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摘 要：CDIO工程教育理念是一种项目驱动的教育和学习方式，目的在于培养学生的工程实际应用能力。本文根据CDIO国际化工程教育理念及其能力大纲，结合西华大学《数控装备设计》课程的教学特点，从课程教学、实践教学等方面探讨了基于CDIO模式的项目教学改革方式。
关键词：数控装备设计 CDIO理念 工程教育 项目驱动
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2012）11（b）-0106-02数控机床是机械和电子技术相结合的、高度机电一体化产品，是实现柔性生产自动化的重要设备。随着数控技术在制造业中的广泛应用，在装备制造领域，我国数控装备的产量、功能和技术水平都有了长足进步，产业部门急需熟悉、掌握数控装备设计及应用技术的人才。数控技术已经发展成为了我国每个机械类专业的学生都必须掌握和熟练应用的一项技术，《数控装备设计》课程在机械类专业教学计划中占据着相当重要的地位，其教学效果实现的程度，对学生整体质量提高的程度，将产生巨大的影响。因此，为培养一批适应社会需求的高素质应用型人才，该课程必须要有一个系统的教学设计，以取得良好的教学效果。“CDIO理念”是国外高等工科教育的一种创新模式，以“工程教育创造出一个合理的、完整的、通用的、可概括的教学目标”为其具体努力方向，简单的基本原理是CDIO大纲的最大价值，它有着很强的可操作性和广泛的适应性，此外，它还能被任何工程教育项目所采用[1]。本文以CDIO理念为指导，结合西华大学《数控装备设计》的课程，进行了一系列相关教学改革的探索。
1 CDIO课程改革的基本理念
2001年，瑞典皇家理工学院和麻省理工学院等4所大学组成的教育团队，共同提出了的全新工程教育理念，即CDIO工程教育理念是[2]。CDIO工程教育理念可以分解为有机的四个部分，他们分别是：构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。它不仅是一种项目驱动的教育和学习方式，更是一种促进师生共同探讨、协作、交流，最终实现师生共同完成项目的教学方式。CDIO工程教育理念的目的概括起来就是培养学生的工程实际应用能力。
将企业界的需求以工程学基本原理来表述是CDIO的目标。CDIO的首创就是让整个教学在产品／系统生命周期的具体环境中进行，为的是构建一个强调技术基础的教育。具体而言，基于CDIO模式的工程教育人才培养目标有如下几个：第一，必须掌握基础技术中基本且繁多的应用知识；第二，培养善于构思-设计-实现-运作新产品/系统的技能；第三，能顺利实现复杂的系统工程；第四，能适应现代化开发团队和开发环境。在考虑基于CDIO的课程设计时，需要紧密围绕相关学科来组织，同时还有与CDIO的活动相互渗透，交叉组织。通过参与、构思、设计、实现等多个环节，使学生各方面得到锻炼，从而达到预期的目标：培养学生用于构建系统的技能，让其很好地掌握深厚的工程基础应用知识[3]。
由此可以看出，CDIO教学理念是以工程项目的生命周期来组织教学的，强调整体意识和系统概念是这种教学方式的特点和特殊，通过这种教学能够培养学生解决问题的综合能力[4]。
2 《数控装备设计》课程的主要特点
《数控装备设计》课程是理论与实践紧密相结合的一门机械类专业课程，以数控机床设计方法为主线，以总体设计、运动设计和结构设计为重点，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，使学生系统掌握数控装备设计的基本理论、基本知识和基本方法。课程内容包括：数控装备传动系统、主轴组件、进给系统、基础部件、导轨、刀具交换装置及总体设计的原理与方法。
传统教育模式过于注重理论教育，缺乏学习的针对性、启发性。同时由于实践性环节较少，学生缺乏应用性，在生产第一线解决实际问题的能力也比较差。在新技术、新知识增加而课程学时减少、市场的人才需求不断增加的新形势下，必须进行教学内容和方法的改革，才能提高学生学习的积极性和主动性，培养出高素质的应用型人才[5]。
为此，我们在《数控装备设计》课程教学中设计了多模式、多层次的立体式教学体系：理论教学+实验+课程设计。通过本课程的教学，使学生对数控机床的技术性能、设计方法有较系统的认识，能掌握认识、分析数控机床运动和传动的方法，了解数控机床典型结构、工作原理及控制系统特性；能合理应用基础理论、专业技术理论知识和现代设计方法于整个数控机床设计过程之中，为今后对数控机床进行创造性的应用和开发打下坚实基础。
