CDIO模式下“特种加工”课程教学改革与研究
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作者:贾婧 王利利 张海川 呼和木其 杨慧轩
摘 要：目前 “特种加工”课程教学效果欠佳，将CDIO教学模式引入课程，从教学内容、教学模式、考核模式、青年教师队伍建设等方面进行了深入改革与研究，培养了学生的工程实践能力、工程素养和综合能力，达到了教学改革初衷。
关键词：CDIO模式；特种加工；做中学
中图分类号：G4 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2019.31.083
1 引言
CDIO是当今国际高等工程教育的一种创新模式，由构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）四个英文单词组成，是“做中学”和“基于项目的教育和学习”的集中概括和抽象表达。它重视学生的主体地位，引导学生在实践中学习，旨在提高学生的实践能力和创新能力。本文进行教学改革的“特种加工”课程是内蒙古工业大学工程训练教学部开设的一门基础实训课程，于2006年面向全校学生开课，配备了教室（机房）一间、DK7740高速走丝电火花线切割（HS-WEDM）机床四台，用于理论授课及实践操作。十多年来指导教师主要遵循传统教学模式进行讲授，教学效果欠佳，逐渐难以满足我国高等工程教育培养要求。本文就CDIO 模式下“特种加工”课程教学改革作深入研究。
2 教学内容的改革
根据“特种加工”课程教学大纲，课程内容包括特种加工的概念、分类、原理、特点、绘图编程和操作实例等（快走丝电火花线切割加工）。按照学生专业的不同，将课程分为A、B、C三类，其中A类针对机械类专业学生，教学设计总学时14学时；B类针对理工科非机制专业学生，教学设计总学时7学时；C类针对文科艺术类专业学生，教学设计总学时3.5学时。
（1）按专业需求调整教学内容，建立倒三角式教学目标体系。由于专业不同，学生的专业背景、知识框架、思维方式和学习能力相差较大，因此与之相对应的教学内容也应有所偏倚，应以A、B、C三类专业为切入点，建立倒三角式教学目标体系：包括研究层面、提高层面、基础层面，A类专业课程应达到研究层面，即要求机械类专业学生不仅掌握理论知识及实践技能，更重要的是建立工程设计思想，提高创新能力；B类专业课程应达到提高层面，即要求理工科非机制专业学生在实践中遇到问题能自行予以解决，提高团队意识和实践能力；C类专业课程应达到基础层面，即掌握“特种加工”理论知识，认识加工流程，培养其工程概念及创新理念。
（2）教学内容模块化，结合实践精心整合教学内容。将“特种加工”課程教学内容分为“特种加工概述”、“CAXA线切割3B代码编程”、“学生技能实操”三个学习模块，其中， “特种加工概述”模块，教学内容比较深奥、抽象，尝试寻找日常生活中与课程相关的常见现象作为实例引导学生认识“特种加工”，精减“特种加工”分类介绍（如电子束、离子束加工等），重点介绍 “数控电火花线切割加工技术”，为后续两个学习模块奠定理论基础；“CAXA线切割3B代码编程”模块，由于A类专业学生实习之前已经学习了Autocad等机械制图软件，具有一定绘图能力，该专业学生的教学内容改为学生自学；“学生技能实操”模块，教师通过设计一些教学任务（如设备故障问题等），要求学生自己找出相应的解决方案，培养学生解决实际工程问题的能力。
3 教学模式的改革
传统的“特种加工”教学模式以课堂灌输为主，忽略了学生的主观能动性，限制了学生的想象力和创造力。对CDIO模式下的“特种加工”课程教学模式进行如下改革：
（1）制作网络课件及教学过程视频，引导学生提前预习。将“特种加工”概述PPT及教学视频放于网上，学生在参加工程训练实训前通过自学对该课程有了一定了解，增加学生对课程的学习兴趣，让学生真正做到自主学习。
（2）优化课堂教学水平，营造良好的课堂环境。根据CDIO工程教育理念对教学方法的启示，采用“启发式”和“讨论式”教学，将“讲、学、做、互动”有机结合，既要发挥教师的主导作用，又要保证学生的主体地位。结合CDIO模式，不断修改和完善课件，提高课堂教学的质量和效率，鼓励学生课上开展讨论、交流及辩论，充分激发学生的独立思考能力和创新意识；加强师生互动，深化学生对教学内容的理解。
