CDIO教学模式在《工业机器人技术基础》中的应用

摘要:把CDIO的教学模式引入《工业机器人技术基础》课程，同时把本课程分成多个项目来进行规划与设计，通过CDIO四大模块，介绍了该课程教学过程中的课程构思、课程设计、课程实施评估、教学质量监控。教学实践表明，学生学习效果反响很好。

 

关键词：CDIO；工业机器人技术基础；教学改革；

 

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），以工程项目为载体，培养学生的工程能力、个人的学术知识和运用知识解决问题等能力。它是麻省理工学院(MIT)和瑞典皇家工学院等四所大学从2000年开始经过四年研究创立的教育理念。CDIO工程教育模式近年来逐渐在职业教育中被广泛运用^[1-2]。工业机器人技术专业是近几年在职业教育院校中新兴的专业，缺乏教学经验的积累。为了更好的实现“面向工程应用”的教学目标，借鉴成功的教学方法是一种有效途径。

　　

高等职业教育中的教学改革

高等职业教育作为高等教育体系中的一种类型，肩负着培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高素质的技术应用型和职业技能型高等专业人才的使命^[3]。参照《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》中的指导思想，高职教育改革以服务发展为宗旨，以促进就业为导向，适应经济新常态和技术技能人才成长成才需要，完善产教融合、协同育人机制，创新人才培养模式，构建教学标准体系。教学体系要紧贴岗位实际工作过程，不断更新课程内容，根据实际需要调整课程结构。依据职业教育服务产业经济，培养学生个体的多样性，深化多种模式的课程改革，创新教学方式方法^[4]。

《工业机器人技术基础》是一门机电一体化、工业机器人技术等专业的专业基础课程，应用性很强。由于《工业机器人技术基础》是一门新的课程，缺乏教学经验的积累。因此，本课程需要在企业调研的基础上，参照有效的CDIO教学模式进行设计、引进企业的机器人应用工业案例。既要兼顾理论教学又要突出实践应用。高职学生特点则是实践操作兴趣浓厚，理论学习相对薄弱。鉴于诸多因素，在课程设计上就要兼顾理论学习与实际操作。因此在这门课程教学设计基本思路是把知识点、技能点的学习融入到每个具体的工作任务中，以CDIO的模式展开，实现理论与实践结合，以学生关注的点为基础，在传授知识过程中注重工程应用能力培养，强化学生的自学能力与分析问题解决问题的能力。具体做法是：

1.             任务驱动、项目教学

课程教学过程中把知识点、技能点的学习融入到每个具体的工作任务中，每个任务按照“任务导入—任务分析—相关知识—任务实施”来具体展开。任务的选择强调源于生活和工程实际，注重内容的典型性、实用性，理论知识的选择上以“适合、够用”为原则使教学内容直观、具体、形象，易于接受，有利于树立学生独立解决问题的自信心。

例如在讲到工业机器人的手臂结构的时候，本单元的重点学习目标是要理解工业机器人组成以及零件的相互关系。对于学生来说一些基本的零件结构是他们熟悉的，但伺服电机和齿轮减速器是完全陌生的。所以在授课时我们以认识机器人的零件组成作为问题的出发点，以工业应用中的小案例、用三维软件进行结构展示为方法展开教学，这样很容易被学生接受。

2.         情境式教学

本课程改变了传统的将理论与实训分开的教学模式，在教学中设计了6个学习情境，每个情境都以相应的工业案例为主线，配合Solidwoks、SimaticVS、EpsonRC等仿真软件的使用，按照“资讯→决策→计划→实施→检查→评价”的流程授课，使学员能够在“学中做、玩中学”，可以有效地激发学生的学习兴趣和问题解决能力。这里以工业机器人的视觉为例。

任务：怎么样让工业机器人智能化程度更高。

任务分析：问题1：工业机器人怎么发现零件的位置？问题2：怎么精准的抓取这些零件？

要想解决上述问题，就需要了解工业机器人视觉工作原理。这样就引发了学生对视觉的组成、作用以及视觉系统各部分的工作原理等相关基本知识学习的兴趣。

在教学过程中，理解工业机器人视觉的工作原理后，对工业机器人视觉的作用进行分析，此时会用到工业案例法，并对此案例经行反复研究，最后再利用视觉仿真软件SimaticVS构建视觉系统，在电脑上仿真，验证搭建的系统是否符合技术要求。

