基于CDIO教育模式的激光加工教學的實踐探索

張國斌 劉春城 張衛(wèi)東 王立志 楊軍 王殿寬 趙勇 劉迪

摘要：針對目前我國工科畢業(yè)生實踐能力和創(chuàng)新能力明顯不足這一現(xiàn)狀，文章通過激光加工工訓教學的改革和成效，從一個側(cè)面佐證了實踐教學對工程教育和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要性，提出實施CDIO工程教育模式、改革實踐教學方式方法是培養(yǎng)學生具有扎實的專業(yè)知識、較強的實踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑，是工程教育專業(yè)認證的需要，也是經(jīng)濟社會發(fā)展及參與國際交流的需要，更是實現(xiàn)工程學位國際互認和工程師資格國際互認的需要。

關(guān)鍵詞：CDIO;工程教育;激光加工;實踐能力

中圖分類號：G642.45? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）10-0166-02

工程教育是我國高等教育的重要組成部分。當今的中國已成為工程教育大國，工程訓練中心在我國高校得到快速發(fā)展[1]。截至2017年，全國共有普通高等學校2631所，各類高等教育在學總規(guī)模達到3779萬人，工科學生占普通高等教育在校生總數(shù)的比例超過30%。清華大學校長邱勇教授2018年在第一屆國際工程教育論壇上指出：工程是人類探索世界的偉大實踐，工程推動社會進步;工程教育承擔著培養(yǎng)工程人才的使命，工程教育決定人類未來。隨著世界各國經(jīng)濟聯(lián)系日益密切，經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日益加速。開展工程教育，就是培養(yǎng)學生具有扎實的專業(yè)知識、較強的實踐能力和創(chuàng)新能力[2，3]，適應全球化發(fā)展需求，實現(xiàn)工程學位國際互認和工程師資格國際互認。實踐是工程專業(yè)的根本，實踐教學是高等工程專業(yè)教育的重要環(huán)節(jié)，它是提高學生實踐能力和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要途徑。加強學生實踐動手能力、創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)已成為目前廣大高校教育工作者的共識。本文通過激光加工工訓教學的改革和成效，從一個側(cè)面佐證了實踐教學對工程教育和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要性。

一、 CDIO工程教育模式

CDIO（conceive-design-implement-operate）是由以美國麻省理工學院為首的幾所工程技術(shù)大學聯(lián)合提出的一種現(xiàn)代工程教學理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織，目前已成為世界范圍知名度最高的工程教育國際認證機構(gòu)。CDIO是一種以工程項目設(shè)計為導向、工程能力培養(yǎng)為目標的工程教育模式，是近年來國際工程教育改革的最新成果，其核心內(nèi)容是經(jīng)過各成員組織認證的工程專業(yè)培養(yǎng)方案具有實質(zhì)等效性，即任何成員在認證工程專業(yè)培養(yǎng)方案時所采用的標準、政策、過程以及結(jié)果都得到其他所有成員的認可。CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標準。實施CDIO工程教育模式，并通過其專業(yè)認證，將極大促進我國高等工程教育質(zhì)量的提高，加強高等工程教育與工業(yè)界的聯(lián)系，為我國與各成員國之間的平等交流、加入其他國際性互認協(xié)議提供平臺，有利于提升我國高等工程教育的國際競爭力。目前在CDIO模式下，我國高等院校已開展了多層次、多形式的工程教育改革，并取得了一定的成效。

二、工科大學生實踐能力的現(xiàn)狀

目前，我國的高等教育規(guī)模居世界第一。根據(jù)教育部發(fā)布的《2018年全國教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，全國各類高等教育在學總規(guī)模達到3833萬人，高等教育毛入學率達到48.1%。但我們培養(yǎng)出的畢業(yè)生和社會需求并不能完全匹配，普遍存在實踐動手能力和創(chuàng)新能力不足的狀況。世界經(jīng)濟論壇從1979年開始就對每個國家的競爭力進行評判，是目前國際上從事競爭力評價最著名的機構(gòu)之一，它通過對一個國家進行綜合因素考評，推出一年一度的《全球競爭力報告》，我國全球競爭力排名始終在30名左右，這和我國大國地位實不相稱;《2012—2013年度全球競爭力報告》還顯示，美國81%的工程專業(yè)畢業(yè)生可以立刻勝任工作，中國則只有10%。這說明我們的人才培養(yǎng)質(zhì)量等指標與世界水平相差甚遠，教育模式存在薄弱環(huán)節(jié)，表現(xiàn)在畢業(yè)生實踐能力不足尤為突出。要解決上述問題，必須切實構(gòu)建工程教育質(zhì)量保障體系，推進產(chǎn)學研結(jié)合，加強實踐教學環(huán)節(jié)，提高大學生的素質(zhì)能力。