3 教学改革实施方案
3.1 改革教学方法
教育心理学中有一个公认的准则：只有当人们对某一事物表现出兴趣时，他才会产生主动学习的欲望。传统的“给出命题－模型推导－举例”的演绎式授课模式中，学生往往是被动地去接受知识，而非主动地去探索学习，这样的情况下虽然在某一段时间内可以迅速获取较大量的知识点，但是知识遗忘的速度也是十分迅速的。基于认识，部分教师对传统的教学方法进行了改进，他们积极借鉴国外很多大学在授课中都普遍采用到的教学方法，如“探究式教学、项目式教学”以及“讨论式教学”等方法，通过这些办法来提高学生在师生学习共同体中的参与意识[6]。
（1）针对培养目标，将《数控装备设计》作为我校机械设计制造及其自动化专业培养目标的第II级项目实施。以“数控车床进给系统设计”项目为例，该II级项目要求学生根据任务要求设计经济性数控车床进给系统的机械传动结构，要求绘出装配图、主要零件工作图以及说明书。成绩考核包含4个小节点，它们分别为“方案拟定、设计计算，最终图纸与说明书和PPT项目报告”。在教学过程中要，教师需要按照进度安排定期进行相应的节点考核，最后由4个节点考核成绩综合给出学生的总成绩。这样的项目实施和考核方式能最大限度地保证学生对项目热情，让其全程参与，避免部分学生最后突击时，产生抄图的现象。 （2）以小组为单位，采用讨论式的教学方法来培养学生们的合作精神。根据学习内容设立不同的项目选题，将学生分为若干团队，督促各个团队按照设定目标—计划—准备—项目实施—成果报告—项目评估进行项目展开。例如，在进行数控装备部分的内容学习时，针对数控车床与数控铣床的伺服进给系统，设立不同的初始参数与约束条件，建立不同的项目选题，组织学生分团队展开设计工作。指导学生做好项目进度计划，培养他们学习各种调研方法，并在此基础上实施项目，进行进给系统的结构设计与改进、详细结构的设计与计算等工作，最后对各团队的提交结果进行评估。整个项目实施过程强调教师和学生的互动，充分做到开放式教学；教学内容与项目过程密切配合，做到理论与实践的辩证统一；项目选题与学科动态紧密联系，做到教学与科研的自然结合，使学生不断的接触领域的最新科技。
3.2 加强实践环节
在教学中也要注重实践性环节，只有通过实践，将理论与实践良好地结合起来，才能使学生对所学知识有一个感性认识，使他们在此基础上巩固课堂知识，积极思考、深入理解。数控装备设计的课堂教学与实践密切相关，通过现场教学、课程实验、生产实习等实践环节让学生多接触一些机床种类，并且初步了解这些机床的结构和工艺范围等，使学生上课前建立一定的感性认识，抽象的内容就变得形象、生动起来，教学效果也会得到提高。通过“数控机床精度实验”，使学生了解数控机床精度检测的主要标准、检测手段和所用检测仪器。掌握数控机床主轴旋转精度的检测步骤和有关实验分析。通过“数控机床结构剖析实验”，是学生对典型数控装备的总体布局、技术性能、传动系统、换刀装置、典型机构等进行现场分析，了解数控装备的受力情况、支承件形状特点、导轨形式等。
3.3 创建“项目引领、任务驱动”的课程教学模式
《数控装备设计》可以说是一门综合性很强的实践性学科，教学过程要十分注重实践环节的教学。使学生能够通过学习真正解决生产中的技术问题传动系统设计和数控编程部分的教学目的。如果在这部分的教学中，积极采用项目引领等方式，采用任务驱动的课程教学模式，能很多程度上增强学生的实际应用能力[7]。在教学过程中，所采用的项目应该具备比较高的技术含量，并且要贴近企业的生产实际，并且还要满足能够包容课程教学知识的要求[8]。为此，我们设计了“数控装备课程设计”及“数控编程课程设计”项目来构建课程的理论和实践教学内容，选择这样的一个题目，可以让学生们充分运用所学，让他们调动这门课程所学的知识，并将这些知识同实践经验相结合，逐步培养起自觉查手册、设计遵循行业标准的良好习惯，以及生产不仅要考虑质量还要考虑经济性问题，等等。可以说，这些都是一个技术人员必须具备的基本素质，提高这些素质，有利于加快学生适应生产岗位的步伐，也有利于高等教育人才培养同企业发展人才需求的衔接。通过这种“项目引领、任务驱动”的教学模式培养学生，能让学生们更好地掌握和巩固所学的理论知识，同时能够提高学生读图、熟悉图纸、分析图纸的能力，这无疑是从理论到实际的一个过渡，为学生们毕业后走上工作岗位适应具体工作要求做好充分准备。
