基于CDIO模式的机电一体化专业教学改革探索

张广宁

[摘 要] CDIO教学模式极其重视理论与实践紧密的结合，最大程度上对学生的实践操作能力进行提高，目的是培养有专业技能、社会意识、团队敏锐性的技师。这些都是学生在各种复杂技术环境中保持高效、创新和卓越所必需的。CDIO特别强调一体化的人才培养方案设计，做到专业能力与素质基础、理论与实践、课内与课外、教书与育人、学习能力与创新思维培养的有机结合。介绍了CDIO模式下的教学体系，对基于CDIO模式的实践教学体系具备的特色进行分析。结合CDIO模式的原则，阐述了运用CDIO教育模式在教学中的实施过程。实践证明，在对教授机电一体化课程进行一定程度的改革的时候把CDIO教育理念应用到其中，能增强学生解决问题的综合能力，并能有效激發他们的创造性，激励学生主动展开思考和进行团队协作。

[关 键 词] CDIO模式；机电一体化；实践；改革

[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）09-0056-02

随着经济的发展，我国教育事业也快速进步。其中，实践教学已经是非常重要的一部分，特别是其在增加理论联系实际、提高实际操作能力等方面都起着非常重要的作用。在机电一体化专业中，CDIO模式使用实践教学方式，不但可以使学生熟练地掌握课本内的知识，还可掌握工程实践操作能力，为学生将来的发展奠定基础。他们不仅熟练掌握技术基础知识，还能领导新产品和新系统的开发和运行，并始终坚持技术的研究与发展。

所谓CDIO模式是指在工程主要的设计任务的引导下，旨在提升学生的综合能力以及团队协作素养，激发课程的传授对象学习的积极性以及培养他们的动手能力，将理论知识和实践活动相融合的一种学习方式。其中“C”是指构思（conceive），“D”是指设计（Design），“I”是指实施（Implement），而“O”则是指运行（Operate）。和其他模式一样，这种新型模式同样注重学生基础知识的传授，在强调基础知识教育的同时，CDIO亦重视培养学生具备广泛的个人能力、人际沟通能力以及产品、过程及系统的构建能力，注重对学生创新能力的激发和锻炼以适应社会发展的潮流和未来主要的发展方向。CDIO的教学和运行理念是切实可行的，在技工院校的机电一体化教学改革中获得了良好的效果。

一、探索CDIO模式下的教学体系

为了塑造学生相关的工程技术能力，使其在学业完成后更好地和未来的职能生涯达到无缝衔接，我们有必要对工程课程进行改革，以锻炼和培训他们对具体项目的概念和构思、具体设计、项目开发以及真正实践的技能。灵活调整学校教学计划，时刻与企业对学生的技能要求保持一致。在编写教学大纲和相关教学文件资料时，以机电项目为载体，制定CDIO培养方案，确定以设计为导向的课程体系。机电一体化专业的一体化课程体系设计需要进行精心构思（C）、设计（D）、实施（I）和运行（O），将典型项目和专业课程相融合，将项目精心分布在课程体系中。

（一）课程实验

为了摆脱学生只是停留在枯燥的课本知识上而对实践活动一无所知这种传统教学活动所常有的教学困境，同时促使学生更高效地吸收理论课程上所学习到的知识，我们加入了实验、实习教学环节。与基础的验证性实验不同，这种实验、实习课程主要以培训学生的科研设计能力为主，使他们在进行实验的同时更为全面地考虑问题并积极构思与设想，从机械的各种零件和各种电力电子元器件，到其外表、结构、作用、应用、工装等都能有更为亲密的体验。此外，实验室还会展示一些实际工程中的最终成果，加强教学活动与社会上一些事企业单位、公司、工厂的有效结合，对企业目前实际应用的一些技术和过程进行分析与讲解，把企业单位的真实生产方式和学校平时实验、实习课程的教学活动进行有效结合。

（二）课程设计

在课程设计上需结合企业和工厂的需求，合理构建完整的课程体系。这个课程体系包含理论课程和实验课程两个主要环节。理论课程包括基础课、专业基础课和专业核心课。实践课程包括实验课、生产实习和毕业设计以及各项竞赛、课外社团科技活动等。实验课程以理论课程为基础。基础课程教授学生理论知识，铺垫工程实践基础知识，培养学生初步的素养。专业课程也需要开展理论教学，贴合项目中的某个具体环节，并通过实验、实习教学展示和演示给学生。这些项目需要哪些理论知识作为基础，教师就传授相应的理论知识。实验实习课程上，让学生亲自动手参与由工程实际提取出的典型任务，这不仅能激发学生兴趣，也更能贴近工程实际。

（三）根据生产过程分解出相应的实习环节

在实习过程中，既要训练实践能力，又要塑造学生相关的工程理念和意识。在制定实习大纲的时候，需要邀请社会上一些相关的企业单位一起商讨制定，通过融合这些企业目前的运营状况和对人才的具体要求进行针对性的实习训练。在学生进行实际实践活动学习的过程中，这些企业可以把企业内部能力较强且具有丰富实践经验的技术骨干挑选出来作为学生在整个实践活动学习过程中的指导老师，加强对他们技能方面的教导，使学生能够将在学校中学到的理论基础知识和实践活动相结合，并通过实习导师的指导，更为熟练地掌握这些基础知识和实践技能，参加工作后可以更快捷地参与到实际工作中。

