论文部分内容阅读
[摘要]针对传统《数控技术》教学中存在的问题，借鉴国际先进的CDIO的工程教学理念。根据CDIO的标准要求，结合本校《数控技术》的教学特点，对数控技术教学过程进行了改革，详细说明了CDIO标准实现的方法与手段。实践结果初步证明：在CDIO模式下的教学改革，提高了学生的学习的主动性与创新性，打破了课程与课程之间的壁垒，锻炼了学生的实践能力。取得了较高的效果。
一、引言
（一）CDIO概述
CDIO是国际创新型的教学模式，是构想（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）四个英文单词的缩写，是由麻省理工学院同瑞典三所顶尖的工业大学共同倡导，集多国工程教育精英耗资数百万美元所建立的一整套工程教学理念与实施体系，这种模式注重培养学生掌握扎实的基础理论和专业知识，在此基础上通过贯穿于整个人才培养过程的团队设计与创新实践环节的训练，培养既有过硬的专业技能，又有良好的职业职业道德的国际化工程师。自2004年国际化CDIO国际合作组织成立以来，目前国际上已有几十所国际大学加入其中，作为该组织中唯一的中国成员，汕头大学工学院与2006年加入该组织，成为中国高等教育CDIO的改革先锋。
CDIO是“做中学”与“基于项目的教育和学习”原则的集中体现，它以工程项目包括产品、生产流程和系统从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动实践、课程之间有机联系得方式学习工程。
该理论成果一面世，就受到各国教育界的重视，中国也不例外。在CDIO的教学理念下，对测控技术与仪器专业的教学模式进行理论与实践的研究，无论从理论上还是实践上均具有重大的意义。这种理念不仅适应了现代工业社会对人才的培养要求，同时将CDIO应用到《数控技术》教学，是理论应用上的一个创新。
（二）传统的教学模式存在的问题
《数控技术》课程，是一门机电综合类课程，内容包括：数控编程，数控系统，伺服系统，机械结构等内容，具有实践性强，内容与实践结合较紧密等特点，一般的教学中，教师均将重点放在数控系统、数控原理及伺服原理部分的讲解，学生很少尝试进行数控安装、调试、伺服系统的驱动、调试等方面的内容，对于数控系统应用型的拓展更是没有涉及。没有这些实践环节，学生对基本概念的理解均是片面的，概念性的且缺乏层次的。在这种教学模式下，学生一般是采用记忆的方式来掌握原理性的内容。学生普遍反映学过的学习的课程与课程之间是脱节的，没有系统性。学过的内容不知应用到什么地方。理论与实际的脱节严重。学习效果较差。
二、CDIO的标准
CDIO的理念提出了系统的能力培养、全面的实施指导、完整的实施过程和严格的检验的12条标准，其中7项体现了CDIO区别于其他的教育改革计划的基本特点，最为关键标准为：标准1：CDIO的关联原则以产品和系统的生命周期的开发及使用作为知识与能力培养的载体及环境，强调知识与能力培养之间的关联，而不是具体内容。标准2：CDIO的教学大纲制定于需求分析：CDIO作为方法论，强调教学大纲的设计与培养目标的确定应与长夜对学生素质和能力的要求逐项挂钩。标准3：CDIO集成化课程设置建立和发展课程之间的关联，使专业目标得到多门课程的共同支持。标准5：设计--制作 实践 课程设置一般包括两个或更多的“设计-制作”实践项目，包括基础层次和高级层次项目。标准7：集成化教学过程：通过集成化教学过程，使学生获得专业知识，同时培养个人自身能力、团队合作能力及建造产品与系统能力。标准9：加强教师的CDIO的能力：专门采取措施促使教师加强自身能力、团队合作能力、建造产品与系统能力。标准11：CDIO能力评价：对学生个体在CDIO教学方法中获得的成效进行评估验收。
三、CDIO教学理念在《数控技术》教学实践中的实施
