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基于CDIO模式的机电一体化技术课程教学改革探讨

范文

王碧艳

[摘? ? ? ? ? ?要]? 首先对机电一体化技术课程的特点和现状以及CDIO教学模式改革能初步解决的关键问题进行分析，提出从理论教学内容、教学方法、实践教学内容和考核方式四个方面进行机电一体化技术课程教学模式改革思路，将CDIO工程理念应用于教学的各个环节中，增强学生的学习兴趣、解决问题的能力和创新思维能力。

[关? ? 键? ?词]? CDIO;机电一体化;教学改革

[中图分类号]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文献标志码]? A? ? ? ? ? ? ? [文章编号]? 2096-0603（2020）39-0164-02

机电一体化技术课程是机械类专业的一门综合性、应用性

很强的专业核心课程，是多种学科相互交叉、融合而形成的一门综合性技术学科。一方面，该课程教学内容涉及知识面广，内容涵盖机械基础、传感器检测技术、电机控制技术、液压气动技术、计算机控制等内容，具有理论性与实践性联系密切、工程实用性强的特点。基于此，需要将各部分知识进行融合，才能很好地应用于实践。另一方面，高职机电一体化专业的培养目标是面向制造生产一线，培养能从事机电设备的操作、维修、维护及技术支持等工作的德、智、体、美等全面发展的高素质技术技能型人才。

结合以上两点，面向高职机电一体化技术的教学要在学生掌握一定理论的前提下，能从工程实际出发更深刻地理解机电系统的组成以及各个模块的功能和模块之间的联接，这样才能更好地适应于以后的工作岗位，并能进行简单机电系统的设计。

而传统的教学方法只是对前置课程进行简单堆积，以讲授理论知识为主，实验设备较少，缺乏对学生进行实践性及综合性的训练，学生接触实践机会少，缺乏动手能力，更不能培养学生的创新意识。学生感到难以致用，导致学习兴趣逐渐丧失。

本文就如何将CDIO教学模式应用于高职机电一体化技术课程，来提高教学效果和教学的实际应用性做一些探讨。

一、通过CDIO教学模式改革能初步解决的关键问题

（一）学时相对较少

教学改革在高等教育中获得深入开展，为了减轻学生负担，机电一体化专业课程的教学课时被明显缩减。同时，为培养出企业需求的复合型人才，需要不断增加教学内容，教学内容多、课时少的矛盾就显得尤为突出。因此，在教学过程中如何用较短的时间尽可能地提高教学质量是需要解决的第一大难题。

（二）教学模式陈旧

在传统的教学模式中，教师一般只注重课程的理论教学，“板书+讲解”或“多媒体+黑板”等是上课采用的主要方式，久而久之，学生对学习缺乏热情，不愿意主动思考问题，失去对问题保持怀疑的精神，最终会出现培养出来的学生在理论学习和实践动手能力方面存在显著不足，学生的创新能力不能发展，严重影响对现代大学生动手能力、探索精神和创造能力的培养。

（三）理論与实践脱节，实践与工程脱节

在脱离工程现场情况下的理论教学和实践教学充满各种枯燥的原理框图和接线图等，以学生的想象力以及知识储备无法完全理解类似的教学内容，学生上课听不懂，导致学生学习兴趣和学习预期降低。

二、基于CDIO的机电一体化技术课程教学模式

CDIO教学模式是近年来国外工程教育改革的最新成果，是一种现代高等工程教育理念。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate），该教学模式是一种全新的工程教育理念和工程实施体系，为培养新一代的高端工程从业人员具有扎实的专业基本功，注重对学生工程基础理论及专业知识的培养，同时将教育过程放到工程的实际情境里，区别于常规的职业教学实践和理论教学。

机电一体化技术课程教学改革主要包括理论教学内容改革、教学方法改革、实践教学内容改革及考核方式改革四个方面。

（一）理论教学内容的改革

机电一体化技术课程的理论教学涉及的学科多、知识点分散，一部分知识点包含在前置课程教学中，如机械设计、电机控制和可编程控制器等;而另一部分知识点在前置教学中未涉及，如伺服控制、传感器以及信号传输与接口技术等。因此，在教学内容上避免简单重复选修课的已有知识，应从机电融合的角度出发，采用CDIO工程模式的逆向思维，把项目工程实例解剖成若干功能模块，在理解各个功能模块之间联系的前提下，进行各个模块相关理论的教学，强化对基础性知识点的讲解和传授。通过教学方法的改革，采用讨论式、案例式教学方法，使学生掌握课程的重点，把握课程的难点，深入理解课程的知识点。

1.CDIO逆向工程实例解剖

工程实例解剖是将具体工程实例根据各部分的功能分成控制模块、伺服驱动模块、机械模块、传感器检测模块等功能模块，掌握每个功能模块的功能和作用以及模块间的联系，这样可以使学生更深刻地理解完整的理论知识体系，为学生的实践学习奠定一定的理论基础，如图1所示。

