基于CDIO理念應(yīng)用型本科數(shù)控類特色課程的建設(shè)

主要研究數(shù)控機(jī)床加工精度、振動(dòng)控制與教學(xué)改革等。

閆占輝，于雷，王利濤，王大宇

(長春工程學(xué)院 機(jī)電學(xué)院，長春 130012)

摘要：結(jié)合國家國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十二五”規(guī)劃綱要的要求，以數(shù)控機(jī)床為對象，以網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，引入CDIO教育理念，以數(shù)控類課程內(nèi)容的項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線，構(gòu)建CDIO理念下應(yīng)用型本科數(shù)控類特色課程的新形態(tài)，提高學(xué)生的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)控編程與數(shù)控加工等方面的能力，使學(xué)生在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用方面動(dòng)手能力強(qiáng)，上手快。

關(guān)鍵詞：CDIO；課程體系；優(yōu)化；能力

一、問題的提出

目前，工程教育者面臨知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)之間的矛盾；工程知識(shí)急劇增長，科學(xué)技術(shù)理論體系不斷完整，交叉學(xué)科越來越多；工程教育趨向理論化、學(xué)術(shù)化，以滿足日益增長的知識(shí)體系的要求。而環(huán)球競爭、產(chǎn)業(yè)重組、新技術(shù)的迅猛發(fā)展，對工程師的在社會(huì)、歷史背景環(huán)境下產(chǎn)品的建造能力的要求逐步提高。與此同時(shí)，工程類學(xué)生的培養(yǎng)模式與其他專業(yè)越來越趨同，工程教育失去其實(shí)踐、創(chuàng)造的特征。工程教育與工程實(shí)踐的要求漸行漸遠(yuǎn)。

中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要中明確提出：“大力發(fā)展裝備制造業(yè)，推進(jìn)產(chǎn)品數(shù)控化、信息化水平?！迸囵B(yǎng)數(shù)控類技術(shù)人才是高等學(xué)校重要任務(wù)之一。

數(shù)控類課程是國內(nèi)外高校機(jī)械類專業(yè)的主要課程之一。國外主要采用課程模塊的形式進(jìn)行教學(xué)，理論課程體系比較系統(tǒng)，實(shí)踐教學(xué)以現(xiàn)場教學(xué)及研究型教學(xué)為主。國內(nèi)各高校的機(jī)械類數(shù)控課程，無論是理論教學(xué)還是實(shí)踐教學(xué)，主要采用階段、遞進(jìn)式方式。

在實(shí)踐課程體系方面，國內(nèi)外的比較分析表明，國內(nèi)應(yīng)用型本科機(jī)械類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)目前存在的主要問題有：(1)實(shí)踐教學(xué)多為具體的理論課程服務(wù)，沒有形成體系，整體優(yōu)化程度低；部分實(shí)踐教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)不明確，或教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)目標(biāo)相脫節(jié)；(2)設(shè)計(jì)性的實(shí)踐教學(xué)大多停留在圖紙上，而結(jié)合現(xiàn)場工藝分析及制造實(shí)踐等的內(nèi)容較少；教學(xué)模式比較單一，缺乏系統(tǒng)綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，工程實(shí)踐教學(xué)的環(huán)境相對較差，學(xué)生的應(yīng)用能力難以得到較好培養(yǎng)；(3)在教學(xué)內(nèi)容和運(yùn)行模式上，主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生理論知識(shí)的汲取，而對于作為21世紀(jì)人才培養(yǎng)中最為關(guān)注的設(shè)計(jì)制造能力、創(chuàng)新意識(shí)以及工程意識(shí)培養(yǎng)方面的措施難以得到很好的落實(shí)；(4)在教學(xué)條件方面，雖然儀器設(shè)備比較落后的問題在不少高校是存在的，但更加突出的是具有先進(jìn)教學(xué)理念的專職教師資源的缺乏。如果這一問題不解決，即使有最先進(jìn)的儀器設(shè)備，也無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

CDIO是當(dāng)前高等工程教育的一種新型教育模式，它是以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，讓學(xué)生用主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，工程理念貫穿于教育全過程。CDIO是高等工程教育的先進(jìn)理念，與教育部啟動(dòng)的質(zhì)量工程目標(biāo)一致，教育部分別于2009年3月和10月召開了全國第一次和第二次CDIO試點(diǎn)工作會(huì)議，并成立了機(jī)械類、電氣類、化工類、土木類4個(gè)試點(diǎn)工作專業(yè)組，全國先后有上百所高校加入試點(diǎn)單位，這些學(xué)校采用CDIO工程教育理念和教學(xué)大綱開展教學(xué)實(shí)踐，取得了良好效果，按CDIO模式培養(yǎng)的學(xué)生尤其受社會(huì)與企業(yè)的歡迎。

