基于CDIO模式的機(jī)電一體化技術(shù)課程教學(xué)改革探討

王碧艷

[摘? ? ? ? ? ?要]? 首先對機(jī)電一體化技術(shù)課程的特點和現(xiàn)狀以及CDIO教學(xué)模式改革能初步解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行分析，提出從理論教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)內(nèi)容和考核方式四個方面進(jìn)行機(jī)電一體化技術(shù)課程教學(xué)模式改革思路，將CDIO工程理念應(yīng)用于教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、解決問題的能力和創(chuàng)新思維能力。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? CDIO;機(jī)電一體化;教學(xué)改革

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）39-0164-02

機(jī)電一體化技術(shù)課程是機(jī)械類專業(yè)的一門綜合性、應(yīng)用性

很強(qiáng)的專業(yè)核心課程，是多種學(xué)科相互交叉、融合而形成的一門綜合性技術(shù)學(xué)科。一方面，該課程教學(xué)內(nèi)容涉及知識面廣，內(nèi)容涵蓋機(jī)械基礎(chǔ)、傳感器檢測技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、計算機(jī)控制等內(nèi)容，具有理論性與實踐性聯(lián)系密切、工程實用性強(qiáng)的特點?；诖?，需要將各部分知識進(jìn)行融合，才能很好地應(yīng)用于實踐。另一方面，高職機(jī)電一體化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是面向制造生產(chǎn)一線，培養(yǎng)能從事機(jī)電設(shè)備的操作、維修、維護(hù)及技術(shù)支持等工作的德、智、體、美等全面發(fā)展的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。

結(jié)合以上兩點，面向高職機(jī)電一體化技術(shù)的教學(xué)要在學(xué)生掌握一定理論的前提下，能從工程實際出發(fā)更深刻地理解機(jī)電系統(tǒng)的組成以及各個模塊的功能和模塊之間的聯(lián)接，這樣才能更好地適應(yīng)于以后的工作崗位，并能進(jìn)行簡單機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計。

而傳統(tǒng)的教學(xué)方法只是對前置課程進(jìn)行簡單堆積，以講授理論知識為主，實驗設(shè)備較少，缺乏對學(xué)生進(jìn)行實踐性及綜合性的訓(xùn)練，學(xué)生接觸實踐機(jī)會少，缺乏動手能力，更不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。學(xué)生感到難以致用，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣逐漸喪失。

本文就如何將CDIO教學(xué)模式應(yīng)用于高職機(jī)電一體化技術(shù)課程，來提高教學(xué)效果和教學(xué)的實際應(yīng)用性做一些探討。

一、通過CDIO教學(xué)模式改革能初步解決的關(guān)鍵問題

（一）學(xué)時相對較少

教學(xué)改革在高等教育中獲得深入開展，為了減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，機(jī)電一體化專業(yè)課程的教學(xué)課時被明顯縮減。同時，為培養(yǎng)出企業(yè)需求的復(fù)合型人才，需要不斷增加教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容多、課時少的矛盾就顯得尤為突出。因此，在教學(xué)過程中如何用較短的時間盡可能地提高教學(xué)質(zhì)量是需要解決的第一大難題。

（二）教學(xué)模式陳舊

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師一般只注重課程的理論教學(xué)，“板書+講解”或“多媒體+黑板”等是上課采用的主要方式，久而久之，學(xué)生對學(xué)習(xí)缺乏熱情，不愿意主動思考問題，失去對問題保持懷疑的精神，最終會出現(xiàn)培養(yǎng)出來的學(xué)生在理論學(xué)習(xí)和實踐動手能力方面存在顯著不足，學(xué)生的創(chuàng)新能力不能發(fā)展，嚴(yán)重影響對現(xiàn)代大學(xué)生動手能力、探索精神和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。

（三）理論與實踐脫節(jié)，實踐與工程脫節(jié)

在脫離工程現(xiàn)場情況下的理論教學(xué)和實踐教學(xué)充滿各種枯燥的原理框圖和接線圖等，以學(xué)生的想象力以及知識儲備無法完全理解類似的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生上課聽不懂，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)預(yù)期降低。

二、基于CDIO的機(jī)電一體化技術(shù)課程教學(xué)模式

CDIO教學(xué)模式是近年來國外工程教育改革的最新成果，是一種現(xiàn)代高等工程教育理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate），該教學(xué)模式是一種全新的工程教育理念和工程實施體系，為培養(yǎng)新一代的高端工程從業(yè)人員具有扎實的專業(yè)基本功，注重對學(xué)生工程基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識的培養(yǎng)，同時將教育過程放到工程的實際情境里，區(qū)別于常規(guī)的職業(yè)教學(xué)實踐和理論教學(xué)。

