基于CDIO 模式的機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目構(gòu)建*

◆蘇東海 單光坤

作者：蘇東海，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)高等教育發(fā)展研究中心；單光坤，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院（110870）。

在即將邁出大學(xué)校門之際，部分學(xué)生心里存在一種焦慮：畢業(yè)是否就意味著失業(yè)？形成這種現(xiàn)象的原因有學(xué)生個(gè)人方面的原因和社會(huì)方面的原因，筆者認(rèn)為主要包括：1）社會(huì)主義核心價(jià)值觀還沒(méi)有真正樹(shù)立起來(lái)，缺乏明確的社會(huì)責(zé)任感；2）心理脆弱，攀比心強(qiáng)；3）實(shí)踐能力差，缺少職業(yè)經(jīng)歷、就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；4）知識(shí)掌握不扎實(shí)，缺乏團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

以上因素造成畢業(yè)生的能力素質(zhì)與用人單位的要求存在較大差距，加大了畢業(yè)生就業(yè)的難度[1]。針對(duì)存在的問(wèn)題，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院積極開(kāi)展卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施工作，目標(biāo)是培養(yǎng)能夠解決工程實(shí)際問(wèn)題、創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的具有國(guó)際視野的高質(zhì)量應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

1 教學(xué)體系中CDIO 教學(xué)模式的有機(jī)融入

現(xiàn)有的機(jī)自專業(yè)課程設(shè)置中每門專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課都配有相應(yīng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，但缺少綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)金工實(shí)習(xí)、認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)及生產(chǎn)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，雖然能從企業(yè)的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)環(huán)境中了解理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用，可是仍然無(wú)法親身體驗(yàn)整個(gè)工程項(xiàng)目是怎樣設(shè)計(jì)、搭建及生產(chǎn)運(yùn)行的。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，認(rèn)真學(xué)習(xí)和理解美國(guó)和瑞典的四所高校創(chuàng)立的CDIO（Conceive，構(gòu)思；Design，設(shè)計(jì)；Implement，實(shí)現(xiàn)；Operate，運(yùn)作）工程教育理念。CDIO強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐教學(xué)的重要性，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)踐的能力，以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能和道德，以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流[2-3]。這正是解決面臨的教學(xué)問(wèn)題的金鑰匙。

將CDIO 工程教育理念應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，立足本校的培養(yǎng)目標(biāo)，整合機(jī)電方向多門核心專業(yè)課程知識(shí)，為機(jī)自專業(yè)大學(xué)三、四年級(jí)的學(xué)生增設(shè)機(jī)電傳動(dòng)與控制大型集中項(xiàng)目訓(xùn)練課程。該課程立足于機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣壓傳動(dòng)、機(jī)電傳動(dòng)與控制技術(shù)及測(cè)試技術(shù)等多門課程的理論知識(shí)，以工程設(shè)計(jì)任務(wù)的方式下達(dá)給學(xué)生，要求學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中主動(dòng)尋求解決問(wèn)題的知識(shí)和方法，以實(shí)際工程設(shè)計(jì)方案的形式完成課題，并在實(shí)訓(xùn)工作室的成組設(shè)備上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案。

2 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施策略

實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的工程基礎(chǔ) 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)與亞德克（中國(guó)）有限公司聯(lián)合建立了“卓越工程師”聯(lián)合培養(yǎng)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目就是基于該實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地的模塊式柔性自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)展開(kāi)的。基本系統(tǒng)由六個(gè)站組成，每站各有一套PLC 控制系統(tǒng)獨(dú)立控制，在基本單元模塊實(shí)訓(xùn)完成以后，又可以將相鄰的兩站、三站直至六站連在一起，學(xué)習(xí)復(fù)雜系統(tǒng)的控制、編程、裝配和調(diào)試技術(shù)。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中要綜合運(yùn)用現(xiàn)代實(shí)際生產(chǎn)中較流行的、較先進(jìn)的各種很實(shí)用的技術(shù)知識(shí)點(diǎn)，其中包括PLC 控制編程技術(shù)、電氣控制技術(shù)、氣動(dòng)應(yīng)用技術(shù)、傳感器技術(shù)、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)等知識(shí)，充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新思維，采用模塊化的設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展改造。

實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)施途徑 學(xué)生在認(rèn)真閱讀實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的基礎(chǔ)上，掌握實(shí)訓(xùn)工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)單元和電器單元的組成。根據(jù)設(shè)備自擬訓(xùn)練任務(wù)或者由教師下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生為完成設(shè)計(jì)任務(wù)需要做以下工作：

1）啟動(dòng)并觀察裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，繪制出裝置的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、氣動(dòng)控制原理圖、系統(tǒng)的機(jī)械裝配圖；