2009年我校與西蘇格蘭大學(xué)合作辦學(xué)招收了在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)國際合作交流班，2013年本專業(yè)入選了教育部第二批CDIO改革試點(diǎn)專業(yè)。利用學(xué)校與西蘇格蘭大學(xué)合作辦學(xué)的平臺(tái)，以機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)國際合作交流班為試點(diǎn)，借鑒CDIO工程教育模式進(jìn)行數(shù)控類課程教學(xué)改革與實(shí)踐，提高學(xué)生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力進(jìn)行探索與實(shí)踐。圖1為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化試點(diǎn)專業(yè)的理論課程體系簡圖。在課程體系的第Ⅲ階段，設(shè)置了機(jī)床數(shù)控技術(shù)、數(shù)控工藝與編程等先進(jìn)制造技術(shù)類理論課程。

圖1　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)理論課程體系魚骨圖

二、數(shù)控系列課程體系建設(shè)

(一)建設(shè)目標(biāo)

以機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(中英合作)專業(yè)為試點(diǎn)，以機(jī)床數(shù)控技術(shù)、數(shù)控編程、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控加工綜合實(shí)訓(xùn)等數(shù)控類課程信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)為平臺(tái)，以數(shù)控類課程內(nèi)容的項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主線，優(yōu)化理論教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)手段與方法，倡導(dǎo)自主性學(xué)習(xí)與研究性學(xué)習(xí)方式方法。通過實(shí)施數(shù)控類項(xiàng)目設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)由因材施教的同時(shí)實(shí)行“因人施教”，考察共性的同時(shí)注重考察個(gè)性，注重學(xué)生個(gè)人和團(tuán)隊(duì)潛能的發(fā)揮，形成有利于激勵(lì)學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的數(shù)控類理論課程和實(shí)踐課程新體系。建成機(jī)床數(shù)控技術(shù)精品特色課程。

(二)建設(shè)內(nèi)容

以數(shù)控機(jī)床為載體，對數(shù)控機(jī)床技術(shù)等教學(xué)內(nèi)容實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)；實(shí)施基于CDIO理念的數(shù)控設(shè)計(jì)類驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目，優(yōu)化理論教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)手段與方法，提供自主性學(xué)習(xí)與研究性學(xué)習(xí)方式方法環(huán)境。構(gòu)建CDIO理念下應(yīng)用型本科數(shù)控類特色課程的新形態(tài)。

(三)主要觀點(diǎn)

借鑒CDID工程教育理念，通過實(shí)施數(shù)控設(shè)計(jì)類驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目，倡導(dǎo)了自主型與研究型學(xué)習(xí)方式方法；實(shí)現(xiàn)由因材施教的同時(shí)實(shí)行“自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)”，考察共性的同時(shí)注重考察個(gè)性。

(四)研究思路和研究方法

從企業(yè)對現(xiàn)場工程師的知識(shí)、能力及素質(zhì)等方面出發(fā)，同時(shí)借鑒CDIO工程教育理念和英國西蘇格蘭大學(xué)對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一些成功經(jīng)驗(yàn)，以及我國有關(guān)國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和職業(yè)工程師對數(shù)控技術(shù)的一些要求，通過調(diào)查、問卷等方式獲取第一手資料。

以機(jī)床數(shù)控技術(shù)精品特色課程建設(shè)為契機(jī)，結(jié)合精品課程網(wǎng)站建設(shè)，在涵蓋常規(guī)精品課程網(wǎng)站內(nèi)容的基礎(chǔ)上，按照數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控編程與加工、數(shù)控機(jī)床加工檢測三大模塊組織數(shù)控類設(shè)計(jì)項(xiàng)目并實(shí)施。

(五)實(shí)施步驟

1.通過調(diào)查研究，研究中英合作等機(jī)械類專業(yè)對數(shù)控技術(shù)類課程的知識(shí)、素質(zhì)和能力結(jié)構(gòu)及其要求；

2.建設(shè)信息化機(jī)床數(shù)控技術(shù)精品課程網(wǎng)站，形成立體化課程教學(xué)內(nèi)容；

3.以數(shù)控機(jī)床為對象，構(gòu)建基于結(jié)構(gòu)、編程及檢驗(yàn)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目并實(shí)施；

4.“CDIO理念下下應(yīng)用型本科數(shù)控類特色課程”實(shí)施、完善提高階段；

5.學(xué)生數(shù)控技術(shù)應(yīng)用綜合能力測評(píng)。

(六)建設(shè)情況

針對數(shù)控系列課程存在的問題，按照“四性相融”原則，以能力培養(yǎng)為核心，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)控技術(shù)能力、方法能力和綜合能力，通過“縱向貫通”和“橫向拓展”構(gòu)建適應(yīng)能力培養(yǎng)要求的知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程體系。