4 结语
《数控装备设计》是机械设计制造及其自动化专业的主干专业课程，内容丰富，综合性、实践性强，传统的教学方式使学生被动学习而无法体会获取知识的乐趣。CDIO工程教育理念是我国高校教育改革探索的重要方向之一，探究式、讨论式、项目式等教学手段是成功实现CDIO工程教育理念，行之有效的方法。通过CDIO实现体验式的学习过程，既能使学生巩固所学基本原理，又能锻炼学生的专业观察能力、分析问题的能力、表达能力和交流能力，并且使学生的学习主动性得到极大的发挥。通过本课程的改革实践表明：CDIO工程教育理念适合工科教育教学过程，这种教学方法能够增强学生的综合能力，提高学生的国际竞争力，能够培养出适合企业需要的、具有实践创新能力的工程技术人才。
参考文献
[1] 陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006（11）：81-83.
[2] Edward F Crawley.Johan Malmqvist，Soren Ostlund，Doris R．Brodeur ISBN Rethinking Engineering Education—The CDIO Approach[M].
[3] Edward F Cmwley.Creating the CDIO Syllabus，a Universal Template for Engineering Educatio n.32nd ASEE／IEEE Frontiers in Education Conference[Z].Boston，MA，2002：6-9.
[4] 李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究，2008，10（4）：21-23.
[5] 李冰.《数控机床》教学方法的探索与实践[J].沿海企业与科技，2005，11（69）：130-131.
[6] 赵岩，吴凤和，王军，等.CDIO培养框架下金属切削原理与刀具课程的变革之路[J].教学研究，2011，2（34）：44-46.
[7] 高雪梅，孙子文，纪志成.CDIO方法与我国高等工程教育改革[J].江苏高教，2008，5（3）：69-71.
[8] 王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009，5（1）：86-87.
关键词：数控装备设计 CDIO理念 工程教育 项目驱动
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2012）11（b）-0106-02数控机床是机械和电子技术相结合的、高度机电一体化产品，是实现柔性生产自动化的重要设备。随着数控技术在制造业中的广泛应用，在装备制造领域，我国数控装备的产量、功能和技术水平都有了长足进步，产业部门急需熟悉、掌握数控装备设计及应用技术的人才。数控技术已经发展成为了我国每个机械类专业的学生都必须掌握和熟练应用的一项技术，《数控装备设计》课程在机械类专业教学计划中占据着相当重要的地位，其教学效果实现的程度，对学生整体质量提高的程度，将产生巨大的影响。因此，为培养一批适应社会需求的高素质应用型人才，该课程必须要有一个系统的教学设计，以取得良好的教学效果。“CDIO理念”是国外高等工科教育的一种创新模式，以“工程教育创造出一个合理的、完整的、通用的、可概括的教学目标”为其具体努力方向，简单的基本原理是CDIO大纲的最大价值，它有着很强的可操作性和广泛的适应性，此外，它还能被任何工程教育项目所采用[1]。本文以CDIO理念为指导，结合西华大学《数控装备设计》的课程，进行了一系列相关教学改革的探索。
1 CDIO课程改革的基本理念
2001年，瑞典皇家理工学院和麻省理工学院等4所大学组成的教育团队，共同提出了的全新工程教育理念，即CDIO工程教育理念是[2]。CDIO工程教育理念可以分解为有机的四个部分，他们分别是：构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。它不仅是一种项目驱动的教育和学习方式，更是一种促进师生共同探讨、协作、交流，最终实现师生共同完成项目的教学方式。CDIO工程教育理念的目的概括起来就是培养学生的工程实际应用能力。
