基于CDIO教育模式的激光加工教学的实践探索
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作者:张国斌 刘春城 张卫东 王立志 杨军 王殿宽 赵勇 刘迪
摘要：针对目前我国工科毕业生实践能力和创新能力明显不足这一现状，文章通过激光加工工训教学的改革和成效，从一个侧面佐证了实践教学对工程教育和培养学生创新能力的重要性，提出实施CDIO工程教育模式、改革实践教学方式方法是培养学生具有扎实的专业知识、较强的实践能力和创新能力的有效途径，是工程教育专业认证的需要，也是经济社会发展及参与国际交流的需要，更是实现工程学位国际互认和工程师资格国际互认的需要。
关键词：CDIO;工程教育;激光加工;实践能力
中图分类号：G642.45 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）10-0166-02
工程教育是我国高等教育的重要组成部分。当今的中国已成为工程教育大国，工程训练中心在我国高校得到快速发展[1]。截至2017年，全国共有普通高等学校2631所，各类高等教育在学总规模达到3779万人，工科学生占普通高等教育在校生总数的比例超过30%。清华大学校长邱勇教授2018年在第一届国际工程教育论坛上指出：工程是人类探索世界的伟大实践，工程推动社会进步;工程教育承担着培养工程人才的使命，工程教育决定人类未来。随着世界各国经济联系日益密切，经济全球化发展趋势日益加速。开展工程教育，就是培养学生具有扎实的专业知识、较强的实践能力和创新能力[2，3]，适应全球化发展需求，实现工程学位国际互认和工程师资格国际互认。实践是工程专业的根本，实践教学是高等工程专业教育的重要环节，它是提高学生实践能力和人才培养质量的重要途径。加强学生实践动手能力、创新思维能力的培养已成为目前广大高校教育工作者的共识。本文通过激光加工工训教学的改革和成效，从一个侧面佐证了实践教学对工程教育和培养学生创新能力的重要性。
一、 CDIO工程教育模式
CDIO（conceive-design-implement-operate）是由以美国麻省理工学院为首的几所工程技术大学联合提出的一种现代工程教学理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织，目前已成为世界范围知名度最高的工程教育国际认证机构。CDIO是一种以工程项目设计为导向、工程能力培养为目标的工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的最新成果，其核心内容是经过各成员组织认证的工程专业培养方案具有实质等效性，即任何成员在认证工程专业培养方案时所采用的標准、政策、过程以及结果都得到其他所有成员的认可。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。实施CDIO工程教育模式，并通过其专业认证，将极大促进我国高等工程教育质量的提高，加强高等工程教育与工业界的联系，为我国与各成员国之间的平等交流、加入其他国际性互认协议提供平台，有利于提升我国高等工程教育的国际竞争力。目前在CDIO模式下，我国高等院校已开展了多层次、多形式的工程教育改革，并取得了一定的成效。
二、工科大学生实践能力的现状
目前，我国的高等教育规模居世界第一。根据教育部发布的《2018年全国教育事业发展统计公报》，全国各类高等教育在学总规模达到3833万人，高等教育毛入学率达到48.1%。但我们培养出的毕业生和社会需求并不能完全匹配，普遍存在实践动手能力和创新能力不足的状况。世界经济论坛从1979年开始就对每个国家的竞争力进行评判，是目前国际上从事竞争力评价最著名的机构之一，它通过对一个国家进行综合因素考评，推出一年一度的《全球竞争力报告》，我国全球竞争力排名始终在30名左右，这和我国大国地位实不相称;《2012—2013年度全球竞争力报告》还显示，美国81%的工程专业毕业生可以立刻胜任工作，中国则只有10%。这说明我们的人才培养质量等指标与世界水平相差甚远，教育模式存在薄弱环节，表现在毕业生实践能力不足尤为突出。要解决上述问题，必须切实构建工程教育质量保障体系，推进产学研结合，加强实践教学环节，提高大学生的素质能力。
三、激光加工工训教学的实践探索
1.激光加工技术与工训教学状况。激光加工技术是一项集光、机电、材料及检测于一体的先进技术，是20世纪最重要的发明之一。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料，常用加工方法有激光切割、激光雕刻、激光焊接、激光打标等。为了使学生开拓视野，了解新技术，许多高校近几年都购置了激光加工设备，应用到工程训练课程中的大多数实际操作项目就是平面雕刻和打标。2012年我校投资200多万购置了6台激光加工设备用于工训教学，其中有三台雕刻机、一台金属切割机、一台非金属切割机、一台内雕机。教学中，在指导教师指导下，学生可以直接操作三台激光雕刻机进行加工，其他设备由于操作复杂、危险性高、图形处理时间长等因素只由指导教师进行讲解和操作演示。学生加工的雕刻件，样式由学生自己设计或从电脑图库中选取，经过图像处理后，操作设备就能直接加工出来，如图1所示。经过几个学期运转，我们发现学生加工的雕刻件，学生自己设计的少，电脑下载的多;图形复杂的少，图形简单得多;而且由于雕刻机操作相对简单，学生学习的兴趣也不高，从而达不到培养学生实践能力和创新能力的目的。
