楊 輝，萬海鑫，張宣升，許光彬

基于CDIO模式的數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)實踐

楊 輝，萬海鑫，張宣升，許光彬

以往的數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)重理論，輕實踐的問題，引入CDIO教育模式，以學(xué)生為中心，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建“維修學(xué)習(xí)空間”，讓學(xué)生在真實工作環(huán)境中熟悉項目運(yùn)作流程，掌握理論知識，提高應(yīng)用能力和維修技能。

CDIO；數(shù)控機(jī)床；教學(xué)改革；學(xué)習(xí)空間

高等職業(yè)教育的任務(wù)是培養(yǎng)高技能應(yīng)用型人才，尤其是與國際接軌的職業(yè)技術(shù)人才。研究實踐表明，國際CDIO理念和方法先進(jìn)可行，適用于現(xiàn)代職業(yè)教育改革。

一、傳統(tǒng)教學(xué)方式存在的問題

數(shù)控機(jī)床維修課程要求學(xué)生掌握抽象的概念，具有良好的認(rèn)知能力和一定的應(yīng)用能力。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容通常包括維修簡介、軟件應(yīng)用簡介、機(jī)床維修理論簡介，只涉及實際維修知識的極小部分，減少了數(shù)控機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)、精度維修和結(jié)構(gòu)故障等內(nèi)容。教師將重點(diǎn)放在數(shù)控系統(tǒng)維修理論部分，學(xué)生很少嘗試部件安裝、線路連接、維修工藝設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)，對基本概念缺乏深層次的理解，對工藝系統(tǒng)分析和維修實施之間的聯(lián)系缺乏系統(tǒng)掌握。這種教學(xué)方式下，教學(xué)內(nèi)容抽象、干癟，學(xué)生采取集中記憶的方法掌握維修概念效果不理想，而且模糊了基本概念和原則，不利于技術(shù)的掌握。

二、CDIO工程教育模式

CDIO 分別表示構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實施(Implement)和運(yùn)作(Operate)。它是以產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生積極主動的通過實踐環(huán)節(jié)掌握相關(guān)知識和能力學(xué)習(xí)的方式。

（一）CDIO 大綱

CDIO大綱提出知識、能力及態(tài)度的主題分為：基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和系統(tǒng)能力。它綜合培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到4個層面的目標(biāo)，與工程實踐標(biāo)準(zhǔn)一致。（1）特點(diǎn)：包含所有的能力需求內(nèi)容，由多個領(lǐng)域的專家評審?fù)ㄟ^。（2）價值：可用于各個專業(yè)，可作為一個通用模型，指導(dǎo)教師獲得期待的效果和培養(yǎng)目標(biāo)。把知識、能力和態(tài)度作為職業(yè)教育的結(jié)果，把教學(xué)效果納入培養(yǎng)大綱。（3）效果：學(xué)生應(yīng)掌握什么，能做什么，這些問題在大綱中得到全面體現(xiàn)。

（二）CDIO 標(biāo)準(zhǔn)

CDIO具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施及檢驗測評的標(biāo)準(zhǔn)。它包括：背景環(huán)境、學(xué)習(xí)效果、一體化課程計劃、工程導(dǎo)論、設(shè)計-實現(xiàn)的經(jīng)驗、工程實踐場所、一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗、主動學(xué)習(xí)、教師實踐能力提升、教師教學(xué)能力提高、學(xué)生考核、專業(yè)評估。這一標(biāo)準(zhǔn)可以作為教學(xué)改革和評估，設(shè)立實施基準(zhǔn)和目標(biāo)，制定可持續(xù)改進(jìn)要求的參照。它既體現(xiàn)了與其他教育模式的不同，又反映職業(yè)教育的最佳實踐，為建立基準(zhǔn)和目標(biāo)提供持續(xù)改進(jìn)的框架。它著力于培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力、人文素質(zhì)和職業(yè)道德的新型職業(yè)技術(shù)人才。