将企业界的需求以工程学基本原理来表述是CDIO的目标。CDIO的首创就是让整个教学在产品／系统生命周期的具体环境中进行，为的是构建一个强调技术基础的教育。具体而言，基于CDIO模式的工程教育人才培养目标有如下几个：第一，必须掌握基础技术中基本且繁多的应用知识；第二，培养善于构思-设计-实现-运作新产品/系统的技能；第三，能顺利实现复杂的系统工程；第四，能适应现代化开发团队和开发环境。在考虑基于CDIO的课程设计时，需要紧密围绕相关学科来组织，同时还有与CDIO的活动相互渗透，交叉组织。通过参与、构思、设计、实现等多个环节，使学生各方面得到锻炼，从而达到预期的目标：培养学生用于构建系统的技能，让其很好地掌握深厚的工程基础应用知识[3]。
由此可以看出，CDIO教学理念是以工程项目的生命周期来组织教学的，强调整体意识和系统概念是这种教学方式的特点和特殊，通过这种教学能够培养学生解决问题的综合能力[4]。
2 《数控装备设计》课程的主要特点
《数控装备设计》课程是理论与实践紧密相结合的一门机械类专业课程，以数控机床设计方法为主线，以总体设计、运动设计和结构设计为重点，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，使学生系统掌握数控装备设计的基本理论、基本知识和基本方法。课程内容包括：数控装备传动系统、主轴组件、进给系统、基础部件、导轨、刀具交换装置及总体设计的原理与方法。
传统教育模式过于注重理论教育，缺乏学习的针对性、启发性。同时由于实践性环节较少，学生缺乏应用性，在生产第一线解决实际问题的能力也比较差。在新技术、新知识增加而课程学时减少、市场的人才需求不断增加的新形势下，必须进行教学内容和方法的改革，才能提高学生学习的积极性和主动性，培养出高素质的应用型人才[5]。
为此，我们在《数控装备设计》课程教学中设计了多模式、多层次的立体式教学体系：理论教学+实验+课程设计。通过本课程的教学，使学生对数控机床的技术性能、设计方法有较系统的认识，能掌握认识、分析数控机床运动和传动的方法，了解数控机床典型结构、工作原理及控制系统特性；能合理应用基础理论、专业技术理论知识和现代设计方法于整个数控机床设计过程之中，为今后对数控机床进行创造性的应用和开发打下坚实基础。
3 教学改革实施方案
3.1 改革教学方法
教育心理学中有一个公认的准则：只有当人们对某一事物表现出兴趣时，他才会产生主动学习的欲望。传统的“给出命题－模型推导－举例”的演绎式授课模式中，学生往往是被动地去接受知识，而非主动地去探索学习，这样的情况下虽然在某一段时间内可以迅速获取较大量的知识点，但是知识遗忘的速度也是十分迅速的。基于认识，部分教师对传统的教学方法进行了改进，他们积极借鉴国外很多大学在授课中都普遍采用到的教学方法，如“探究式教学、项目式教学”以及“讨论式教学”等方法，通过这些办法来提高学生在师生学习共同体中的参与意识[6]。
（1）针对培养目标，将《数控装备设计》作为我校机械设计制造及其自动化专业培养目标的第II级项目实施。以“数控车床进给系统设计”项目为例，该II级项目要求学生根据任务要求设计经济性数控车床进给系统的机械传动结构，要求绘出装配图、主要零件工作图以及说明书。成绩考核包含4个小节点，它们分别为“方案拟定、设计计算，最终图纸与说明书和PPT项目报告”。在教学过程中要，教师需要按照进度安排定期进行相应的节点考核，最后由4个节点考核成绩综合给出学生的总成绩。这样的项目实施和考核方式能最大限度地保证学生对项目热情，让其全程参与，避免部分学生最后突击时，产生抄图的现象。 （2）以小组为单位，采用讨论式的教学方法来培养学生们的合作精神。根据学习内容设立不同的项目选题，将学生分为若干团队，督促各个团队按照设定目标—计划—准备—项目实施—成果报告—项目评估进行项目展开。例如，在进行数控装备部分的内容学习时，针对数控车床与数控铣床的伺服进给系统，设立不同的初始参数与约束条件，建立不同的项目选题，组织学生分团队展开设计工作。指导学生做好项目进度计划，培养他们学习各种调研方法，并在此基础上实施项目，进行进给系统的结构设计与改进、详细结构的设计与计算等工作，最后对各团队的提交结果进行评估。整个项目实施过程强调教师和学生的互动，充分做到开放式教学；教学内容与项目过程密切配合，做到理论与实践的辩证统一；项目选题与学科动态紧密联系，做到教学与科研的自然结合，使学生不断的接触领域的最新科技。
3.2 加强实践环节