通过对CDIO理念实质内涵及7个标准的分析，结合我校的《数控技术》课程教学的特色及优势，实施如下改革：标准1的实现：CDIO教学模式要求在学生培养的过程中必须结合某些具体工程项目，使学生获得实习和实践，以期培养较强的理论联系实际的能力，进而能解决一般的工程项目全生命周期产生的许多问题，换言之“做中学”当然要通过具体的工程项目才能进行，因此我们确立知识与能力培养的载体及环境为-《数控技术》实验课平台的研究与开发。内容包括：数控插补原理的实现、伺服与步进电机系统的应用、数控系统的连接与软件安装、软件的二次开发，数控原理的实现等内容。标准3的实现：在CDIO的教学理念中，教学的模式是按照工程项目全生命周期的要求来组织教、学、做，这势必要求教学中需突出课程之间的关联性，围绕专业目标进行系统设计，从而避免不必要的重复，重点使得学生掌握各门课程知识之间的联系，并用于解决综合问题。要实现这样的目标，其关键是打破教师之间和课程之间的壁垒，要围绕CDIO工程项目的实施进行教学计划设计和课程的关联工作。对教师的传统做法是一种挑战。为此，我们在综合平台的设计与研发过程中，涉及了传感器、微机原理、电机驱动、PLC技术等方面的内容，可实施的项目：传感器在数控中的应用、微机驱动伺服系统、简易2轴伺服系统的搭建、PLC控制电机及信号的采集等试验项目，在课程与课程之间搭建了联系的桥梁。打破了课程与课程之间的壁垒，实现知识的一体化。标准5的实现：根据标准5 的内容，我们对课程设计进行了改革。将课程设计分解为一个具有3级项目的工程，内容包括：方案设计、原理设计、实践实施与应用拓展。课程设计一共有5个课题，学生分成5组。项目的核心思想是鼓励学生进行综合学习及理论联系实践学习。实施团队工作方式。团队内部适时开展课题讨论。培养学生方案设计、方案比较、原理设计、结构设计与电气设计及结构实现与电气实现的能力。通过专题讲座、技术研讨、方案研究等形式，启发学生的创新思维。实现标准5规定的设计、制作实践。
标準7的实现： 所谓集成化教学过程即是让学生通过参与和现场结合的实际工程项目来获得专业的知识，同时培养个人自身能力、团队合作能力及建造产品与系统能力。为此，我们对课程设计内容进行了改革。基于CDIO教学模式，课程设计所列的5个实践项目均是我们专业教师和工厂实际相关的工程项目。同时，集成化教学同实践基地建设的关系相当重要。实践基地既有已经做好的或在外购买的仪器测控设备，又有需要研发的和正在组装调试的设备。实践方案设想聘用实践基地的工程师作为我们的兼职导师，采取一对二的帮带方式，即一个工程师带两个学生，进行集成化的教学。我们已经在2010年进行了尝试。效果较好，目前这项工作在修改中。
四、结论
采用国际先进的CDIO的教学理念，对《数控技术》课程的相关内容进行了改革，相关内容已于2010年进行了实施，取得了初步的成果，从实施的结果来看，主要有下面几方面的效果：对于提出的课题的要求，教师通过案例分析，背景介绍及专题讲座等方式，引导学生思考问题，学生具备了初步的方案制定能力及创新性的思维。在学生进行设计过程中，通过与实践的精密结合，使得课程与课程之间的壁垒被打破，一条清晰地解决问题的思路被形成。在项目的实践过程中，使得学生的动手能力及综合学习能力得到充分的锻炼。这些效果的初步体现，逐步地验证了CDIO教学理念的先进性。基于CDIO所做的《数控技术》课程的改革，不但弥补了传统教育的不足，而且必将在以后的教学实践中发挥越来越大的优越性。
基金项目：上海市重点课程建设项目：数控技术的教学研究（项目编号：A.08-0109-11-002 ）
[参考文献]
[1]宋爱国等.测控技术与其一本科专业人才培养体系探索[J]；高等工程教学研究，2005（1）：48-50.
[2]林艺真.CDIO高等工程教育模式探析[J]；哈尔滨学院学报，2008（4）：137-140.
[3]王刚.工程教育模式的解读与思考[J]；中国高教研究，2009（5）：86-87.