三、激光加工工訓教學的實踐探索

1.激光加工技術(shù)與工訓教學狀況。激光加工技術(shù)是一項集光、機電、材料及檢測于一體的先進技術(shù)，是20世紀最重要的發(fā)明之一。激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料，常用加工方法有激光切割、激光雕刻、激光焊接、激光打標等。為了使學生開拓視野，了解新技術(shù)，許多高校近幾年都購置了激光加工設(shè)備，應用到工程訓練課程中的大多數(shù)實際操作項目就是平面雕刻和打標。2012年我校投資200多萬購置了6臺激光加工設(shè)備用于工訓教學，其中有三臺雕刻機、一臺金屬切割機、一臺非金屬切割機、一臺內(nèi)雕機。教學中，在指導教師指導下，學生可以直接操作三臺激光雕刻機進行加工，其他設(shè)備由于操作復雜、危險性高、圖形處理時間長等因素只由指導教師進行講解和操作演示。學生加工的雕刻件，樣式由學生自己設(shè)計或從電腦圖庫中選取，經(jīng)過圖像處理后，操作設(shè)備就能直接加工出來，如圖1所示。經(jīng)過幾個學期運轉(zhuǎn)，我們發(fā)現(xiàn)學生加工的雕刻件，學生自己設(shè)計的少，電腦下載的多;圖形復雜的少，圖形簡單得多;而且由于雕刻機操作相對簡單，學生學習的興趣也不高，從而達不到培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的目的。

2.激光加工工訓教學的改革及成效。針對學生學習的興趣不高和動手少的狀況，我們教學指導組經(jīng)過研究和試做，決定從2016年開始，激光加工教學由平面雕刻件改為拼裝立體組合體，教學時間由4學時（一次課）改為8學時（兩次課），學生的操作成績根據(jù)組合體復雜度和完成度評定，同時我們給出2個立體組合體，作為學生設(shè)計制作的參照，如圖2所示。第一次課主要是指導教師講解和操作演示，學生練習操作及進行雕刻和切割，剩余時間做立體組合體設(shè)計;課上沒完成設(shè)計的，課后完成。第二次課主要是按設(shè)計圖切割制作組合體零件，并完成拼裝立體組合體。

拼裝立體組合體涉及平面圖形設(shè)計、立體構(gòu)思、尺寸計算、裝配組合等方方面面。通過這一改革，學生興趣盎然，學習熱情高漲，智力潛能迸發(fā)出來了，課后設(shè)計完成率基本100%，而且新設(shè)計新作品不斷涌現(xiàn)，如圖3所示。幾年來，學生通過自己設(shè)計和制作作品，切實提高了實踐能力和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語

通過激光加工工訓教學的改革并取得成效，充分說明學生學習積極性是可以調(diào)動的、智力潛能是可以開發(fā)的、實踐能力和創(chuàng)新能力是能夠提高的，只要我們不忘初心，切實改革實踐教學方式方法，就能盡快改變工科畢業(yè)生實踐能力和創(chuàng)新能力不足這一沉疴痼疾。我校工程訓練中心開展CDIO工程教育模式以來，學生實踐能力和創(chuàng)新能力不斷提高，在近幾年我校材料成型與控制工程、機械工程、冶金工程等專業(yè)進行的專業(yè)認證評估中，工程訓練課程得到專家們的首肯。

參考文獻：

[1]王秀梅，胡蝶，房靜，等.工程訓練中心利用多學科綜合優(yōu)勢開展創(chuàng)新教育的探索實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（2）：6-9.

[2]彩虹，毛立民，孫志宏.加強學生綜合實踐能力培養(yǎng)改革機械專業(yè)實驗教學[J].東華大學學報（社會科學版），2010，10（3）：246-248.

[3]劉福德，何玉輝.機械工程專業(yè)課程的層次化與模塊化實驗教學體系改革探索與實踐[J].長沙鐵道學院學報（社會科學版），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