CDIO工程教育理念在焊接专业综合设计性实验中应用探析

王军++田春英++吕迎++李慕勤

摘要：文章简要介绍了工程教育的各个发展阶段和CDIO工程教育理念，提出将CDIO理论应用于焊接专业综合设计性实验。论述了焊接专业实验教学现状，将构思-设计-实现-运作四个阶段应用于焊条设计综合性实验中，建立实验组织、结果分析、考核评价机制。该应用促进了教学三位一体的形成，提高了学生自主学习、团结协作的能力，改善了解决问题的思维方式。

关键词：CDIO工程教育理念；焊接专业；实验教学；综合设计性实验

回首20世纪至今的百年发展历程，社会经济、科技和文化等各个方面可谓飞速发展，当今社会对人才的需求标准和教育模式也在发生着变化，工程教育模式和人才标准也迈着时代的步伐在前进，概括起来基本经历了3个典型阶段。第一阶段，20世纪初期工程教育主要以实际操作能力为主，人才的需求标准是有“手艺”，教育模式主要是由在业工程师来教授，简言之就是师傅教徒弟；20世纪中期，随着工程科技的发展，相关机器、设备、工具和仪器等的引进、开发和应用，社会对人才的需求标准特别强调坚实的理论基础，自然降低了工程实践的重要性，教育模式主要由工程研究人员来教授；20世纪末期，社会逐渐需要理论和实践两手都要硬的全面发展综合素质高的创新型人才。2001年，4所前沿的工程大学（美国麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、瑞典皇家技术学院）合作开发了一个新型的工程教育模型，称为CDIO（conceive-design- implement-operate），其名字的灵感来源于产品/系统的生命周期过程，可分为四个阶段：构思——设计——实现——运作。CDIO 教学大纲明确了工程师的培养目标是为人类生活的美好而制造出更多方便于大众的产品和系统。该种教育模式注重培养学生掌握扎实的工程基础理论和专业知识， 并通过整个人才培养过程的团队设计和创新实践环节的训练， 培养既有过硬专业技能又有良好职业道德的国际化工程师。该人才培养模式具有国际先进性、实践可操作性、全面系统性及普遍适应性4个方面显著特点，在当前得到国际高等工程教育的共识，并广泛采用。

焊接技术作为制造业重要加工手段之一，与机械、电子工业和计算机等学科交叉渗透，是一门综合性很强的工程技术学科。焊接专业教学目标是培养基础扎实、知识面宽、适应能力强、综合素质高、具有团队协作和创新创业精神的焊接工程技术人员，这与CDIO工程教育的培养目标是完全一致的。本文针对将 CDIO工程教育理念应用于焊接专业综合设计性实验教学进行有益的探索和分析。

1 焊接专业实验教学现状

实验教学是实践教学体系中极其重要的组成部分，是培养学生实践能力的重要环节。焊接专业围绕人才培养目标，构建有益于能力培养的实验教学体系，如图1所示。

学科基础实验和专业基础实验课是在低年级段开设的与理论教学相结合的实验课程，大多为演示性和验证性实验，教师往往用较多时间讲解实验目的、基本原理和现象，然后进行演示操作，学生按照规定的步骤和注意事项进行操作，记录数据和填写实验报告。此类实验对验证理论教学、训练学生基本实践操作技能起到重要作用，也是学生必然经历的实践知识积累过程。但学生在实验过程中多是机械模仿过程，缺乏独立思考机会。针对以上方面的不足，专业综合设计性实验是针对高年级段开设的实验教学内容，教师与学生两个主体在实验教学中扮演的角色发生大转变，学生是主角，自主构思、设计和完成实验内容， 变被动接受教育为主动学习、思考和动手实践。教师只是起到引导和协调的作用。

比较基础实验课和综合设计性实验的特点及学生所处阶段的知识储备情况，综合设计性实验非常适合引入CDIO教育理念。

2 CDIO教育理念应用综合设计性实验案例

焊接专业开设了焊条设计综合性实验、焊接检测综合性实验、压力焊与钎焊综合性实验和焊接结构等综合性实验。综合设计性实验采用CDIO教育模式后，使整个实验思路更清晰，过程更加完整，实验课效果非常好。以焊条设计综合性实验为例分析CDIO教育模式如何在综合设计性实验中应用的。