[4]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J]；高等工程教育研究[J]2008（3）4-9.
[5]杨辉，万海鑫，张宣升等.基于CDIO模式的数控机床维修教学实践[J]，重庆科技学院学报，2011（2）184-186.
（作者单位：上海大学机电工程与自动化学院）
一、引言
（一）CDIO概述
CDIO是国际创新型的教学模式，是构想（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）四个英文单词的缩写，是由麻省理工学院同瑞典三所顶尖的工业大学共同倡导，集多国工程教育精英耗资数百万美元所建立的一整套工程教学理念与实施体系，这种模式注重培养学生掌握扎实的基础理论和专业知识，在此基础上通过贯穿于整个人才培养过程的团队设计与创新实践环节的训练，培养既有过硬的专业技能，又有良好的职业职业道德的国际化工程师。自2004年国际化CDIO国际合作组织成立以来，目前国际上已有几十所国际大学加入其中，作为该组织中唯一的中国成员，汕头大学工学院与2006年加入该组织，成为中国高等教育CDIO的改革先锋。
CDIO是“做中学”与“基于项目的教育和学习”原则的集中体现，它以工程项目包括产品、生产流程和系统从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动实践、课程之间有机联系得方式学习工程。
该理论成果一面世，就受到各国教育界的重视，中国也不例外。在CDIO的教学理念下，对测控技术与仪器专业的教学模式进行理论与实践的研究，无论从理论上还是实践上均具有重大的意义。这种理念不仅适应了现代工业社会对人才的培养要求，同时将CDIO应用到《数控技术》教学，是理论应用上的一个创新。
（二）传统的教学模式存在的问题
《数控技术》课程，是一门机电综合类课程，内容包括：数控编程，数控系统，伺服系统，机械结构等内容，具有实践性强，内容与实践结合较紧密等特点，一般的教学中，教师均将重点放在数控系统、数控原理及伺服原理部分的讲解，学生很少尝试进行数控安装、调试、伺服系统的驱动、调试等方面的内容，对于数控系统应用型的拓展更是没有涉及。没有这些实践环节，学生对基本概念的理解均是片面的，概念性的且缺乏层次的。在这种教学模式下，学生一般是采用记忆的方式来掌握原理性的内容。学生普遍反映学过的学习的课程与课程之间是脱节的，没有系统性。学过的内容不知应用到什么地方。理论与实际的脱节严重。学习效果较差。
二、CDIO的标准
CDIO的理念提出了系统的能力培养、全面的实施指导、完整的实施过程和严格的检验的12条标准，其中7项体现了CDIO区别于其他的教育改革计划的基本特点，最为关键标准为：标准1：CDIO的关联原则以产品和系统的生命周期的开发及使用作为知识与能力培养的载体及环境，强调知识与能力培养之间的关联，而不是具体内容。标准2：CDIO的教学大纲制定于需求分析：CDIO作为方法论，强调教学大纲的设计与培养目标的确定应与长夜对学生素质和能力的要求逐项挂钩。标准3：CDIO集成化课程设置建立和发展课程之间的关联，使专业目标得到多门课程的共同支持。标准5：设计--制作 实践 课程设置一般包括两个或更多的“设计-制作”实践项目，包括基础层次和高级层次项目。标准7：集成化教学过程：通过集成化教学过程，使学生获得专业知识，同时培养个人自身能力、团队合作能力及建造产品与系统能力。标准9：加强教师的CDIO的能力：专门采取措施促使教师加强自身能力、团队合作能力、建造产品与系统能力。标准11：CDIO能力评价：对学生个体在CDIO教学方法中获得的成效进行评估验收。
三、CDIO教学理念在《数控技术》教学实践中的实施
