基于CDIO模式材料成型及控制工程专业综合实训的探索与实践

朱磊+张欣+赵亚忠+林红旗

摘要：基于CDIO的教育理念，南阳理工学院材料成型及控制工程专业综合实训设置了构思—设计—实施—运行四个环节。根据综合实训的实施条件，对综合实训的内容设置、考核方式等方面的进行了探索。通过综合实训的实践，提升学生的专业技能和就业竞争力。

Abstract： Based on the educational concept of CDIO， the syntheses training of Material Shaping and Control Engineering Specialty in Nanyang Institute of Technology has been set up with four links of conceive， design， implementation， operation. According to the implementation conditions of comprehensive practice training， the contents and assessment methods of the syntheses training are explored. Through the syntheses training， students' professional skills and employment competitiveness have been improved.

关键词：CDIO模式；材料成型及控制工程；铸造；综合实训

Key words： CDIO mode；material shaping and control engineering；casting；syntheses training

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）35-0205-02

0 引言

CDIO工程教育模式是麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学共同探索研究、创立的教育理念，是欧美20多年以来的工程教育改革的成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它是以项目为载体、以项目为主导进行实施的，是“基于项目教育和学习”的集中体现。按CDIO模式进行教学安排，通过项目设计将整个课程体系有机地、系统地结合起来，可以实现学生知识、能力和素质的共同发展，提升应用型高等教育的教学水平，更好地为企业培养适应岗位需求的高素质、应用型工程技术人才，是当前大批普通高校向应用技术型大学转型发展广泛采用的教学模式。

南阳理工学院地处河南省南阳市，是一所地方性应用型本科院校，“地方性”和“应用型”是学校的特点，也是立校之本。材料成型及控制工程专业是2012年机械与汽车工程学院新增专业，专业开设的初衷就是服务南阳市材料成型行业。南阳市的材料成型行业发达，其中铸造行业占主导地位，根据南阳市制造业的特色以及南阳理工学院服务地方经济的宗旨，材料成型及控制工程专业的办学定位就是以铸造为主，兼顾锻焊。

材料成型及控制工程专业的培养内容不仅包含掌握材料学科的理论知识，如金属学基础、材料成型原理等，还要求具备大量机械类专业的基本能力，如模具设计及加工能力。材料成型及控制工程专业是一个理论性与实践性要求都很高的，宽口径、多方向的专业，毕业生主要在生产一线从事技术工作，这就要求学生必须有扎实的理论基础，还要有很好的动手实践能力。综合实训是一种很好的将理论基础与动手实践能力相结合的实践教学环节。

1 基于CDIO模式设置实训环节

根据该校材料成型及控制工程专业的办学定位，综合实训的设置以周边铸造企业实际生产的铸件作为项目依托，结合学校软硬件条件，按照CDIO模式构思—设计—实施—运行四个环节设置实训环节。实训具体环节包括：企业现场调研选题环节、铸造工艺设计环节、铸件制造环节、检验总结验收环节。

1.1 构思——企业现场调研选题环节

根据人才培养方案的要求，联系周边校企合作单位，带领同学到企业生产现场进行参观实习，并从企业生产现场选取难度适合的铸件，作为综合实训的工程项目，以整体项目的形式下发学生，供学生选择。学生5～7人分成一组，分组按照能力均衡的原则进行，每组内既有基础知识扎实的、也有设备机床操作熟练动手能力强的同学，每组制定一名同学作为组长，负责整个项目组每位成员的工作任务指派以及任务时间节点控制。各项目组选定题目后，在指导教师的协助下，分析项目的需求，开始进行文献检索工作，通过图书馆、网络等形式查找项目相关的文献资料，结合在企业参观实习心得，策划项目的具体实施方案，指导老师审核后进入下一环节。

1.2 设计——铸造工艺设计环节

指导老师协助项目组组长制定设计环节项目进展计划，根据每名组员特点安排铸造工艺的设计工作，明确每名组员的具体工作内容及时间节点，将铸造工艺设计环节划分为三维建模、浇注系统设计、铸造工装设计、绘制二维工程图、编写铸造工艺卡，铸造模拟软件分析等环节，落实到每名组员。在此环节中，培养组员的团队合作精神，以及《铸造工艺学》、《铸造合金及其熔炼》、《铸造模具设计》等核心理论课程的知识的综合运用。在设计的环节中，不仅要设计出合理的工艺方案，方案还必须具备可行性，即能够在预定时间内，在学校现有的实验加工设备条件下能够实现，要根据现场状况及时调整初步设计方案。

1.3 实施——铸件制造环节

铸件制造环节主要培养动手操作能力，分为铸造工装加工、熔炼浇注两个主要环节。在完成对前述环节方案的优化调整后，开始项目的实施环节。该环节工作量较重，老师指导项目组组长合理分配工作任务，保证各个环节之间运行的连贯性，落实时间节点任务。通过该环节的进行，可以培养学生协同合作精神，以及机械加工方面、熔炼设备操作方面的专业技能。完成该环节后，项目要求的铸件已经制造完成，经初步检查后，进入下一个环节。