機(jī)電一體化技術(shù)課程教學(xué)改革主要包括理論教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革、實踐教學(xué)內(nèi)容改革及考核方式改革四個方面。

（一）理論教學(xué)內(nèi)容的改革

機(jī)電一體化技術(shù)課程的理論教學(xué)涉及的學(xué)科多、知識點分散，一部分知識點包含在前置課程教學(xué)中，如機(jī)械設(shè)計、電機(jī)控制和可編程控制器等;而另一部分知識點在前置教學(xué)中未涉及，如伺服控制、傳感器以及信號傳輸與接口技術(shù)等。因此，在教學(xué)內(nèi)容上避免簡單重復(fù)選修課的已有知識，應(yīng)從機(jī)電融合的角度出發(fā)，采用CDIO工程模式的逆向思維，把項目工程實例解剖成若干功能模塊，在理解各個功能模塊之間聯(lián)系的前提下，進(jìn)行各個模塊相關(guān)理論的教學(xué)，強(qiáng)化對基礎(chǔ)性知識點的講解和傳授。通過教學(xué)方法的改革，采用討論式、案例式教學(xué)方法，使學(xué)生掌握課程的重點，把握課程的難點，深入理解課程的知識點。

1.CDIO逆向工程實例解剖

工程實例解剖是將具體工程實例根據(jù)各部分的功能分成控制模塊、伺服驅(qū)動模塊、機(jī)械模塊、傳感器檢測模塊等功能模塊，掌握每個功能模塊的功能和作用以及模塊間的聯(lián)系，這樣可以使學(xué)生更深刻地理解完整的理論知識體系，為學(xué)生的實踐學(xué)習(xí)奠定一定的理論基礎(chǔ)，如圖1所示。

2.基于CDIO模塊間的聯(lián)接

在以往的教學(xué)中往往用簡單的線條示意圖來表征不同模塊之間的聯(lián)系，這種抽象的表達(dá)方式很容易使學(xué)生走向一個誤區(qū)，看似理解了課堂所學(xué)知識，但是又好像什么都沒學(xué)到，這就造成學(xué)生對所學(xué)知識抱有懷疑態(tài)度，認(rèn)為理論學(xué)習(xí)沒有用，以至于缺少學(xué)習(xí)的動力與激情。那么，基于CDIO模式的模塊間聯(lián)系，從工程實例出發(fā)，模塊之間是如何進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)換與傳輸，如何通過各種接口技術(shù)來連接起來，解決了這些問題，才能使理論與實際形成無縫連接，更有利于學(xué)生后續(xù)系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備故障診斷與維護(hù)的學(xué)習(xí)。例如，數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械本體之間的聯(lián)接包括電氣和機(jī)械兩部分，驅(qū)動器和電機(jī)之間的電氣連接以及電機(jī)轉(zhuǎn)軸與機(jī)械本體之間通過聯(lián)軸器連接來傳遞動力?；贑DIO模式下，以凱恩帝KND1000型號為例詳細(xì)說明連接方法，這樣就把抽象的理論轉(zhuǎn)換為形象的現(xiàn)實實物，更易學(xué)習(xí)與掌握。

（二）教學(xué)方法的改革

以工程實例驅(qū)動教學(xué)的方法，從一個具體的工程出發(fā)來構(gòu)思、設(shè)計、實踐和運作，逐步形成一個完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)，根據(jù)工程的推進(jìn)來安排教學(xué)內(nèi)容和實踐活動，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更有目的性，更能激發(fā)學(xué)生的興趣。重點介紹如何將任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、基于仿真的教學(xué)法和多媒體教學(xué)法融入CDIO模式的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作四個教學(xué)環(huán)節(jié)中，具體實施過程如圖2所示。