三、CDIO模式在數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)中的實施

在CDIO框架內(nèi)建立教學(xué)和學(xué)習(xí)的工作場所，結(jié)合學(xué)習(xí)經(jīng)驗和CDIO評估標(biāo)準(zhǔn)建構(gòu)新的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計以學(xué)生為中心的綜合頂峰項目 “維修學(xué)習(xí)空間”，運(yùn)用各模塊知識，創(chuàng)立真實工作環(huán)境，完成整個項目，提交小組報告。

（一）教學(xué)目標(biāo)

對各門課程（機(jī)械制圖、CAD、公差配合、數(shù)控原理、數(shù)控機(jī)床編程與操作、PLC、機(jī)床電路等）的知識進(jìn)行分析與應(yīng)用，使用各種維修方法。通過與團(tuán)隊成員的協(xié)作，培養(yǎng)團(tuán)隊合作精神，提高實踐數(shù)控機(jī)床組裝工藝的設(shè)計技能，培養(yǎng)質(zhì)量意識和時間管理意識。制定數(shù)控機(jī)床組裝的實施步驟與計劃，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新意識。計劃、組織和編寫小組項目報告。

（二）教學(xué)任務(wù)

（1）安裝硬件的策劃問題。閱讀圖紙，配合機(jī)械與電路圖，完成安裝整體構(gòu)思。（2）電氣部分的計算和傳輸。分析故障現(xiàn)象，歸納故障特點(diǎn)，判斷故障現(xiàn)象的轉(zhuǎn)移。（3）安裝工藝分析和調(diào)試。通過嘗試安裝主軸和進(jìn)給部件，配合小組成員完成不同工作。采用綜合的維修分析和參數(shù)設(shè)置，選取FANUC 0i、華中世紀(jì)星或西門子802C等系統(tǒng)，完成參數(shù)、程序、梯形圖。按照機(jī)床參數(shù)設(shè)置將所有尺寸精度調(diào)整到極限狀態(tài)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

（三）實施步驟

1.組裝工藝介紹。教師授課內(nèi)容包括維修工具應(yīng)用，傳統(tǒng)機(jī)床維修工藝，數(shù)控機(jī)床組裝工藝，現(xiàn)代維修方法在數(shù)控機(jī)床組裝中的應(yīng)用等。

2.構(gòu)思階段。提出數(shù)控機(jī)床組裝項目問題，分組實施數(shù)控機(jī)床組裝工藝的設(shè)計，每個班級分成5個小組進(jìn)行，每組6-8名學(xué)生，每組選出一名小組長。學(xué)習(xí)空間配備有小型數(shù)控機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)電纜及接頭、安裝工具、檢測儀器、試車用具等。各個小組提交項目報告，派代表進(jìn)行報告說明。

3.設(shè)計階段。完成項目實施計劃，確定數(shù)控機(jī)床組裝工藝流程，提交維修工藝流程圖，制作電氣線路圖、儀器與組裝圖等。

4.實施階段。完成數(shù)控機(jī)床成套零部件的安裝與調(diào)試，完成參數(shù)設(shè)置，形成skill-CDIO教學(xué)模式。

5.運(yùn)作階段。數(shù)控機(jī)床模型運(yùn)作及組裝質(zhì)量的測試，演示模型運(yùn)作，提交項目報告，進(jìn)行答辯。

四、數(shù)控機(jī)床維修教學(xué)改革的效果分析

（一）創(chuàng)新解決方案，實時體驗學(xué)習(xí)

在項目構(gòu)思時，以現(xiàn)有維修模塊為單元，構(gòu)建真實維修學(xué)習(xí)空間，這解決了傳統(tǒng)教學(xué)中存在的不足，使學(xué)生獲得與實際操作相結(jié)合的學(xué)習(xí)經(jīng)驗。這是依據(jù)數(shù)控機(jī)床維修原理，充分利用現(xiàn)有的實驗室設(shè)備空間的結(jié)果。真實維修學(xué)習(xí)空間的作用有：（1）加深學(xué)生對數(shù)控機(jī)床維修理論和實踐的理解。（2）結(jié)合不同的數(shù)控機(jī)床維修模塊進(jìn)行實驗與實訓(xùn)。（3）提供學(xué)習(xí)環(huán)境，將實驗室用于模塊化、真實化和智能化技術(shù)工作。