在教学中也要注重实践性环节，只有通过实践，将理论与实践良好地结合起来，才能使学生对所学知识有一个感性认识，使他们在此基础上巩固课堂知识，积极思考、深入理解。数控装备设计的课堂教学与实践密切相关，通过现场教学、课程实验、生产实习等实践环节让学生多接触一些机床种类，并且初步了解这些机床的结构和工艺范围等，使学生上课前建立一定的感性认识，抽象的内容就变得形象、生动起来，教学效果也会得到提高。通过“数控机床精度实验”，使学生了解数控机床精度检测的主要标准、检测手段和所用检测仪器。掌握数控机床主轴旋转精度的检测步骤和有关实验分析。通过“数控机床结构剖析实验”，是学生对典型数控装备的总体布局、技术性能、传动系统、换刀装置、典型机构等进行现场分析，了解数控装备的受力情况、支承件形状特点、导轨形式等。
3.3 创建“项目引领、任务驱动”的课程教学模式
《数控装备设计》可以说是一门综合性很强的实践性学科，教学过程要十分注重实践环节的教学。使学生能够通过学习真正解决生产中的技术问题传动系统设计和数控编程部分的教学目的。如果在这部分的教学中，积极采用项目引领等方式，采用任务驱动的课程教学模式，能很多程度上增强学生的实际应用能力[7]。在教学过程中，所采用的项目应该具备比较高的技术含量，并且要贴近企业的生产实际，并且还要满足能够包容课程教学知识的要求[8]。为此，我们设计了“数控装备课程设计”及“数控编程课程设计”项目来构建课程的理论和实践教学内容，选择这样的一个题目，可以让学生们充分运用所学，让他们调动这门课程所学的知识，并将这些知识同实践经验相结合，逐步培养起自觉查手册、设计遵循行业标准的良好习惯，以及生产不仅要考虑质量还要考虑经济性问题，等等。可以说，这些都是一个技术人员必须具备的基本素质，提高这些素质，有利于加快学生适应生产岗位的步伐，也有利于高等教育人才培养同企业发展人才需求的衔接。通过这种“项目引领、任务驱动”的教学模式培养学生，能让学生们更好地掌握和巩固所学的理论知识，同时能够提高学生读图、熟悉图纸、分析图纸的能力，这无疑是从理论到实际的一个过渡，为学生们毕业后走上工作岗位适应具体工作要求做好充分准备。
4 结语
《数控装备设计》是机械设计制造及其自动化专业的主干专业课程，内容丰富，综合性、实践性强，传统的教学方式使学生被动学习而无法体会获取知识的乐趣。CDIO工程教育理念是我国高校教育改革探索的重要方向之一，探究式、讨论式、项目式等教学手段是成功实现CDIO工程教育理念，行之有效的方法。通过CDIO实现体验式的学习过程，既能使学生巩固所学基本原理，又能锻炼学生的专业观察能力、分析问题的能力、表达能力和交流能力，并且使学生的学习主动性得到极大的发挥。通过本课程的改革实践表明：CDIO工程教育理念适合工科教育教学过程，这种教学方法能够增强学生的综合能力，提高学生的国际竞争力，能够培养出适合企业需要的、具有实践创新能力的工程技术人才。
参考文献
[1] 陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006（11）：81-83.
[2] Edward F Crawley.Johan Malmqvist，Soren Ostlund，Doris R．Brodeur ISBN Rethinking Engineering Education—The CDIO Approach[M].
[3] Edward F Cmwley.Creating the CDIO Syllabus，a Universal Template for Engineering Educatio n.32nd ASEE／IEEE Frontiers in Education Conference[Z].Boston，MA，2002：6-9.
[4] 李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究，2008，10（4）：21-23.
[5] 李冰.《数控机床》教学方法的探索与实践[J].沿海企业与科技，2005，11（69）：130-131.
[6] 赵岩，吴凤和，王军，等.CDIO培养框架下金属切削原理与刀具课程的变革之路[J].教学研究，2011，2（34）：44-46.
[7] 高雪梅，孙子文，纪志成.CDIO方法与我国高等工程教育改革[J].江苏高教，2008，5（3）：69-71.
[8] 王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009，5（1）：86-87.