針對性：借鑒CDIO教育理念，采用學(xué)生以完成與數(shù)控產(chǎn)品部件的設(shè)計(jì)與制造為主體的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，以培養(yǎng)學(xué)生數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝編制、零件加工能力培養(yǎng)為核心，將數(shù)控技術(shù)的主要理論課程(機(jī)床數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床工藝與編程、數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、數(shù)控設(shè)備故障診斷與維護(hù))和主要實(shí)踐環(huán)節(jié)(CAM軟件基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)、數(shù)控加工實(shí)習(xí)、數(shù)控加工綜合實(shí)訓(xùn)、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用綜合課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì))分解到任務(wù)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)階段。如基于數(shù)控機(jī)床部件設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目的能力分解如圖2所示。

圖2　基于數(shù)控機(jī)床部件設(shè)計(jì)的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的能力分解圖

按照此模式，可將數(shù)控工藝編制與加工能力培養(yǎng)，按照“理論夠用，注重?cái)?shù)控編程與加工能力”的原則，針對工藝與編程基礎(chǔ)、數(shù)控車削加工工藝與編程、數(shù)控銑削加工工藝與編程、加工中心加工工藝與編程、特種數(shù)控加工工藝與編程等課程內(nèi)容。緊緊圍繞“加工出合格零件”的目標(biāo)，分解成六個(gè)主要節(jié)點(diǎn)，如圖3所示。

先進(jìn)性：課程內(nèi)容要能跟蹤先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的趨勢，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展而不斷更新。課題組通過對數(shù)控系列課程教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整，壓縮了課程傳統(tǒng)內(nèi)容的教學(xué)課時(shí)，大量增加近年來的數(shù)字裝備設(shè)計(jì)、控制和制造技術(shù)的教學(xué)課時(shí)，跟蹤數(shù)控系列課程教學(xué)始終和國內(nèi)外制造技術(shù)發(fā)展。同時(shí)，充分利用校內(nèi)外舉辦的各種學(xué)科競賽培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

整合性：以能力培養(yǎng)為核心，在數(shù)控系列課程建設(shè)中，著眼于教學(xué)內(nèi)容和課程體系的整體優(yōu)化，構(gòu)建“機(jī)床結(jié)構(gòu)—數(shù)控原理—數(shù)控工藝—數(shù)控編程—數(shù)控系統(tǒng)”的課程體系，融工藝、編程、操作、原理、數(shù)控、機(jī)械結(jié)構(gòu)和裝備設(shè)計(jì)于一體，使內(nèi)容更完整、知識(shí)更連貫、教學(xué)更高效。并將實(shí)踐環(huán)節(jié)穿插其中，比如講解機(jī)床結(jié)構(gòu)后，馬上安排一次機(jī)床結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)，或者直接在試驗(yàn)場地講解該部分內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的一體化教學(xué)。

圖3　數(shù)控加工與編程能力分解魚骨圖

導(dǎo)向性：建立以能力和職業(yè)素質(zhì)考核為中心的考核模式，突出能力本位。采取形成性考核、終結(jié)性考核和職業(yè)素質(zhì)能力評(píng)價(jià)方式相統(tǒng)一的方式。

具體實(shí)施要求如下：

(1)借鑒學(xué)校制定的本科專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)踐教學(xué)方案和考核綱要，制定了基于每個(gè)能力點(diǎn)的實(shí)踐教學(xué)方案和考核綱要，明確教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐成果、考核內(nèi)容和考核標(biāo)準(zhǔn)等，保證教學(xué)組織可行、教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

(2)在形成性考核、終結(jié)性考核方面，工程意識(shí)及表現(xiàn)以考勤和觀察為主，重點(diǎn)技能和能力考核采取現(xiàn)場測試與口試相結(jié)合的方法，成果考核主要采取總結(jié)報(bào)告評(píng)閱與產(chǎn)品檢測。

三、數(shù)控系列課程體系建設(shè)研究成果

通過建設(shè)信息化機(jī)床數(shù)控技術(shù)特色課程，形成了立體化課程教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了相互融合的理論、實(shí)踐教學(xué)體系，應(yīng)能夠使學(xué)生在知識(shí)的獲取上更加系統(tǒng)、層次更加分明；通過采用一條主線自主設(shè)計(jì)項(xiàng)目、自主學(xué)習(xí)和研究、自主模擬仿真和工程實(shí)踐，建立以能力和職業(yè)素質(zhì)考核為中心的考核模式，使學(xué)生能較熟練地應(yīng)用數(shù)控技術(shù)相關(guān)知識(shí)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零件制造與檢驗(yàn)、設(shè)備維護(hù)及操作、產(chǎn)品裝配與調(diào)試等環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)；使學(xué)生形成了基本的設(shè)計(jì)能力、一定的制造加工能力和不斷獲取經(jīng)驗(yàn)和更新知識(shí)的能力。在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)業(yè)意識(shí)。

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DOI:10.3969/j.issn.1009-8976.2015.02.036

收稿日期：2015-03-29

基金項(xiàng)目：吉林省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題——“基于CDIO理念的應(yīng)用型本科數(shù)控類特色課程建設(shè)”(項(xiàng)目編號(hào)：GH13255)

作者簡介：閆占輝(1968—)，男(漢)，吉林雙陽，教授，博士

中圖分類號(hào)：G642.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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