首先对焊接专业的同学进行CDIO教育模式的简单介绍，领悟产品/系统的生命周期过程（构思——设计——实现——运作），并将CDIO教育模式应用于本次实验，结合CDIO模式的整个实验流程及进度如表1所示。其次是分组情况，5名同学自由组合成1个小组，推选出1名组长负责小组的统筹、协调与任务分配等工作。

根据表1整个实验过程分为4个阶段，在每个阶段结束时都要进行分析、总结和审核，为下一阶段的顺利进行提供保障。

2.1 构思阶段。构思无论对老师还是学生来讲都不是一件轻而易举的事情，本实验中可以理解为选题——根据小组的兴趣自主设计具有某种性能的焊条。提倡同学大量查阅书籍和文献，在选题上鼓励创新，突破传统焊条牌号药皮配方的，给予1.2的权重系数加分。

2.2 设计阶段。本实验中设计包含两个方面，一是焊芯的选择，根据需要选定焊芯即可；二是焊条药皮的配方设计，设计主要集中在此。依然倡导学生大量查阅书籍和文献等相关资料，写出详细设计方案报告，包括化学成分、百分含量和设计依据等。

2.3 实施阶段。实施是将设计转化为最终产品的过程。首先，每组根据自己设计的药皮配方要求的比例量取各种材料，混在一起，并搅拌均匀，制成湿涂料；然后进入压涂工序，采用学院自制的焊条压涂机将湿涂料压涂在制备好的焊芯表面上；接下来将压涂好的湿焊条挂晒晾干；最后将晾干的焊条进行烘干，即可进行焊接。整个焊条的制备过程由小组成员共同合作完成。

2.4 运作阶段。运作阶段是整个生命周期的最后阶段，是对前3个阶段进行检验、分析和总结的阶段，对整个实验课的效果起到至关重要的作用，俗话说“编筐编篓贵在收口”，本实验整个运作阶段包含三方面的内容。

2.4.1 实施焊接。进行自制焊条工艺性能评定和堆焊焊缝的检验。焊条工艺性能评定包括焊接稳定性、焊接飞溅、产生烟尘、形成气孔、焊缝成型等情况。堆焊焊缝的检验包括金相分析、显微硬度检测、洛氏硬度检测和成分分析等。endprint

2.4.2 每组对实验结果和数据进行分析和总结，撰写实验报告。以1人为代表分组汇报，汇报结束后，老师和其他组成员进行提问，小组内成员均可回答问题，为了激励全员参与和小组之间的交流学习，其他小组成员向答辩小组成员提问题，有加分奖励措施。

2.4.3 考核和评估。对综合性实验我们采取的考核评估原则是过程与结果并重，老师评估和学生自评并行。因为这种以学生为主角的实验主要是锻炼和培养学生的学习兴趣、方法、能力及创新精神，改变以往只重视实验结果的观念。另外，评委老师会根据他们的报告及答辩情况给予评估，包括实验的整个生命周期、小组合作能力、交流表现等。小组自主进行的实验，老师了解的情况毕竟有限，小组成员之间很清楚每个组员的贡献大小，所以引入小组自评的考核办法。

3 CDIO理念应用综合设计性实验的意义

CDIO工程教育理念应用于综合设计性实验可谓大理念应用于小场景，但是产生了大效果，其意义分析总结包含以下几方面：

第一，在教学上实现“3个三位一体”：一是对学生培养形成基础知识、实践能力、综合能力培养三位一体；二是调动主讲教师、实验教师、学生积极性三位一体；三是教学硬件环境实现专业实验室、基础实验室、技能培训中心三位一体开放。

第二，CDIO这种以团队（小组）自主设计和创新实践环节的训练，极大地提高了学生自主学习能力、分析和解决问题能力、实践动手能力和创新能力，同时也极大地提高了团队成员之间以及团队与团队之间的协作、交流能力。

第三，对学生处理问题的思维模式的建立具有更为重要的意义，无论是面对近期学习上的创新项目、毕业设计或科研项目还是处理将来工作上的工程项目，运用CDIO工程教育理念的构思——设计——实现——运作四步走的全生命周期的构建模式，都会使自己思路清晰、有条不紊地解决繁杂的问题。

通过运用CDIO工程教育理念的综合设计性实验课程实现学生知识、能力和素质的一体化成长，达到培养能够领导现代工业产品、过程或系统开发的现代焊接工程师所需要具备的专业知识、能力和素质。

参考文献：

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编辑/宋 宇endprint