基于CDIO理念应用型本科数控类特色课程的建设

基于CDIO理念应用型本科数控类特色课程的建设

主要研究数控机床加工精度、振动控制与教学改革等。

闫占辉，于雷，王利涛，王大宇

(长春工程学院 机电学院，长春 130012)

摘要：结合国家国民经济和社会发展“十二五”规划纲要的要求，以数控机床为对象，以网络为平台，引入CDIO教育理念，以数控类课程内容的项目设计为主线，构建CDIO理念下应用型本科数控类特色课程的新形态，提高学生的数控机床结构设计、数控编程与数控加工等方面的能力，使学生在数控技术应用方面动手能力强，上手快。

关键词：CDIO；课程体系；优化；能力

一、问题的提出

目前，工程教育者面临知识传授和能力培养之间的矛盾；工程知识急剧增长，科学技术理论体系不断完整，交叉学科越来越多；工程教育趋向理论化、学术化，以满足日益增长的知识体系的要求。而环球竞争、产业重组、新技术的迅猛发展，对工程师的在社会、历史背景环境下产品的建造能力的要求逐步提高。与此同时，工程类学生的培养模式与其他专业越来越趋同，工程教育失去其实践、创造的特征。工程教育与工程实践的要求渐行渐远。

中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要中明确提出：“大力发展装备制造业，推进产品数控化、信息化水平。”培养数控类技术人才是高等学校重要任务之一。

数控类课程是国内外高校机械类专业的主要课程之一。国外主要采用课程模块的形式进行教学，理论课程体系比较系统，实践教学以现场教学及研究型教学为主。国内各高校的机械类数控课程，无论是理论教学还是实践教学，主要采用阶段、递进式方式。

在实践课程体系方面，国内外的比较分析表明，国内应用型本科机械类专业实践教学目前存在的主要问题有：(1)实践教学多为具体的理论课程服务，没有形成体系，整体优化程度低；部分实践教学的培养目标不明确，或教学内容与培养目标相脱节；(2)设计性的实践教学大多停留在图纸上，而结合现场工艺分析及制造实践等的内容较少；教学模式比较单一，缺乏系统综合实践教学环节，工程实践教学的环境相对较差，学生的应用能力难以得到较好培养；(3)在教学内容和运行模式上，主要强调学生理论知识的汲取，而对于作为21世纪人才培养中最为关注的设计制造能力、创新意识以及工程意识培养方面的措施难以得到很好的落实；(4)在教学条件方面，虽然仪器设备比较落后的问题在不少高校是存在的，但更加突出的是具有先进教学理念的专职教师资源的缺乏。如果这一问题不解决，即使有最先进的仪器设备，也无法发挥其应有的作用。

CDIO是当前高等工程教育的一种新型教育模式，它是以产品从研发到运行的生命周期为载体培养学生的工程能力，让学生用主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程，工程理念贯穿于教育全过程。CDIO是高等工程教育的先进理念，与教育部启动的质量工程目标一致，教育部分别于2009年3月和10月召开了全国第一次和第二次CDIO试点工作会议，并成立了机械类、电气类、化工类、土木类4个试点工作专业组，全国先后有上百所高校加入试点单位，这些学校采用CDIO工程教育理念和教学大纲开展教学实践，取得了良好效果，按CDIO模式培养的学生尤其受社会与企业的欢迎。

2009年我校与西苏格兰大学合作办学招收了在机械设计制造及其自动化专业国际合作交流班，2013年本专业入选了教育部第二批CDIO改革试点专业。利用学校与西苏格兰大学合作办学的平台，以机械设计制造及其自动化专业国际合作交流班为试点，借鉴CDIO工程教育模式进行数控类课程教学改革与实践，提高学生工程应用能力和创新能力进行探索与实践。图1为机械设计制造及其自动化试点专业的理论课程体系简图。在课程体系的第Ⅲ阶段，设置了机床数控技术、数控工艺与编程等先进制造技术类理论课程。

图1　机械设计制造及其自动化专业理论课程体系鱼骨图

二、数控系列课程体系建设

(一)建设目标

以机械设计制造及其自动化(中英合作)专业为试点，以机床数控技术、数控编程、数控机床结构、数控加工综合实训等数控类课程信息化、网络化建设为平台，以数控类课程内容的项目设计为主线，优化理论教学及实践教学内容，完善教学手段与方法，倡导自主性学习与研究性学习方式方法。通过实施数控类项目设计，实现由因材施教的同时实行“因人施教”，考察共性的同时注重考察个性，注重学生个人和团队潜能的发挥，形成有利于激励学生应用能力培养的数控类理论课程和实践课程新体系。建成机床数控技术精品特色课程。

(二)建设内容

以数控机床为载体，对数控机床技术等教学内容实行网络化建设；实施基于CDIO理念的数控设计类驱动项目，优化理论教学及实践教学内容，完善教学手段与方法，提供自主性学习与研究性学习方式方法环境。构建CDIO理念下应用型本科数控类特色课程的新形态。

(三)主要观点

借鉴CDID工程教育理念，通过实施数控设计类驱动项目，倡导了自主型与研究型学习方式方法；实现由因材施教的同时实行“自主学习、探究学习”，考察共性的同时注重考察个性。

(四)研究思路和研究方法

从企业对现场工程师的知识、能力及素质等方面出发，同时借鉴CDIO工程教育理念和英国西苏格兰大学对应用型人才培养的一些成功经验，以及我国有关国家质量标准和职业工程师对数控技术的一些要求，通过调查、问卷等方式获取第一手资料。

以机床数控技术精品特色课程建设为契机，结合精品课程网站建设，在涵盖常规精品课程网站内容的基础上，按照数控机床结构、数控编程与加工、数控机床加工检测三大模块组织数控类设计项目并实施。

