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CDIO在軋鋼機械設(shè)計課程改革中的應(yīng)用
CDIO在軋鋼機械設(shè)計課程改革中的應(yīng)用于鳳琴 黃華貴 左大為 陳雷
�。ㄑ嗌酱髮W國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心，河北秦皇島066004）
[摘要] 將CDIO的工程理念應(yīng)用在軋鋼機械設(shè)計課程中，把課程內(nèi)容細化為多個重點教學模塊，使其與實驗、項目有機的結(jié)合起來，加強課程之間的聯(lián)系。通過項目的實施，提高學生的設(shè)計能力和綜合素質(zhì)。經(jīng)過教學和實踐環(huán)節(jié)的檢驗，該教學模式的改革取得了較好的教學效果。
[關(guān)鍵詞] 軋鋼機械設(shè)計；CDIO;教學改革
[中圖分類號]G642.O
[文獻標識碼] A
[文章編號] 1005-4634 （2012） 06-0067-04
0 引言
CDIO （concelve -構(gòu)思，design -設(shè)計，im—plement -實施，operate -操作）是由MIT和瑞典幾所大學在Wallenberg基金資助下，經(jīng)過幾年研究于2004年創(chuàng)立。這個教育模式的載體是以產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、實施、探索、運行全生命周期為背景的教育理念，以CDIO教學大綱和標準為基礎(chǔ)，讓學生以主動的、實踐的、課程之間具有有機聯(lián)系的方式學習和獲取工程能力，包括個人的科學和技術(shù)認識、終身學習能力、交流和團隊工作能力Ⅲ。
CDIO工程教育理念是充分利用大學學科齊全、學習資源豐富的條件，以盡可能接近工程實際，涉及技術(shù)、經(jīng)濟、企業(yè)和社會的團隊綜合設(shè)計項目為主要載體，結(jié)合專業(yè)核心課程的教學，使學生得到全面的訓練和提高。
我國的工程教育理念起源于前蘇聯(lián)的專業(yè)定向模式，該模式采用適應(yīng)計劃經(jīng)濟要求的定向培養(yǎng)，使得學生在學習過程中缺少主動性和創(chuàng)造性，學生在團隊精神、交流能力和多學科、系統(tǒng)掌控能力等方面得不到鍛煉。
《軋鋼機械設(shè)計》是軋鋼專業(yè)本科生的重要專業(yè)課之一，著重培養(yǎng)學生分析和解決軋鋼主要設(shè)備和輔助設(shè)備工程問題的能力，有助于學生對基本知識、基本理論和基本技能的訓練，使學生牢固掌握軋鋼機械設(shè)計的基本內(nèi)容和基本方法，為解決工程技術(shù)問題打下堅實的基礎(chǔ)。本課程的目標是通過本課程的學習，能夠掌握軋鋼機械的組成以及工作原理、主要軋鋼設(shè)備的結(jié)構(gòu)類型，掌握主要設(shè)備的參數(shù)選擇方法以及強度和變形校核等方法。
軋鋼專業(yè)是燕山大學的傳統(tǒng)專業(yè)，本專業(yè)具有悠久的歷史，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，為適應(yīng)科技發(fā)展、市場變化和學分制改革等宏觀環(huán)境的變化，軋鋼專業(yè)的課程體系也在不斷進行改革。(職教論文 adivasplayground.com)將CDIO模式應(yīng)用到軋鋼機械設(shè)計的教學中，細化教學模塊，把教學模塊分為多個項目，通過項目的實施進一步提高學生軋鋼機械的設(shè)計能力和工程實踐能力。
1 基于CDIO模式的教學改革
1.1理論教學的改革
本課程的傳統(tǒng)的教學模式是教師從頭講到尾，是灌輸式教學模式，反復強調(diào)重點章節(jié)和內(nèi)容，造成學生強烈的依賴心理，失去了對課程的好奇心和學習的主動性，也沒有對本課程產(chǎn)生濃厚的學習興趣，對課程知識的掌握達不到理想的效果，特別是課程的目的性不明確，重點難點不清楚。
