基于CDIO 模式的机电一体化实训项目构建*

◆苏东海 单光坤

作者：苏东海，沈阳工业大学高等教育发展研究中心；单光坤，沈阳工业大学机械工程学院（110870）。

在即将迈出大学校门之际，部分学生心里存在一种焦虑：毕业是否就意味着失业？形成这种现象的原因有学生个人方面的原因和社会方面的原因，笔者认为主要包括：1）社会主义核心价值观还没有真正树立起来，缺乏明确的社会责任感；2）心理脆弱，攀比心强；3）实践能力差，缺少职业经历、就业竞争力；4）知识掌握不扎实，缺乏团结协作能力。

以上因素造成毕业生的能力素质与用人单位的要求存在较大差距，加大了毕业生就业的难度[1]。针对存在的问题，沈阳工业大学机械工程学院积极开展卓越工程师教育培养计划的实施工作，目标是培养能够解决工程实际问题、创新能力强、适应经济社会发展需要的具有国际视野的高质量应用型工程技术人才。

1 教学体系中CDIO 教学模式的有机融入

现有的机自专业课程设置中每门专业基础课和专业课都配有相应的实践环节，但缺少综合运用多学科知识的实践环节。学生通过金工实习、认识实习及生产实习等环节，虽然能从企业的现实生产环境中了解理论知识在实践中的应用，可是仍然无法亲身体验整个工程项目是怎样设计、搭建及生产运行的。

为了解决这个问题，认真学习和理解美国和瑞典的四所高校创立的CDIO（Conceive，构思；Design，设计；Implement，实现；Operate，运作）工程教育理念。CDIO强调工程实践教学的重要性，强调培养学生主动学习和动手实践的能力，以及分析问题和解决问题的能力，强调培养学生职业技能和道德，以及团队协作和交流[2-3]。这正是解决面临的教学问题的金钥匙。

将CDIO 工程教育理念应用到实践教学环节中，立足本校的培养目标，整合机电方向多门核心专业课程知识，为机自专业大学三、四年级的学生增设机电传动与控制大型集中项目训练课程。该课程立足于机械原理、机械设计、液压与气压传动、机电传动与控制技术及测试技术等多门课程的理论知识，以工程设计任务的方式下达给学生，要求学生在设计过程中主动寻求解决问题的知识和方法，以实际工程设计方案的形式完成课题，并在实训工作室的成组设备上实现设计方案。

2 实训项目的实施策略

实训项目的工程基础 沈阳工业大学与亚德克（中国）有限公司联合建立了“卓越工程师”联合培养实习实训基地，实训项目就是基于该实习实训基地的模块式柔性自动生产线实训系统展开的。基本系统由六个站组成，每站各有一套PLC 控制系统独立控制，在基本单元模块实训完成以后，又可以将相邻的两站、三站直至六站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。学生在实训过程中要综合运用现代实际生产中较流行的、较先进的各种很实用的技术知识点，其中包括PLC 控制编程技术、电气控制技术、气动应用技术、传感器技术、机器人应用技术等知识，充分发挥自己的创新思维，采用模块化的设计对设备进行扩展改造。

实训项目的实施途径 学生在认真阅读实训指导书的基础上，掌握实训工作台的机械结构、气动单元和电器单元的组成。根据设备自拟训练任务或者由教师下达设计任务，学生为完成设计任务需要做以下工作：

1）启动并观察装置的运动过程，绘制出装置的机构运动简图、气动控制原理图、系统的机械装配图；

2）根据装置的实际电器接线情况，绘制出电气控制原理图及I/O 分配表；

3）列出工作台上所有电器元件、气动元件的明细表，注明型号等信息；

4）读出PLC 的控制程序，并结合实际运动过程，熟练掌握电器元件、气动元件及机械机构的工作原理，熟练掌握运动控制程序；

表1

5）根据训练任务搭建电气控制系统，编制装置的运动过程控制程序。

6）在自动生产线上调试控制程序，完成设计任务要求的设备运动。

实训项目实施过程的管理

1）每五名学生组成一个实训小组，实行组长负责制，由各小组组长协助指导教师共同完成实训设备的使用调度工作；

2）实训时间为期一周，进程安排如表1 所示。

3 本实训项目的特色

以项目设计为导向的综合能力培养理念 课程体系中与课程对应的实验和课程设计只是对一门课程知识点的验证及总结，而本项目是借鉴国外CDIO 培养模式，将机电方向所涵盖的多门专业基础课和专业课的知识点融于工程项目设计之中，这样培养出来的人才才能做到与企业工作岗位的零距离衔接。

培养学生基于项目、问题的主动学习方法 实训项目成为专业基础课和专业课学习的主线。由于实训项目的任务下达时间是在学校教学的第六学期，学生将围绕工程设计任务主动地在第六、七学期开设的各门课程中搜寻专业知识，极大地调动了学生学习的主动性，这也正是CDIO 培养模式所提倡的[4]。

工程项目验收的考核方式 课程考核以工程项目验收的形式，根据学生讲解设计思路、设备运行演示、现场答辩及设计项目报告等环节，由多名指导教师给出最终成绩。评选出考核成绩高的小组为全体学生演示设计的成果，促进全体学生共同进步。

注重学生综合素质提升 实训课中每组学生都承担了工程性极强的设计任务，目的是突出培养学生的创新精神、实践能力、自学能力、综合能力、交流沟通与表达能力、团队合作精神和对大系统的适应与调控能力，只有友好合作、不怕挫折的团队才能交上满意的答卷。

4 结论

通过完成生产过程控制任务的设计及实现，对学生进行贴近生产现场的工程实训，使学生很好地掌握了机械设计、工业自动化控制系统设计的过程和方法，培养了工程设计能力，提高了学生学习的方向性和主动性，提高了参与研制开发高技术附加值产品的能力和从事工程技术或协调管理的技能。在整个教学过程中，指导教师充当知识的引领者、项目进行的督查者、实训生产线的管理者，实现了引导式实践教学。笔者希望教改经验对其他工程院校的机械类专业以及其他工程类专业的人才培养起到有价值的借鉴作用。

[1]马德全,王立民.当前大学生存在的主要问题、成因及对策[J].内蒙古民族大学学报,2008,14(5):117-118.

[2]齐建家,刘桂波,何文广,等.基于CDIO 模式的机床电气控制与PLC 课程项目化教学设计[J].中国科技信息,2012(10):231-232.

[3]王仲文,段瑞珍.基于CDIO 模式的机电一体化专业教学改革初探[J].价值工程,2013(15):238-239.

[4]王伟,王殿君,申爱明,等.基于CDIO 人才培养模式的机械电子工程专业实践教学体系的改革与探索[J].安徽师范大学学报:自然科学版,2010,33(2):136-138.