心的運行過程中，焊接專業(yè)綜合實驗教學改革之后所取得的成績不再贅述，其中最顯著的效果是提高了學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和實踐能力，滿足了社會需求。但是，在焊接專業(yè)綜合實驗教學過程中也表現(xiàn)出了一些問題，如本校開設該課程時間為大四的第二個小學期，這段時間學生正集中精力在考研復習或求職應聘階段，部分學生心思較為分散，時間也無法保障，無法集中精力于綜合實驗的構思、設計、實現(xiàn)和運作上，這就需要在課程時間安排上進行調整。在焊接專業(yè)綜合實驗過程中涉及到的設備使用問題也需要進一步協(xié)調，以達到實驗流程無障礙。此外，目前僅對部分實驗報告實行返還制度，下一步將逐步實行全部實驗報告的返還制度，這也需要實驗教師付出更多時間與精力。

4 結束語

綜上所述，基于CDIO工程教育模式的焊接專業(yè)綜合實驗的改革，在很大程度上改變了傳統(tǒng)教學模式，更為重要的是探索出了一條培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力及團隊協(xié)作的新路。對焊接專業(yè)綜合實驗的改革，普遍提高了畢業(yè)生的解決實際問題、團結協(xié)作以及創(chuàng)新思維的能力，提高了焊接專業(yè)畢業(yè)生的認可度。同時，實驗教學應該與時代相同步，尋找適合本校特色和自身發(fā)展的新道路，使實驗教學更加完善，真正實現(xiàn)學生的知識及能力與社會需求相同步。實驗教學是個長期的過程，在其中會遇到很多問題，需要在不斷的改革和探索中前進。