（三）實踐教學(xué)內(nèi)容的改革

遵循深入淺出的原則，改革機(jī)電一體化技術(shù)課程實驗內(nèi)容，使其涵蓋基本技能訓(xùn)練、綜合實踐能力訓(xùn)練及創(chuàng)新能力培養(yǎng)等幾個不同層次的實驗內(nèi)容。把課程內(nèi)容按照功能模塊以及模塊間的聯(lián)結(jié)分成若干個基本技能，例如液位變送器、一體化溫度變送器和壓力變送器的使用等。在綜合實踐能力訓(xùn)練方面，以典型機(jī)電產(chǎn)品數(shù)控機(jī)床為例，將各個功能模塊按照系統(tǒng)功能有機(jī)地組合成一個整體，在掌握各個模塊作用的前提下，著重訓(xùn)練各個模塊實際中的聯(lián)結(jié)。例如，在數(shù)控機(jī)床中使用光柵傳感器進(jìn)行位移和速度的檢測過程中，光柵尺將速度和位移信號反饋給伺服系統(tǒng)來準(zhǔn)確進(jìn)行控制，包含兩部分內(nèi)容：（1）光柵傳感器和機(jī)床本體的機(jī)械聯(lián)結(jié)部分;（2）伺服驅(qū)動器與數(shù)控系統(tǒng)和光柵傳感器的電氣電路聯(lián)結(jié)部分，通過對凱恩帝數(shù)控實訓(xùn)裝備的電氣接線和對工作臺拆裝保證安裝精度來充分掌握數(shù)控機(jī)床的速度和位移檢測以達(dá)到理實結(jié)合的目的。在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，鼓勵學(xué)生積極參加各種專業(yè)技能大賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽以及自主完成各種機(jī)電一體化系統(tǒng)專利設(shè)計，把這些作為學(xué)生課程拓展的目標(biāo)，使其能夠活學(xué)活用。在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一些從簡單到復(fù)雜的各種層次和水平的機(jī)電一體化創(chuàng)新項目，讓學(xué)生獨立完成系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試。

（四）考核方式的改革

探尋能夠鍛煉學(xué)生的書面表達(dá)能力，提高學(xué)生獨立動腦能力及實際動手能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動力，提高學(xué)生針對實際工程項目問題的分析能力、解決工程問題的能力的考核方案。改變考核方式，將學(xué)生課堂表現(xiàn)、實驗實訓(xùn)、參與創(chuàng)新大賽按照一定比例納入學(xué)生成績評估中，采用形成性考核方式：課程考核成績=理論考試成績（30%）+課堂表現(xiàn)成績（20%）+實操訓(xùn)練成績（30%）+課題項目成績（10%）+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽成績（10%）。理論考試按照考試大綱要求實施閉卷考試，120分鐘。

課堂表現(xiàn)是以學(xué)生在課堂教學(xué)過程中學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果

和學(xué)習(xí)興趣方面等的綜合考察成績作為課程考核成績的一部分，能讓教師更全面地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)。

實操訓(xùn)練是在現(xiàn)有的機(jī)電一體化數(shù)控教學(xué)實驗設(shè)備上進(jìn)行設(shè)備安裝、故障調(diào)試等內(nèi)容，考查學(xué)生實操技術(shù)的熟練程度。

課題項目主要是結(jié)合自身興趣在可選的機(jī)電創(chuàng)新項目中選擇自己感興趣的題目，利用所學(xué)知識提出設(shè)計方案，進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計、各功能模塊設(shè)計、模塊間接口設(shè)計、機(jī)械本體的設(shè)計和系統(tǒng)組裝等。考查學(xué)生分析問題、解決實際問題的能力。

該考核方法能夠客觀真實地評價學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)情況和知識的掌握情況，全面地反映學(xué)生應(yīng)用該課程知識解決實際問題的能力?？朔藛渭円揽坷碚摽荚嚪从硨W(xué)生成績的片面性，避免出現(xiàn)高分低能的情況，讓更多的學(xué)生發(fā)揮出個人的潛能。

三、總結(jié)

“中國制造2025”是新形勢下中國經(jīng)濟(jì)升級發(fā)展的方向，靠改革創(chuàng)新，實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，著力提升核心競爭力和品牌塑造能力，這就對機(jī)電一體化專業(yè)學(xué)生提出更高的創(chuàng)新能力要求?；贑DIO模式下的機(jī)電一體化技術(shù)課程教學(xué)改革能從根本上使學(xué)生擺脫理論知識和實踐能力的脫節(jié)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并提高學(xué)習(xí)效果，更有利于將學(xué)生的創(chuàng)新思維與所學(xué)無縫連接，高效實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜永成，華秀萍.基于CDIO的機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)改革[J].經(jīng)濟(jì)學(xué)科建設(shè)，2015（8）：242-245.

[2]董愛梅.基于CDIO的機(jī)電一體化課程教學(xué)改革與實踐[J].中外教育研究，2012（12）：63-64.

◎編輯 趙瑞峰