基于CDIO模式的数控机床维修教学实践

杨 辉，万海鑫，张宣升，许光彬

基于CDIO模式的数控机床维修教学实践

杨 辉，万海鑫，张宣升，许光彬

以往的数控机床维修教学重理论，轻实践的问题，引入CDIO教育模式，以学生为中心，制定相关标准，创建“维修学习空间”，让学生在真实工作环境中熟悉项目运作流程，掌握理论知识，提高应用能力和维修技能。

CDIO；数控机床；教学改革；学习空间

高等职业教育的任务是培养高技能应用型人才，尤其是与国际接轨的职业技术人才。研究实践表明，国际CDIO理念和方法先进可行，适用于现代职业教育改革。

一、传统教学方式存在的问题

数控机床维修课程要求学生掌握抽象的概念，具有良好的认知能力和一定的应用能力。传统的教学内容通常包括维修简介、软件应用简介、机床维修理论简介，只涉及实际维修知识的极小部分，减少了数控机床内部结构、精度维修和结构故障等内容。教师将重点放在数控系统维修理论部分，学生很少尝试部件安装、线路连接、维修工艺设计等实践环节，对基本概念缺乏深层次的理解，对工艺系统分析和维修实施之间的联系缺乏系统掌握。这种教学方式下，教学内容抽象、干瘪，学生采取集中记忆的方法掌握维修概念效果不理想，而且模糊了基本概念和原则，不利于技术的掌握。

二、CDIO工程教育模式

CDIO 分别表示构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)和运作(Operate)。它是以产品研发到运行的生命周期为载体，让学生积极主动的通过实践环节掌握相关知识和能力学习的方式。

（一）CDIO 大纲

CDIO大纲提出知识、能力及态度的主题分为：基础知识、个人能力、人际团队能力和系统能力。它综合培养学生达到4个层面的目标，与工程实践标准一致。（1）特点：包含所有的能力需求内容，由多个领域的专家评审通过。（2）价值：可用于各个专业，可作为一个通用模型，指导教师获得期待的效果和培养目标。把知识、能力和态度作为职业教育的结果，把教学效果纳入培养大纲。（3）效果：学生应掌握什么，能做什么，这些问题在大纲中得到全面体现。

（二）CDIO 标准

CDIO具有可操作性的能力培养、全面实施及检验测评的标准。它包括：背景环境、学习效果、一体化课程计划、工程导论、设计-实现的经验、工程实践场所、一体化学习经验、主动学习、教师实践能力提升、教师教学能力提高、学生考核、专业评估。这一标准可以作为教学改革和评估，设立实施基准和目标，制定可持续改进要求的参照。它既体现了与其他教育模式的不同，又反映职业教育的最佳实践，为建立基准和目标提供持续改进的框架。它着力于培养具备创新能力、人文素质和职业道德的新型职业技术人才。

三、CDIO模式在数控机床维修教学中的实施

在CDIO框架内建立教学和学习的工作场所，结合学习经验和CDIO评估标准建构新的标准。根据标准设计以学生为中心的综合顶峰项目 “维修学习空间”，运用各模块知识，创立真实工作环境，完成整个项目，提交小组报告。

（一）教学目标

对各门课程（机械制图、CAD、公差配合、数控原理、数控机床编程与操作、PLC、机床电路等）的知识进行分析与应用，使用各种维修方法。通过与团队成员的协作，培养团队合作精神，提高实践数控机床组装工艺的设计技能，培养质量意识和时间管理意识。制定数控机床组装的实施步骤与计划，培养创造性思维和创新意识。计划、组织和编写小组项目报告。

（二）教学任务

（1）安装硬件的策划问题。阅读图纸，配合机械与电路图，完成安装整体构思。（2）电气部分的计算和传输。分析故障现象，归纳故障特点，判断故障现象的转移。（3）安装工艺分析和调试。通过尝试安装主轴和进给部件，配合小组成员完成不同工作。采用综合的维修分析和参数设置，选取FANUC 0i、华中世纪星或西门子802C等系统，完成参数、程序、梯形图。按照机床参数设置将所有尺寸精度调整到极限状态的设计标准。