二、基于CDIO模式下实践教学体系的特色

（一）建立以学生能力培养为首要任务的实践课程体系

在积累了一定理论知识的基础上，学生更为期待实践活动，渴望在实际中提升自己的技能。而平时的课程设计任务以及最终的毕业设计等，以及学校老师的教学活动和科研项目，及社会上事企业单位提供的实习活动，都将为学生的实际操作能力以及实践方式与理念的提升带来良好的帮助。

（二）营造创新活动的氛围

通过教学内容设计，将机电一体化相关的科研成果与学校的教学课程想融合，以机电一体化设备为载体从相关的多个角度进行综合应用和实践，从而转变学生的思维方式和学习态度，从要学生学变为学生主动积极地参与学习过程，终结过去“填鸭式”的教学模式，促使学生积极主动参与学习。再加上团队创作和研究为他们带来了无差别的接收教育的机会，完成对学生各方面能力和综合素质的提升。

（三）学生综合能力的提升

通过这些学习，学生的能力有了比较明显的提高。他们的交流沟通能力得到了提升，写作、口语、绘图、听说能力得到了进一步的强化，在工程实践中他们的责任感更强并开始理解职业道德，与人合作的意愿和合作性都得到了加强。在完成相应工程实践的任务后，他们的自信心进一步提升，这种自信增加了他们对复杂任务的适应性，并学会在实验、实习中自己寻求知识和解决问题的方法，并试着用工程推理解决一些没有学习过的问题，这个过程中学生的奇思妙想会一个个跳跃出来，成为一个个大胆的创新，学生的团队协作精神和团队意识也融入他们的习惯中，同时也培养了学生的发散思维。

（四）提高教师的工程实践能力

教师的工程实践经历对促进教学大有好处。在教师参与工程的过程中，教师个人的技术水平得到了提升，人际交往能力进一步加强，思维不断缜密，熟悉了现场的运作和管理，了解了最新的设备和技术，了解行业的相关规范和标准，并能对出现的问题加以解决。教师所具有的工程实践能力被带入课堂，并渗透到理论和实操教学中。教师根据学生的特点和教学实际情况设计相應的项目，这些项目能帮助学生建立构思、设计、实施、运行的工程能力。以这种现代工业产品从构思研发到运行乃至终结退出的全生命过程为载体培养学生。

三、实施过程

（一）基本理论教学环节

基于CDIO的培养理念，对机电一体化课程群的教学内容进行整合优化。基于CDIO的培养理念，机电一体化课程群的内容设计，避免了传统教学中课程内容重复的问题，学生从“电气控制技术”课程中获得电力电子技术和运动控制技术的基础知识，从机电一体化系统设计课程中获得机械、电子、信息、自动控制等多学科知识，从机器人技术及应用课程中获得机器人技术及应用的基本知识、基本理论和基本方法，并综合运用线性代数、自动控制原理、机电学、运动控制基础、电力拖动直流自动控制系统、现代控制理论、控制电机、自动检测技术、电气控制与PLC技术。这种模式使传授的知识更系统，让学生花最少的时间获得所建立的系统知识，同时相关的专业知识也能被学生一步步掌握。

（二）工程实践教学环节

在工程实际中，技师为改善人类生活而构建产品、过程和系统。为使学生更好地进入当代工程职业领域，必须具备一个技师的基本功能——应能够在现代的团队环境中去构思—设计—实现—运作复杂的且具有附加值的工程产品、过程和系统。另外，还期望他们成为具有独立思考能力的成熟的个体。要掌握一整套个人与职业方面的能力和品质，其核心内容就是实践能力。其次，学生必须掌握必要的技术知识和推理能力。为了能够在现代团队的环境中开展工作，必须培养学生的团队工作和人际沟通能力。为了能够创建并运行产品、过程和系统，学生需要在社会和企业环境中进行系统的构思、设计、实现及运作。通过增加丰富的实践项目并辅以工业实习，利用课堂、现代学习场所和实验室使计划更具有活泼、实践、团队的特色。更要及时与外界沟通，通过广泛评估与评价不断改进教学计划。

CDIO的培养理念充分考虑了现代工程产品和系统的复杂性，注重培养学生创新精神和工程实践能力，尤其是项目的构思、设计、实施和运行，具有明显的特色。技工院校教学改革一直朝着CDIO工程教学模式的方向快速发展。本文结合CDIO工程教学模式，对技工院校机电一体化专业学生在实践教学方法进行了深入的研究与分析，希望能对机电一体化专业实践教学的改革起到抛砖引玉的效果。

参考文献：

[1]康全礼，丁飞己.中国CDIO工程教育模式研究的回顾与反思[J].高等工程教育研究，2016（4）：40-46.

[2]张荣沂，付彦虹，王蕊，等.基于CDIO的机电一体化系统设计课程教学模式研究与实践[J].黑龙江工程学院学报，2015，29（4）：77-80.

[3]王仲文，段瑞珍，迟明善.CDIO培养模式下的机电一体化专业实践教学体系的改革与探索[J].山东工业技术，2015（6）：295-296.