2.激光加工工训教学的改革及成效。针对学生学习的兴趣不高和动手少的状况，我们教学指导组经过研究和试做，决定从2016年开始，激光加工教学由平面雕刻件改为拼装立体组合体，教学时间由4学时（一次课）改为8学时（两次课），学生的操作成绩根据组合体复杂度和完成度评定，同时我们给出2个立体组合体，作为学生设计制作的参照，如图2所示。第一次课主要是指导教师讲解和操作演示，学生练习操作及进行雕刻和切割，剩余时间做立体组合体设计;课上没完成设计的，课后完成。第二次课主要是按设计图切割制作组合体零件，并完成拼装立体组合体。 拼裝立体组合体涉及平面图形设计、立体构思、尺寸计算、装配组合等方方面面。通过这一改革，学生兴趣盎然，学习热情高涨，智力潜能迸发出来了，课后设计完成率基本100%，而且新设计新作品不断涌现，如图3所示。几年来，学生通过自己设计和制作作品，切实提高了实践能力和创新能力。
四、结语
通过激光加工工训教学的改革并取得成效，充分说明学生学习积极性是可以调动的、智力潜能是可以开发的、实践能力和创新能力是能够提高的，只要我们不忘初心，切实改革实践教学方式方法，就能尽快改变工科毕业生实践能力和创新能力不足这一沉疴痼疾。我校工程训练中心开展CDIO工程教育模式以来，学生实践能力和创新能力不断提高，在近几年我校材料成型与控制工程、机械工程、冶金工程等专业进行的专业认证评估中，工程训练课程得到专家们的首肯。
参考文献：
[1]王秀梅，胡蝶，房静，等.工程训练中心利用多学科综合优势开展创新教育的探索实践[J].实验技术与管理，2018，35（2）：6-9.
[2]彩虹，毛立民，孙志宏.加强学生综合实践能力培养改革机械专业实验教学[J].东华大学学报（社会科学版），2010，10（3）：246-248.
[3]刘福德，何玉辉.机械工程专业课程的层次化与模块化实验教学体系改革探索与实践[J].长沙铁道学院学报（社会科学版），2012，13（1）：79-82.
Practical Exploration of Laser Processing Teaching Based on CDIO Model
ZHANG Guo-bin，LIU Chun-cheng，ZHANG Wei-dong，WANG Li-zhi，
YANG Jun，WANG Dian-kuan，ZHAO Yong，LIU Di
（Engineering Training Center，Northeastern University，Shenyang，Liaoning 110819，China）
Abstract：In view of the current situation that the practical and innovative abilities of engineering graduates in China are obviously insufficient，this paper，through the reform and effectiveness of laser processing training teaching，proves the importance of practical teaching to engineering education and cultivation of students' innovative abilities from one side，and puts forward the implementation of CDIO engineering education model and the reform of practical teaching methods.The method is an effective way to cultivate students with solid professional knowledge，strong practical ability and innovative ability.It is the need of engineering education professional certification，economic and social development and participation in international exchanges.It is also necessary to realize international mutual recognition of engineering degree and engineer qualification.
Key words：CDIO;engineering education;laser processing;practical ability
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