2）根據(jù)裝置的實(shí)際電器接線情況，繪制出電氣控制原理圖及I/O 分配表；

3）列出工作臺(tái)上所有電器元件、氣動(dòng)元件的明細(xì)表，注明型號(hào)等信息；

4）讀出PLC 的控制程序，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程，熟練掌握電器元件、氣動(dòng)元件及機(jī)械機(jī)構(gòu)的工作原理，熟練掌握運(yùn)動(dòng)控制程序；

表1

5）根據(jù)訓(xùn)練任務(wù)搭建電氣控制系統(tǒng)，編制裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程控制程序。

6）在自動(dòng)生產(chǎn)線上調(diào)試控制程序，完成設(shè)計(jì)任務(wù)要求的設(shè)備運(yùn)動(dòng)。

實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的管理

1）每五名學(xué)生組成一個(gè)實(shí)訓(xùn)小組，實(shí)行組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，由各小組組長(zhǎng)協(xié)助指導(dǎo)教師共同完成實(shí)訓(xùn)設(shè)備的使用調(diào)度工作；

2）實(shí)訓(xùn)時(shí)間為期一周，進(jìn)程安排如表1 所示。

3 本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的特色

以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的綜合能力培養(yǎng)理念 課程體系中與課程對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)只是對(duì)一門課程知識(shí)點(diǎn)的驗(yàn)證及總結(jié)，而本項(xiàng)目是借鑒國(guó)外CDIO 培養(yǎng)模式，將機(jī)電方向所涵蓋的多門專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的知識(shí)點(diǎn)融于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)之中，這樣培養(yǎng)出來(lái)的人才才能做到與企業(yè)工作崗位的零距離銜接。

培養(yǎng)學(xué)生基于項(xiàng)目、問(wèn)題的主動(dòng)學(xué)習(xí)方法 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目成為專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課學(xué)習(xí)的主線。由于實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的任務(wù)下達(dá)時(shí)間是在學(xué)校教學(xué)的第六學(xué)期，學(xué)生將圍繞工程設(shè)計(jì)任務(wù)主動(dòng)地在第六、七學(xué)期開(kāi)設(shè)的各門課程中搜尋專業(yè)知識(shí)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，這也正是CDIO 培養(yǎng)模式所提倡的[4]。

工程項(xiàng)目驗(yàn)收的考核方式 課程考核以工程項(xiàng)目驗(yàn)收的形式，根據(jù)學(xué)生講解設(shè)計(jì)思路、設(shè)備運(yùn)行演示、現(xiàn)場(chǎng)答辯及設(shè)計(jì)項(xiàng)目報(bào)告等環(huán)節(jié)，由多名指導(dǎo)教師給出最終成績(jī)。評(píng)選出考核成績(jī)高的小組為全體學(xué)生演示設(shè)計(jì)的成果，促進(jìn)全體學(xué)生共同進(jìn)步。

注重學(xué)生綜合素質(zhì)提升 實(shí)訓(xùn)課中每組學(xué)生都承擔(dān)了工程性極強(qiáng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，目的是突出培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、自學(xué)能力、綜合能力、交流溝通與表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作精神和對(duì)大系統(tǒng)的適應(yīng)與調(diào)控能力，只有友好合作、不怕挫折的團(tuán)隊(duì)才能交上滿意的答卷。

4 結(jié)論

通過(guò)完成生產(chǎn)過(guò)程控制任務(wù)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行貼近生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工程實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生很好地掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程和方法，培養(yǎng)了工程設(shè)計(jì)能力，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的方向性和主動(dòng)性，提高了參與研制開(kāi)發(fā)高技術(shù)附加值產(chǎn)品的能力和從事工程技術(shù)或協(xié)調(diào)管理的技能。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，指導(dǎo)教師充當(dāng)知識(shí)的引領(lǐng)者、項(xiàng)目進(jìn)行的督查者、實(shí)訓(xùn)生產(chǎn)線的管理者，實(shí)現(xiàn)了引導(dǎo)式實(shí)踐教學(xué)。筆者希望教改經(jīng)驗(yàn)對(duì)其他工程院校的機(jī)械類專業(yè)以及其他工程類專業(yè)的人才培養(yǎng)起到有價(jià)值的借鑒作用。

[1]馬德全,王立民.當(dāng)前大學(xué)生存在的主要問(wèn)題、成因及對(duì)策[J].內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào),2008,14(5):117-118.

[2]齊建家,劉桂波,何文廣,等.基于CDIO 模式的機(jī)床電氣控制與PLC 課程項(xiàng)目化教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息,2012(10):231-232.

[3]王仲文,段瑞珍.基于CDIO 模式的機(jī)電一體化專業(yè)教學(xué)改革初探[J].價(jià)值工程,2013(15):238-239.

[4]王偉,王殿君,申愛(ài)明,等.基于CDIO 人才培養(yǎng)模式的機(jī)械電子工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系的改革與探索[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,33(2):136-138.