針對上述問題，首先在課堂教學環(huán)節(jié)中，要按照教學大綱和教學日歷精心安排教學內(nèi)容。教案首頁應(yīng)體現(xiàn)每章節(jié)的重點和難點、主要授課內(nèi)容、授課達到的教學目的以及對學生的理論和實踐的要求，末頁制定合理的課后復習題及隨堂作業(yè)、課后作業(yè)，對學生的作業(yè)進行啟發(fā)，給出解題思路及解題步驟，對每章節(jié)進行總結(jié)。
其次，經(jīng)過對本課程內(nèi)容的仔細研究，精心規(guī)劃課程內(nèi)容，把重點內(nèi)容分為若干模塊，每個模塊設(shè)有1——2個項目。在教學過程中，將課堂教學、查閱資料、做項目和寫匯報、完成項目相結(jié)合，將理論教學、實驗、項目配套進行，以學生自學后完成項目為目標，提高學生的學習主動性，增強理論與實踐間的聯(lián)系，使學生熟悉和掌握知識重點。
1.2將實驗、項目安排到教學過程中
將實驗、項目穿插到教學中，教學、實驗和項目聯(lián)系起來，使學生有針對性的獲取知識重點。學生利用課余時間查資料、做實驗和項目、寫實驗及項目報告，提高學生的團隊精神、相互合作能力。
將實驗、項目與理論教學同時進行，在進行理論課教學時，同時下達實驗、項目的任務(wù)書，給出對實驗和項目的要求，使學生在拿到任務(wù)書的時候就開始進入角色，有重點和針對性的獲取理論知識。同時，讓學生利用課余時間查閱資料，了解相關(guān)的內(nèi)容，增強學生的學習興趣和主動性。因為學生在接觸本課程時，就知道本課程的知識結(jié)構(gòu)、重點內(nèi)容，通過這門課的學習，他們知道能夠?qū)W會什么、做什么、課程之間的聯(lián)系是什么，希望項目成功的欲望會推動他們努力學習理論課。在理論授課期間，教師應(yīng)多次提示學生項目的重點、考慮的核心內(nèi)容、項目的思路等，及時與學生溝通，使項目順利進行，避免學生的盲目性。
1.3重視項目題目，強調(diào)課程之間的聯(lián)系
為了提高學生的學習興趣，不論是各章節(jié)的練習題還是項目的題目都應(yīng)該選擇有較強實際意義的題目，注意題目的難易程度合理搭配。各章節(jié)的練習題是為了讓學生掌握本章節(jié)的知識重點和難點，要求學生獨立完成。而項目是提高學生的綜合能力，因此項目的題目更貼近實踐，能夠運用本課程的重點知識解決實際問題。另外，學生在做項目的過程中，把其他課程中學過的知識運用到項目中來，解決項目中的遇到的問題，這樣使得課程之間的聯(lián)系更加密切，能夠真正實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合，使學生認識到課程的應(yīng)用價值。項目采用分組形式，一組一個題目，一般4——5人一組，提高學生團隊合作能力，增強團隊精神和創(chuàng)新思考能力。
2 三級項目的授課體系
本課程是軋鋼機械專業(yè)的必修課，主要講述軋鋼設(shè)備（主要設(shè)備和輔助設(shè)備）的類型、結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇、結(jié)構(gòu)特點、工作原理、受力分析、重要零件強度剛度的計算、力能參數(shù)的確定以及有關(guān)軋鋼機械設(shè)計的新理論、新方法。
根據(jù)CDIO的理念，結(jié)合“做中學”的指導思想和軋鋼專業(yè)自身特點，按“多個課程的‘三級項目’向綜合性的‘二級項目’延伸，二級項目為‘一級項目’服務(wù)”的指導思想進行項目式課程體系構(gòu)建，其構(gòu)成圖如圖1所示。