（二）創(chuàng)建“維修學(xué)習(xí)空間”

在項目設(shè)計時，依據(jù)系統(tǒng)思維，全員參與，整體設(shè)計的原則，結(jié)合實驗室管理、機(jī)床維修技術(shù)等提出“維修學(xué)習(xí)空間”，推行CDIO職業(yè)教育經(jīng)驗。教學(xué)模塊的構(gòu)建都在現(xiàn)有的實驗室完成?！熬S修學(xué)習(xí)空間”支持CDIO教學(xué)框架，提供實時的行為經(jīng)驗學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)對真實世界的系統(tǒng)和產(chǎn)品范圍內(nèi)的教育。

采用CDIO工程教育方法，發(fā)揮各種角色在該階段的作用。根據(jù)初步概念設(shè)計和要求完成維修工藝，書面報告，系統(tǒng)部件連接等。學(xué)生扮演生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)理和數(shù)控機(jī)床維修人員的角色。skill-CDIO具有鮮明特色：（1）該模式教學(xué)中所有機(jī)床結(jié)構(gòu)是開放的，通過組裝，學(xué)生可以清楚了解機(jī)床結(jié)構(gòu)，體驗安裝人員的實際工作，學(xué)習(xí)機(jī)床維修技術(shù)將變得具體生動。（2）所有成員完成典型結(jié)構(gòu)連接，部件上標(biāo)識不同類型連接。學(xué)生可以直觀地了解其他成員安裝的完整體系以及部件的支撐和運(yùn)轉(zhuǎn)。

（三）培養(yǎng)綜合能力

項目實施時，通過安裝成套的機(jī)床備件、檢測系統(tǒng)，學(xué)生可以真實體驗維修技術(shù)的應(yīng)用，為“維修學(xué)習(xí)空間”提供可靠的保證。學(xué)生自己動手安裝、論證，通過合理的檢驗、試運(yùn)行再進(jìn)行下一步工作。部件安裝是機(jī)床維修的關(guān)鍵，是衡量機(jī)床性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。其中軟件程序安裝到兩臺PC機(jī)中，獲得數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。

（四）有助于技術(shù)總結(jié)、推廣和提高

在項目運(yùn)作階段，通過拷機(jī)程序的運(yùn)行，直接把安裝各部件的質(zhì)量綜合反應(yīng)到加工零件上。同時通過報告反應(yīng)機(jī)床運(yùn)行時的故障與安裝維修的要點(diǎn)?！熬S修學(xué)習(xí)空間”以學(xué)生為中心，以真實的實驗為基礎(chǔ)，配合學(xué)生主動和實時的經(jīng)驗式學(xué)習(xí)，使得數(shù)控機(jī)床維修技術(shù)易于理解和掌握?？梢园汛朔椒ㄔ谕愴椖空n題中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

五、結(jié)論

通過吸收先進(jìn)職業(yè)教育理念，應(yīng)用CDIO標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)新解決方案，構(gòu)建“維修學(xué)習(xí)空間”，建立符合國際職業(yè)教育理念的教學(xué)體系，解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式存在問題。同時把職業(yè)技能與CDIO各階段有機(jī)結(jié)合，形成skill-CDIO模式，開展更多的以學(xué)生為中心的實時體驗活動，培養(yǎng)得到國際認(rèn)可的技術(shù)人才。

[1]顧佩華，沈民奮，陸小華.重新認(rèn)識工程教育—國際CDIO培養(yǎng)模式與方法 [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

楊輝（1975-），男，安徽阜陽人，碩士，阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院（安徽阜陽236031）機(jī)電工程系主任，副教授。

2010-11-10

安徽省教育廳教學(xué)科研項目“數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修技能實訓(xùn)教學(xué)研究”（項目編號：2008JYXM641）。