通过对CDIO理念实质内涵及7个标准的分析，结合我校的《数控技术》课程教学的特色及优势，实施如下改革：标准1的实现：CDIO教学模式要求在学生培养的过程中必须结合某些具体工程项目，使学生获得实习和实践，以期培养较强的理论联系实际的能力，进而能解决一般的工程项目全生命周期产生的许多问题，换言之“做中学”当然要通过具体的工程项目才能进行，因此我们确立知识与能力培养的载体及环境为-《数控技术》实验课平台的研究与开发。内容包括：数控插补原理的实现、伺服与步进电机系统的应用、数控系统的连接与软件安装、软件的二次开发，数控原理的实现等内容。标准3的实现：在CDIO的教学理念中，教学的模式是按照工程项目全生命周期的要求来组织教、学、做，这势必要求教学中需突出课程之间的关联性，围绕专业目标进行系统设计，从而避免不必要的重复，重点使得学生掌握各门课程知识之间的联系，并用于解决综合问题。要实现这样的目标，其关键是打破教师之间和课程之间的壁垒，要围绕CDIO工程项目的实施进行教学计划设计和课程的关联工作。对教师的传统做法是一种挑战。为此，我们在综合平台的设计与研发过程中，涉及了传感器、微机原理、电机驱动、PLC技术等方面的内容，可实施的项目：传感器在数控中的应用、微机驱动伺服系统、简易2轴伺服系统的搭建、PLC控制电机及信号的采集等试验项目，在课程与课程之间搭建了联系的桥梁。打破了课程与课程之间的壁垒，实现知识的一体化。标准5的实现：根据标准5 的内容，我们对课程设计进行了改革。将课程设计分解为一个具有3级项目的工程，内容包括：方案设计、原理设计、实践实施与应用拓展。课程设计一共有5个课题，学生分成5组。项目的核心思想是鼓励学生进行综合学习及理论联系实践学习。实施团队工作方式。团队内部适时开展课题讨论。培养学生方案设计、方案比较、原理设计、结构设计与电气设计及结构实现与电气实现的能力。通过专题讲座、技术研讨、方案研究等形式，启发学生的创新思维。实现标准5规定的设计、制作实践。
标準7的实现： 所谓集成化教学过程即是让学生通过参与和现场结合的实际工程项目来获得专业的知识，同时培养个人自身能力、团队合作能力及建造产品与系统能力。为此，我们对课程设计内容进行了改革。基于CDIO教学模式，课程设计所列的5个实践项目均是我们专业教师和工厂实际相关的工程项目。同时，集成化教学同实践基地建设的关系相当重要。实践基地既有已经做好的或在外购买的仪器测控设备，又有需要研发的和正在组装调试的设备。实践方案设想聘用实践基地的工程师作为我们的兼职导师，采取一对二的帮带方式，即一个工程师带两个学生，进行集成化的教学。我们已经在2010年进行了尝试。效果较好，目前这项工作在修改中。
四、结论
采用国际先进的CDIO的教学理念，对《数控技术》课程的相关内容进行了改革，相关内容已于2010年进行了实施，取得了初步的成果，从实施的结果来看，主要有下面几方面的效果：对于提出的课题的要求，教师通过案例分析，背景介绍及专题讲座等方式，引导学生思考问题，学生具备了初步的方案制定能力及创新性的思维。在学生进行设计过程中，通过与实践的精密结合，使得课程与课程之间的壁垒被打破，一条清晰地解决问题的思路被形成。在项目的实践过程中，使得学生的动手能力及综合学习能力得到充分的锻炼。这些效果的初步体现，逐步地验证了CDIO教学理念的先进性。基于CDIO所做的《数控技术》课程的改革，不但弥补了传统教育的不足，而且必将在以后的教学实践中发挥越来越大的优越性。
基金项目：上海市重点课程建设项目：数控技术的教学研究（项目编号：A.08-0109-11-002 ）
[参考文献]
[1]宋爱国等.测控技术与其一本科专业人才培养体系探索[J]；高等工程教学研究，2005（1）：48-50.
[2]林艺真.CDIO高等工程教育模式探析[J]；哈尔滨学院学报，2008（4）：137-140.
[3]王刚.工程教育模式的解读与思考[J]；中国高教研究，2009（5）：86-87.
[4]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J]；高等工程教育研究[J]2008（3）4-9.
[5]杨辉，万海鑫，张宣升等.基于CDIO模式的数控机床维修教学实践[J]，重庆科技学院学报，2011（2）184-186.
（作者单位：上海大学机电工程与自动化学院）