在課程設(shè)置中體現(xiàn)CDIO的理念，把相關(guān)的課程如彈性理論及工程應(yīng)用、Matlab及工程應(yīng)用、軋鋼機械設(shè)計、三維設(shè)計技術(shù)、數(shù)值模擬等按照三級項目的要求設(shè)計相應(yīng)的題目，使學生對相應(yīng)的課程有深入的理解和應(yīng)用。然后把上述多個課程的三級項目延伸到二級項目，作軋鋼機械設(shè)計的課程設(shè)計，重點強調(diào)課程之間的聯(lián)系，綜合運用上述課程的知識點，如三維設(shè)計技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)等設(shè)計一套數(shù)字的軋鋼機主機或者輔助設(shè)備，對主要零部件進行強度或者變形校核。二級項目的鍛煉為一級項目即畢業(yè)設(shè)計服務(wù)，學生在三級項目及二級項目中對工程設(shè)計流程、計算過程、校核方法等加以理解以及熟悉，在畢業(yè)設(shè)計中學生就能很快進入角色，開始畢業(yè)設(shè)計工作，縮短對畢業(yè)設(shè)計的熟悉過程，真正采用工程設(shè)計方法進行設(shè)計，為畢業(yè)后進入企業(yè)奠定基礎(chǔ)。
3項目實施
項目實施的目的是鼓勵學生進行主動學習，提高相關(guān)課程知識點的綜合運用能力，培養(yǎng)學生開展研討活動、對工程設(shè)計系統(tǒng)構(gòu)建、模型建立、模型分析、結(jié)論誤差分析等技能。在項目實施過程中，教師起指導作用，通過課后輔導，從項目的設(shè)計流程、方案確定等方面啟發(fā)學生。
以本課程中的輥系結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，說明項目實施的階段。
1）明確項目任務(wù)，構(gòu)思方案。輥系結(jié)構(gòu)設(shè)計的項目任務(wù)是要求學生利用本課程的知識對四輥軋機的輥系即工作輥和支承輥的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行選擇，計算軋制道次、壓下量、軋制力等工藝參數(shù)，對軋輥結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，利用三維技術(shù)繪制實體零件、裝配圖，利用數(shù)值模擬技術(shù)校核軋輥強度及變形，撰寫項目說明書以及PPT匯報。
學生根據(jù)上述項目任務(wù)的要求，共同協(xié)作查閱相關(guān)的資料，討論并制定輥系結(jié)構(gòu)計算方法、校核的步驟、結(jié)構(gòu)設(shè)計流程等。教師對學生提出的計算方法、校核方法、結(jié)構(gòu)設(shè)計流程進行審核，并提出參考建議，讓學生修改并完善輥系結(jié)構(gòu)設(shè)計過程。方案確定后，學生小組人員進行任務(wù)分工，分為輥系計算、校核、結(jié)構(gòu)設(shè)計、寫說明書和PPT匯報等，確定合理的項目進度，最后，利用PPT匯報項目實施的過程、解決問題的方法、計算數(shù)據(jù)誤差的分析等，教師對項目進行總結(jié)并評價。
2）學科體系知識的綜合應(yīng)用。項目的實施過程中，要求學生把項目中涉及到的相關(guān)的知識如彈性理論及工程應(yīng)用、數(shù)值模擬技術(shù)、Matlab及工程應(yīng)用、三維設(shè)計技術(shù)等進行融合、強化、提高，教師對學生進行引導，要求學生有選擇性的自主學習，要求學生利用互聯(lián)網(wǎng)平臺，收集相應(yīng)的知識要點以及技術(shù)資料，豐富課本的知識點，了解相關(guān)的技術(shù)發(fā)展動態(tài)，使學生能夠站在知識的前沿。
3）項目的實施。項目的實施主要是完成項目任務(wù)書的要求，完成輥系參數(shù)選擇、工藝參數(shù)計算、校核計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等，對輥系的校核是建立數(shù)學模型進行數(shù)值模擬計算，利用三維技術(shù)設(shè)計輥系實體虛擬零件及裝配圖。由于小組成員各自分工不同，要求學生要經(jīng)常溝通，不要各自盲目工作。碰到疑難問題，教師引導學生在工作中尋找解決問題的方法，從不同角度看問題，不斷再學習。教師對學生的指導可以采用舉辦講座或者經(jīng)驗交流會等方式，拓寬學生的思路，使學生之間最大程度的相互學習，從別人的經(jīng)驗中汲取教訓，少走彎路。