2.基于CDIO模块间的联接

在以往的教学中往往用简单的线条示意图来表征不同模块之间的联系，这种抽象的表达方式很容易使学生走向一个误区，看似理解了课堂所学知识，但是又好像什么都没学到，这就造成学生对所学知识抱有怀疑态度，认为理论学习没有用，以至于缺少学习的动力与激情。那么，基于CDIO模式的模块间联系，从工程实例出发，模块之间是如何进行信息的转换与传输，如何通过各种接口技术来连接起来，解决了这些问题，才能使理论与实际形成无缝连接，更有利于学生后续系统设计和设备故障诊断与维护的学习。例如，数控机床伺服驱动系统和机械本体之间的联接包括电气和机械两部分，驱动器和电机之间的电气连接以及电机转轴与机械本体之间通过联轴器连接来传递动力。基于CDIO模式下，以凯恩帝KND1000型号为例详细说明连接方法，这样就把抽象的理论转换为形象的现实实物，更易学习与掌握。

（二）教学方法的改革

以工程实例驱动教学的方法，从一个具体的工程出发来构思、设计、实践和运作，逐步形成一个完整的机电一体化系统，根据工程的推进来安排教学内容和实践活动，使学生的学习更有目的性，更能激发学生的兴趣。重点介绍如何将任务驱动教学法、启发式教学法、基于仿真的教学法和多媒体教学法融入CDIO模式的构思、设计、实施和运作四个教学环节中，具体实施过程如图2所示。

（三）实践教学内容的改革

遵循深入浅出的原则，改革机电一体化技术课程实验内容，使其涵盖基本技能训练、综合实践能力训练及创新能力培养等几个不同层次的实验内容。把课程内容按照功能模块以及模块间的联结分成若干个基本技能，例如液位变送器、一体化温度变送器和压力变送器的使用等。在综合实践能力训练方面，以典型机电产品数控机床为例，将各个功能模块按照系统功能有机地组合成一个整体，在掌握各个模块作用的前提下，着重训练各个模块实际中的联结。例如，在数控机床中使用光栅传感器进行位移和速度的检测过程中，光栅尺将速度和位移信号反馈给伺服系统来准确进行控制，包含两部分内容：（1）光栅传感器和机床本体的机械联结部分;（2）伺服驱动器与数控系统和光栅传感器的电气电路联结部分，通过对凯恩帝数控实训装备的电气接线和对工作台拆装保证安装精度来充分掌握数控机床的速度和位移检测以达到理实结合的目的。在创新能力培养方面，鼓励学生积极参加各种专业技能大赛和创新创业大赛以及自主完成各种机电一体化系统专利设计，把这些作为学生课程拓展的目标，使其能够活学活用。在理论学习的基础上，设计一些从简单到复杂的各种层次和水平的机电一体化创新项目，让学生独立完成系统的设计、安装和调试。

（四）考核方式的改革

探寻能够锻炼学生的书面表达能力，提高学生独立动脑能力及实际动手能力，激发学生创新动力，提高学生针对实际工程项目问题的分析能力、解决工程问题的能力的考核方案。改变考核方式，将学生课堂表现、实验实训、参与创新大赛按照一定比例纳入学生成绩评估中，采用形成性考核方式：课程考核成绩=理论考试成绩（30%）+课堂表現成绩（20%）+实操训练成绩（30%）+课题项目成绩（10%）+创新创业大赛成绩（10%）。理论考试按照考试大纲要求实施闭卷考试，120分钟。

课堂表现是以学生在课堂教学过程中学习态度、学习效果

和学习兴趣方面等的综合考察成绩作为课程考核成绩的一部分，能让教师更全面地掌握学生的学习动态。

实操训练是在现有的机电一体化数控教学实验设备上进行设备安装、故障调试等内容，考查学生实操技术的熟练程度。

课题项目主要是结合自身兴趣在可选的机电创新项目中选择自己感兴趣的题目，利用所学知识提出设计方案，进行系统方案设计、各功能模块设计、模块间接口设计、机械本体的设计和系统组装等。考查学生分析问题、解决实际问题的能力。

该考核方法能够客观真实地评价学生对该门课程的学习情况和知识的掌握情况，全面地反映学生应用该课程知识解决实际问题的能力。克服了单纯依靠理论考试反映学生成绩的片面性，避免出现高分低能的情况，让更多的学生发挥出个人的潜能。

三、总结

“中国制造2025”是新形势下中国经济升级发展的方向，靠改革创新，实施创新驱动战略，着力提升核心竞争力和品牌塑造能力，这就对机电一体化专业学生提出更高的创新能力要求。基于CDIO模式下的机电一体化技术课程教学改革能从根本上使学生摆脱理论知识和实践能力的脱节，激发学生的学习兴趣并提高学习效果，更有利于将学生的创新思维与所学无缝连接，高效实现产品创新。

参考文献：

[1]姜永成，华秀萍.基于CDIO的机电一体化系统设计课程教学改革[J].经济学科建设，2015（8）：242-245.

[2]董爱梅.基于CDIO的机电一体化课程教学改革与实践[J].中外教育研究，2012（12）：63-64.

◎编辑赵瑞峰

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