（三）实施步骤

1.组装工艺介绍。教师授课内容包括维修工具应用，传统机床维修工艺，数控机床组装工艺，现代维修方法在数控机床组装中的应用等。

2.构思阶段。提出数控机床组装项目问题，分组实施数控机床组装工艺的设计，每个班级分成5个小组进行，每组6-8名学生，每组选出一名小组长。学习空间配备有小型数控机床、数控系统、标准电缆及接头、安装工具、检测仪器、试车用具等。各个小组提交项目报告，派代表进行报告说明。

3.设计阶段。完成项目实施计划，确定数控机床组装工艺流程，提交维修工艺流程图，制作电气线路图、仪器与组装图等。

4.实施阶段。完成数控机床成套零部件的安装与调试，完成参数设置，形成skill-CDIO教学模式。

5.运作阶段。数控机床模型运作及组装质量的测试，演示模型运作，提交项目报告，进行答辩。

四、数控机床维修教学改革的效果分析

（一）创新解决方案，实时体验学习

在项目构思时，以现有维修模块为单元，构建真实维修学习空间，这解决了传统教学中存在的不足，使学生获得与实际操作相结合的学习经验。这是依据数控机床维修原理，充分利用现有的实验室设备空间的结果。真实维修学习空间的作用有：（1）加深学生对数控机床维修理论和实践的理解。（2）结合不同的数控机床维修模块进行实验与实训。（3）提供学习环境，将实验室用于模块化、真实化和智能化技术工作。

（二）创建“维修学习空间”

在项目设计时，依据系统思维，全员参与，整体设计的原则，结合实验室管理、机床维修技术等提出“维修学习空间”，推行CDIO职业教育经验。教学模块的构建都在现有的实验室完成。“维修学习空间”支持CDIO教学框架，提供实时的行为经验学习，强调对真实世界的系统和产品范围内的教育。

采用CDIO工程教育方法，发挥各种角色在该阶段的作用。根据初步概念设计和要求完成维修工艺，书面报告，系统部件连接等。学生扮演生产现场监理和数控机床维修人员的角色。skill-CDIO具有鲜明特色：（1）该模式教学中所有机床结构是开放的，通过组装，学生可以清楚了解机床结构，体验安装人员的实际工作，学习机床维修技术将变得具体生动。（2）所有成员完成典型结构连接，部件上标识不同类型连接。学生可以直观地了解其他成员安装的完整体系以及部件的支撑和运转。

（三）培养综合能力

项目实施时，通过安装成套的机床备件、检测系统，学生可以真实体验维修技术的应用，为“维修学习空间”提供可靠的保证。学生自己动手安装、论证，通过合理的检验、试运行再进行下一步工作。部件安装是机床维修的关键，是衡量机床性能的重要标准。其中软件程序安装到两台PC机中，获得数据并显示结果。

（四）有助于技术总结、推广和提高

在项目运作阶段，通过拷机程序的运行，直接把安装各部件的质量综合反应到加工零件上。同时通过报告反应机床运行时的故障与安装维修的要点。“维修学习空间”以学生为中心，以真实的实验为基础，配合学生主动和实时的经验式学习，使得数控机床维修技术易于理解和掌握。可以把此方法在同类项目课题中进行推广应用。

五、结论

通过吸收先进职业教育理念，应用CDIO标准，创新解决方案，构建“维修学习空间”，建立符合国际职业教育理念的教学体系，解决了传统教学模式存在问题。同时把职业技能与CDIO各阶段有机结合，形成skill-CDIO模式，开展更多的以学生为中心的实时体验活动，培养得到国际认可的技术人才。

[1]顾佩华，沈民奋，陆小华.重新认识工程教育—国际CDIO培养模式与方法 [M].北京:高等教育出版社,2009:30-32,41-90.

[2]Dr Tao Nengfu,Rose Huang.Teach Less,Learn More:Motivating Students’Learning of Structural Engineering with Real-Time Experiments and Competitions[J].Journal of Teaching Practice,2008.

[3]Johan Malmqvist,Kristina Edstrom.The Application of CDIO Standards in the Evaluation of Swedish Engineering Degree Programmes[J].World Transactions on Engineering and Technology Education,2006(2):361-364.

G642.0

A

1673-1999（2011）02-0184-02

杨辉（1975-），男，安徽阜阳人，硕士，阜阳职业技术学院（安徽阜阳236031）机电工程系主任，副教授。

2010-11-10

安徽省教育厅教学科研项目“数控机床故障诊断与维修技能实训教学研究”（项目编号：2008JYXM641）。