（3）在“CAXA线切割3B代码编程”模块中引导学生自主设计产品，实现“做中学”。 “做”，以探索为中心；“学”，以主动思考、自我发现为出发点，要求学生能够在实践的过程中提高创新能力。在“CAXA线切割3B代码编程”模块中，要求学生根据自己的创意自行设计加工图形，该模块采用CDIO教学模式，将班级学生以3-4人为一个小组进行分组，以小组为单位进行“做中学”。构思：根据课堂教学的理论指导，小组成员讨论并分析各自的设计观点，确定初步加工图形方案；设计：根据电火花线切割加工技术原理、CAXA线切割绘图软件的操作要求，设计修改构思的图形，将构思方案转变为软件及机床识别的加工零件图；实现和运作：将绘制好的图形生成切割轨迹（确定穿丝点起始位置、切入点、切割方向及终止位置），形成相应3B代码程序。在实现的过程中随时记录出现的错误，发现构思的缺陷和设计中的不足，并尝试解决问题。在充分体会CDIO 过程的整体性中，提高学生的创造能力、团队意识及沟通协调能力。
（4）在“学生技能实操”模块采用任务驱动法，提升学生的实践能力。要充分利用好工程训练教学部现有的四台DK7740高速走丝电火花线切割（HS-WEDM）机床，做好实操训练。在“学生技能实操”模块打破按部就班和层层递进的套路，采用任务驱动法，教师讲解电火花线切割基机床的组成及操作方法，演示作品加工过程，并根据学生的专业背景设计不同难易程度的教学任务，引导其继续深入学习，如指导A类专业学生穿丝，并分析研究电极丝震动引起的断丝现象；指导B类专业学生研究操作工程对加工工艺指标的影响；指导C类专业学生研究工件的装夹方式。在“基于项目的教育和学习”指导下，去发现、去探索、去归纳，培养学生的自学能力及实践能力。 另外，为解决学生人数较多、操作机床台套数较少的现状，在保证完成正常教学任务的前提下，可以将特种加工实习车间全天开放，给学生提供充足的时间去操作、思考和认识。
4 考核模式的改革
“特种加工”课程的考核采用阶段式考核模式，将考核贯穿于教学过程的始终，力求做到公平、合理。学生成绩的考核主要包括五部分：实习报告、日常表现（出勤情况及学习态度）、课堂提问及讨论、CAXA线切割编程软件作品设计、加工成品打分。其中，实习报告成绩占30%，日常表现占10%，课堂提问及讨论占10%，CAXA线切割编程软件作品设计占25%，加工成品打分占25%。重视课堂互动环节，应结合学生的发言状况现场打分；重视学生分组进行团队合作设计作品环节，根据其在设计过程中的实际表现及最终作品优秀程度进行打分，充分彰显团结协作及统筹设计的能力；重視实践考核环节，并根据实操环节增加的教学任务执行情况予以酌情加分，对于表现特别优秀的学生，推荐其加入内蒙古工业大学工程训练教学部创新训练中心的机器人团队，深入培养创新型工程科技人才。
5 青年教师队伍建设的改革
近几年内蒙古工业大学对公开招聘进入的青年教师学历及毕业学校要求较高，相当一部分教师属于刚踏出校园、又重新迈入校园，虽然具有较丰富的理论知识，但工程实践能力不足，培养和提高学生的实践技能存在壁垒。因此想要驾驭“特种加工”这门实训课程，教师个人应加强学习，掌握课程前沿知识，不断更新教学观念，保持谦虚的态度通过“做中学”不断提升自己；学校教学促进与教师发展中心应多渠道地为青年教师提供学习、深造、实践的机会，作为牵引者推荐青年教师到工厂、企业短期锻炼，邀请工厂、企业优秀工作人员作为外聘教师到工程训练教学部授课，建立相关激励机制鼓励青年教师指导学生实践实训等，提升青年教师整体队伍水平。
6 结语
CDIO模式下“特种加工”课程教学改革的实践工作于2018年12月展开，通过一个学期教学模式的不断积累和调整，教改内容已逐渐趋于完善。对参加“特种加工”课程的学生进行学生评教及问卷调查，反馈如下：学生对课程的期待度和满意度有所提升，主观能动性得到体现，学生工程实践能力、工程素养和综合能力有所提升，实现了教学改革初衷。在今后的教学工作中，我们将继续采用CDIO教学模式，将教学成果进一步深化、细化，改善对学生的教育，打造工程训练教学部精品实践课程。
参考文献
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