4）項目評價。項目完成后，項目小組提供規(guī)范的設(shè)計圖紙（包括零件、裝配圖、工程圖）、參數(shù)選擇方法、計算過程、校核過程、結(jié)構(gòu)設(shè)計過程，小組給出一份項目說明書，制作PPT匯報稿。由小組成員對本組工作結(jié)果利用PPT進行匯報、總結(jié)、分析等，由教師或者其他小組同學進行提問，評價項目中出現(xiàn)的問題，對其進行總結(jié)。教師根據(jù)項目的實施情況和說明書質(zhì)量、PPT匯報邏輯及準確性、學生的自評等三部分給出項目的成績，上述各部分所占比例為：項目總成績占本課程結(jié)課成績中的20%，其中項目的實施情況和說明書質(zhì)量占5%、PPT匯報邏輯及準確性占10%、學生的自評占5%。
4管理模式
CDIO模式下的授課模式需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)課程質(zhì)量的管理方法，由過去的知識本位的課程質(zhì)量觀念轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰楸疚坏恼n程質(zhì)量觀念，如圖2所示。即由過去的以知識灌輸為主的授課管理模式轉(zhuǎn)變到CDIO以能力為目標的授課模式。
以能力本位課程質(zhì)量觀念作為新型課程質(zhì)量管理，需要轉(zhuǎn)變概念：第一，將CDIO的核心靈活的貫穿在教學活動中；第二，要讓學生在教學活動中深入了解CDIO的基本理念、核心內(nèi)容，并把課程管理質(zhì)量的模式傳遞給學生；第三，在教學活動中，不斷改善和完善這種新型課程質(zhì)量觀念。
課程質(zhì)量管理的模式應(yīng)該以激發(fā)教師授課的積極性和創(chuàng)造性為目的，對學生的學習興趣和主動性逐漸引導。在原有的課程管理質(zhì)量模式基礎(chǔ)上，基于CDIO的理念，對課程質(zhì)量管理的模式進行了改革，新的課程質(zhì)量管理體系包括督導體系、監(jiān)督體系、激勵體系、反饋體系（如圖3所示）。
在督導體系中，學校和學院兩級督導團對教學過程進行監(jiān)督，實行實時聽課制度，把出現(xiàn)的教學問題及時反饋到教師及上一級部門。在監(jiān)督體系中，系里的領(lǐng)導、輔導員以及同行進行教學聽課，學生聯(lián)系小組等形成教學監(jiān)督體制。在反饋系統(tǒng)中，通過督導團、學生課堂教學評估、聽課反饋等，促使教學方法和教學效果不斷提高并達到很好的效果。在激勵體系中，通過對教學效果好的教師獎勵學時、增加課程的教學系數(shù)等多種手段，激勵教師教學的積極性和創(chuàng)造性，促使教師對教學投入更多的精力，做好本科生的教學工作。
5 結(jié)束語
軋鋼機械設(shè)計課程系統(tǒng)性、實踐性比較強，適合于CDIO的理念，在此基礎(chǔ)上特別適合項目的實施。對本課程的教學內(nèi)容研究并細化教學重點，仔細擬定各教學重點的項目，組織學生投入到新的教學模式中，在項目中對知識點進行加強，取得了較好的教學效果。這種基于CDIO的教學模式，激發(fā)了學生的學習興趣，轉(zhuǎn)變了學習觀念和學習態(tài)度，培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作意識，以項目作為指導，做中學，學中做，加強學科之間的聯(lián)系，培養(yǎng)了學生的綜合能力。
通過近三年軋鋼機械設(shè)計教學改革的實施，學生對CDIO的新型授課模式基本上已經(jīng)適應(yīng)并贊成這種教學模式。
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