3.         小班互动式教学

以项目为导向任务驱动的教学模式势必要求课堂人数要小班制才能达到更好的教学效果。本课程全部采用不超过24人的小班制教学，全程在实训室进行，主要以“边讲边练”并根据授课内容灵活以“先讲后练”和“先练后讲”等方式增加课堂师生互动。

4.         承担项目的能力训练

除了课堂教学外，我们还以学期项目的形式，让学生在学期最初的时候就可以结合所学课程的知识内容，自主选题开展学期项目。三五个同学为一组可以自主选择指导老师。整个过程从资料收集，题目申报，项目实施，项目汇报等让学生充分参与和主导整个项目，扩展学生的知识面和工程认识，提高学生对工程项目的整个流程的认知。通过团队形式完成整个项目也有利于合作精神的培养。

课程评估

（1) 考核和评价：

以能力为主的评价机制，课程考核方式采用过程性评价与目标性评价相结合；理论与实践相结合；技能与作业态度相结合；采用笔试、操作相结合；学生之间自评、互评相结合。考核学生能力，综合评价学生。学习效果评价。理论教学采取期末闭卷考试的办法。平时成绩占60％（含实训），期末成绩占40％。

（2) 教师的教学技能：

教师通过深入企业走访和承担工业机器人相关的企业培训等途径，了解最近机器人及企业的需求，引进企业工业机器人的应用案例，促使教学与生产实际结合，实现工程应用的目的。以培养学生的自学能力和良好习惯为线索，把自学能力作为逻辑思维能力、计算能力、空间想象能力、分析与解决问题能力等一切能力的基础能力贯穿教学的全过程。特点是有效地废除了注入式、满堂灌的教学方法,满足不同层次学生的求知欲望。课前布置自学题目，组织好学生的自学及小组讨论——上课组织学生发言讨论——老师点评指导——进行全课总结，布置下章节自学题目。

课程质量监控体系

我院设立了专门的教学监管体系（学校+企业），督导组会不定期地进行课堂教学的抽查与监管。作为平台课程实行了教考分离制度，促进学生能力的提高。更重要的是经过项目化训练的毕业生，在工作岗位上表现出色普遍受到企业的好评，这是对我们课程质量好坏最客观的评价。

通过教学实践，CDIO教学模式在《工业机器人技术基础》课程已初见成效，主要体现在学生在学习过程中表现出了很高积极性，在学期项目实施中取得了技能的提升，具有一定的项目策划、组织、实施、协调的能力。我院学生多次参加各类竞赛并获得奖项，在2015年苏南全球创客大赛中表现突出。

依据十三五规划高职建设指导思路，进行平台基础课程的教学改革。以高素质技能型人才培养目标，确立“以技能为核心，在学中做，在做中学，学练合一”的教学模式，充分利用现代教育技术，逐步建立网络教学资源，使学生掌握工业机器人的基本理论、分析机器人应用工业应用案例的基本方法和进行实验验证的初步技能，形成“教、学、做”一体化的具有高职特色的课程。持续与企业紧密合作，紧随企业技术的需求更新案例项目。

结束语

CDIO教学模式应用在《工业机器人技术基础》课程中，是学院借鉴新加坡南洋理工工程化、模块化的成功案例，利用CDIO教育模式对《工业机器人技术基础》新的课程教学进行改革，是高等职业教育的课程改革的一部分。通过CDIO教学模式的应用，等到了老师与学生的高度认可。

　　

参考文献：

[1]      顾佩华,包能胜.等CDIO在中国高等工程教育研究:2012.03:34-40

[2]      史勤刚.马俊成.基于CDIO的模拟电路教学改革的探讨,现代制造技术与装备,2016(1):165-166

[3]      孙海泉,徐兵,邱白丽.苏州工业园区职业技术学院项目制教学改革的探索与实践,中国职业技术教育,2011(32):66-70

[4]      徐兵.学期项目运行模式的构建实践,高等工程教育研究,2014(2):122-125