1.4 运行——检验总结验收环节

在获得项目要求的铸件之后，要对铸件进行严格的检验。进行铸件的尺寸测量，性能测试、金相组织分析，并撰写质检报告，并以项目组为单位进行总结汇报，每名组员都必须就某一设计生产环节进行讲解。老师作为产品客户方，对产品、质检报告以及设计生产流程文件进行审核。该环节培养学生的表达展示自己的能力，给学生灌输工程项目的最终目的是向客户提供合格产品和优异服务的理念。

2 实训的条件保障

按照CDIO模式开展综合实训活动，要求学校必须具备一定的软硬件条件。

首先，实验硬件方面，必须有足够的机械加工设备以及熔炼浇注设备。目前南阳理工学院的金工实习基地、先进制造技术实验室拥有数量较多的常规加工设备，如铣床、车床、锯床、钻床、数控加工中心，以及特种加工设备如电火花、线切割等。材料成型及控制工程专业实验室有中频感应电炉、坩埚熔炼炉、热处理炉、铝合金精炼设备等全套的熔炼浇注设备及工具，以及三坐标测量仪、直读光谱仪、综合力学性能试验机、金相显微镜、扫描电镜等实验检测设备。软件方面，学院机房拥有的二维三维绘图软件以及铸造模拟软件ProCAST，用于铸造工艺工装的设计。

其次，指导教师必须是双师型教师。实训的指导教师均是有企业工程实践背景的教学经验较丰富的教师，能够帮助学生解决在项目实施过程中遇到的各种工程难题。

最重要的是必须有企业的合作。目前南阳市及周边7家规模较大的铸件生产企业均设有学院的校企合作实习实践基地，可以为综合实训提供多样性的题目及技术支持，可以实现“真题真做”，达到CDIO模式要求的的项目化教学安排。

3 实训的实施

综合实训一般开设在第7学期最后四周，是毕业设计前最后一个教学环节。各环节任务以及时间节点如下所示。

企业现场调研选题环节3天，包括实训动员及安全教育、企业现场参观实习选题、资料收集整理、制定项目总体实施方案。

铸造工艺设计环节5天，要求绘制铸件三维模型、设计浇注系统、设计铸造模具、绘制工装二维工程图、制定熔炼工艺、编写铸造工艺卡，铸造模拟软件仿真分析。

铸件制造环节8天，要求加工铸造模具和其他辅助工装、进行熔炼前准备工作、熔炼合金、配制型砂、造型或金属型直接浇注、铸件清理、热处理。

检验总结验收环节4天，铸件的尺寸测量、成分测试、力学性能测试、金相组织分析，撰写质检报告，项目总结材料、演示汇报。

4 实训的考核体系

实训的考核体系是对学生的实践环节教学目标是否实现及实现程度的综合价值判断，不能简单地使用一个分数来评价，而必须是一个综合指标，是一种过程考核加最终产品质量考核的符合模式。每个环节完成后都要求对项目组每名组员对项目的贡献度进行量化考核，作为每个环节的成绩，其中贡献度包括：考勤、小组讨论方案记录、分配任务的完成度以及时间节点的控制情况。该部分成绩占总成绩的60%。最终产品质量考核以项目产品质量的优劣进行打分，占总成绩的40%，按企业产品质量要求对铸件打饭，包括铸件尺寸、材料、粗糙度、力学性能、金相组织等内容。打分过程采用学生互评和导师评定相结合的形式进行，充分调动学生的积极性和责任心。

5 存在的不足

在四周内独立完成整个铸件制造的全流程，包括工艺设计、工装加工、熔炼、浇注、铸件检验等环节，内容繁杂，为了保证完成度，项目只能选用企业相对简单的铸件，对于工程认证要求的复杂工程问题处理能力的要求还有一定的差距，后续将进一步增加综合实训时间和更新实验加工设备等手段，逐步增加项目难度，更加贴近现场，贴近生产实际。

6 结束语

综合实训是南阳理工学院材料成型及控制工程专业学生进行毕业设计前，最后也是最全面的一次专业技能的综合训练。综合实训实施效果的好坏，直接关系到学校的人才培养质量的优劣。按照CDIO模式开展的综合实训，以企业真实产品为项目目标，比对铸造企业的实际的生产检验流程，设置实训环节，开展的以项目为引导和主要载体的实践教学，使学生成为教学过程的主体，参与项目的构思—设计—实施—运行全过程。经过综合实训环节的训练，既提高了学生学习的积极性和主动性，又可以使学生靠近生产实践，缩短从课堂到车间的空间距离，从普通大学毕业生到合格现场工程师的时间距离，从而提升学生的专业技能，提高了就业竞争力。采用CDIO模式开展综合实训，符合当代工程教育的发展趋势，为未来学校进行OBE工程教育模式改革，奠定良好的基础。

参考文献：

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