(五)实施步骤

1.通过调查研究，研究中英合作等机械类专业对数控技术类课程的知识、素质和能力结构及其要求；

2.建设信息化机床数控技术精品课程网站，形成立体化课程教学内容；

3.以数控机床为对象，构建基于结构、编程及检验的设计项目并实施；

4.“CDIO理念下下应用型本科数控类特色课程”实施、完善提高阶段；

5.学生数控技术应用综合能力测评。

(六)建设情况

针对数控系列课程存在的问题，按照“四性相融”原则，以能力培养为核心，重点培养学生的数控技术能力、方法能力和综合能力，通过“纵向贯通”和“横向拓展”构建适应能力培养要求的知识结构和课程体系。

针对性：借鉴CDIO教育理念，采用学生以完成与数控产品部件的设计与制造为主体的任务驱动教学法，以培养学生数控机床结构设计、工艺编制、零件加工能力培养为核心，将数控技术的主要理论课程(机床数控技术、数控机床工艺与编程、数控机床结构、数控设备故障诊断与维护)和主要实践环节(CAM软件基础实训、数控加工实习、数控加工综合实训、数控技术应用综合课程设计、毕业设计)分解到任务驱动的各个阶段。如基于数控机床部件设计的驱动项目的能力分解如图2所示。

图2　基于数控机床部件设计的项目驱动的能力分解图

按照此模式，可将数控工艺编制与加工能力培养，按照“理论够用，注重数控编程与加工能力”的原则，针对工艺与编程基础、数控车削加工工艺与编程、数控铣削加工工艺与编程、加工中心加工工艺与编程、特种数控加工工艺与编程等课程内容。紧紧围绕“加工出合格零件”的目标，分解成六个主要节点，如图3所示。

先进性：课程内容要能跟踪先进技术发展的趋势，随着数控技术的发展而不断更新。课题组通过对数控系列课程教学内容的调整，压缩了课程传统内容的教学课时，大量增加近年来的数字装备设计、控制和制造技术的教学课时，跟踪数控系列课程教学始终和国内外制造技术发展。同时，充分利用校内外举办的各种学科竞赛培养学生的创新能力。

整合性：以能力培养为核心，在数控系列课程建设中，着眼于教学内容和课程体系的整体优化，构建“机床结构—数控原理—数控工艺—数控编程—数控系统”的课程体系，融工艺、编程、操作、原理、数控、机械结构和装备设计于一体，使内容更完整、知识更连贯、教学更高效。并将实践环节穿插其中，比如讲解机床结构后，马上安排一次机床结构认识实验，或者直接在试验场地讲解该部分内容，从而实现理论和实践的一体化教学。

图3　数控加工与编程能力分解鱼骨图

导向性：建立以能力和职业素质考核为中心的考核模式，突出能力本位。采取形成性考核、终结性考核和职业素质能力评价方式相统一的方式。

具体实施要求如下：

(1)借鉴学校制定的本科专业实践环节的实践教学方案和考核纲要，制定了基于每个能力点的实践教学方案和考核纲要，明确教学目标、教学要求、教学内容、实践成果、考核内容和考核标准等，保证教学组织可行、教学目标实现。

(2)在形成性考核、终结性考核方面，工程意识及表现以考勤和观察为主，重点技能和能力考核采取现场测试与口试相结合的方法，成果考核主要采取总结报告评阅与产品检测。

三、数控系列课程体系建设研究成果

通过建设信息化机床数控技术特色课程，形成了立体化课程教学内容，实现了相互融合的理论、实践教学体系，应能够使学生在知识的获取上更加系统、层次更加分明；通过采用一条主线自主设计项目、自主学习和研究、自主模拟仿真和工程实践，建立以能力和职业素质考核为中心的考核模式，使学生能较熟练地应用数控技术相关知识完成产品设计、零件制造与检验、设备维护及操作、产品装配与调试等环节，提高了学生的工程意识和创新意识；使学生形成了基本的设计能力、一定的制造加工能力和不断获取经验和更新知识的能力。在此基础上培养了学生的创新意识和创业意识。

参考文献

[1]韩立强，张鸣放.机械类·电气类本科专业实践教学方案与考核纲要[M].长春：吉林大学出版社，2013.

[2]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008(3)：1-6.

[3]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009(5)：86-87.

[4]康全礼，等.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报，2008(4)：15-18.

[5]高雪梅，等.CDIO方法与我国高等工程教育改革[J].江苏高教，2008(5)：69-71.

[6]袁洪志.高职院校专业群建设探析[J].中国高教研究，2007(4)：52-54.

[7]吴小蕾.高职院校专业群协同创新模式研究[J].教育与职业，2008(23)：28-29.

DOI:10.3969/j.issn.1009-8976.2015.02.036

收稿日期：2015-03-29

基金项目：吉林省教育科学“十二五”规划课题——“基于CDIO理念的应用型本科数控类特色课程建设”(项目编号：GH13255)

作者简介：闫占辉(1968—)，男(汉)，吉林双阳，教授，博士

中图分类号：G642.4

文献标识码：A

文章编号：1009-8976(2015)02-0130-04

The construction of application type undergraduate
NC featured courses based on CDIO concept

YAN Zhan-hui，et al.

(ChangchunInstituteofTechnology，SchoolofMechatronicsEngineering，Changchun130012，China)

Abstract：Combined with the development of the “the Twelfth Five Year” planning outline of national economy and social requirement，NC machine tools are regarded as the carrier，network technology as its platform by introducing the CDIO education idea，with CNC project design as the main line.It constructs new NC featured course morphology of application type undergraduate for CDIO concept，improves students’ mechanical structure design，NC programming and NC machining ability，so that our students are improving practical ability in the application of NC technology.

Key words：CDIO；course system；optimization；ability