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基于CDIO的高等教育專業(yè)課的教學(xué)探討
基于CDIO的高等教育專業(yè)課的教學(xué)探討李艷文 趙鐵石 史艷國 李仕華 王洪波
�。ㄑ嗌酱髮W(xué)機械工程學(xué)院，河北秦皇島066004）
[摘要] 高等教育專業(yè)課的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置直接關(guān)系到教學(xué)效果，實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)對于學(xué)生實際工程能力的培養(yǎng)更是至關(guān)重要。以《機器人技術(shù)>課程項目的設(shè)置和討論課的開設(shè)為載體，討論了設(shè)置專業(yè)課課程項目和討論課環(huán)節(jié)的問題，以及其對培養(yǎng)學(xué)生高效率學(xué)習(xí)能力、形成高水平的工程專業(yè)能力的重要性。
[關(guān)鍵詞]CDIO；教學(xué)項目；課堂討論；專業(yè)教學(xué)；高等教育
[中圖分類號]G642.O
[文獻標(biāo)識碼] A
[文章編號] 1005-4634 （2012） 06-0062-02
0 引言
專業(yè)課教學(xué)是高等教育中的重要環(huán)節(jié)，其最終目標(biāo)是高效地培養(yǎng)專業(yè)素質(zhì)優(yōu)秀的人才。圍繞著教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建教學(xué)計劃。教學(xué)計劃下開設(shè)的每門課程都是很重要的，對于建設(shè)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)和提高潛力是不可或缺的。每門課程的教學(xué)目的和任務(wù)反映了教學(xué)最終目標(biāo)或教學(xué)總體目標(biāo)的基本要求，同樣，每門課程教學(xué)目的和教學(xué)任務(wù)的實現(xiàn)是整體教學(xué)目標(biāo)得以實現(xiàn)的必要條件。每門課程的開設(shè)都很重要，專業(yè)課程更是如此。那么如何組織專業(yè)課的教學(xué)以更好地實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)呢？教學(xué)方法是培養(yǎng)人才的重要環(huán)節(jié)，關(guān)于教學(xué)方法的研究是教育工作者最為重視的，在眾多的教學(xué)方法中，CDIO工程教育方法和模式是近年來國際工程教育的最新成果。2000年，麻省理工大學(xué)和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國教學(xué)研究獲得KnutandAlice Wallenberg基金會近2000萬美元的巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，得到很好的教學(xué)效果，于是，創(chuàng)立了CDIO工程教育模式，并成立以CDIO命名的國際合作組織。CDIO以從產(chǎn)品研發(fā)到應(yīng)用的整個周期為教學(xué)載體，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚摵蛯嵺`相結(jié)合，各門課程之間的知識有機結(jié)合，主動應(yīng)用工程基礎(chǔ)知識，不但發(fā)揮個人能力，而且必須很好地組織和發(fā)揮團隊協(xié)作能力，才能達到預(yù)定目標(biāo)。這和傳統(tǒng)的教學(xué)模式有很大區(qū)別，那么，在專業(yè)課的教學(xué)中應(yīng)如何引入這種模式？本文以《機器人技術(shù)》課程的教學(xué)為例，談?wù)剣L試引入CDIO教學(xué)模式的教學(xué)實踐。
1 教學(xué)項目的設(shè)置
工程能力主要體現(xiàn)在構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作上，這種能力僅僅靠理論教學(xué)或傳統(tǒng)的實驗是不能得到充分鍛煉的，為此，專業(yè)課的教學(xué)應(yīng)該設(shè)置適宜的工程項目，設(shè)置項目應(yīng)該考慮以下幾點。
1.1項目應(yīng)緊密結(jié)合工程實際
以《機器人技術(shù)》課程為例，所設(shè)項目是自主設(shè)計一個球形果采摘的機械臂和儲料的車廂，并裝配或安裝到原有的智能移動小車上，完成移動采摘機器人的設(shè)計、運動控制規(guī)劃，控制機器人完成識別、采摘和收集等作業(yè)，最后以比賽的形式驗收項目，賽場布置如圖1所示。(職教論文 www.gymyzhishaji.com)為了完成項目，所設(shè)計的移動機器人必然包括視覺傳感器、避障傳感器、位移和速度傳感器、機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，又通過比賽考察了應(yīng)用。移動采摘機器人是一項完整的智能工程系統(tǒng)。此項目的完成能對學(xué)生的工程能力有全面的鍛煉，再加上學(xué)生的舉一反三，更能對培養(yǎng)工程能力起到好的效果。
1.2項目應(yīng)既系統(tǒng)又獨立
《機器人技術(shù)》課程，按計劃主要講授機器人系統(tǒng)的模型建立，但是在設(shè)置項目時，應(yīng)該考慮到這門課程在整個教學(xué)系統(tǒng)中的作用，也就是對培養(yǎng)專業(yè)工程人才的作用。把此課程的知識應(yīng)用放到大的教學(xué)系統(tǒng)中去，放到和其它課程的有機結(jié)合中去�？吹巾椖恳�，學(xué)生明白在本課程的項目中應(yīng)完成什么內(nèi)容，課程內(nèi)部所完成的內(nèi)容具有獨立性；而且還要明白所完成的內(nèi)容在整個工程系統(tǒng)中所起的作用，課程內(nèi)部所完成的內(nèi)容是整個系統(tǒng)的一部分。為了完成項目，本門課程必須掌握好，而且也培養(yǎng)了對其它課程的學(xué)習(xí)積極性。
1.3項目應(yīng)具有前瞻性而且要考慮學(xué)生的能力
《機器人技術(shù)》課程的項目考慮了機器人的最新發(fā)展，引入機器人視覺技術(shù)，學(xué)生可以體會機器人智能的建立和實現(xiàn)，同時，要考慮學(xué)生的知識基礎(chǔ)，在要求上有彈性，使學(xué)生能“跳一跳”就夠得著，這樣能更好地發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，而且使學(xué)生得到自己原來沒想到的成果，從而產(chǎn)生一種成就感，增強了學(xué)習(xí)工程、做工程以及將來步入工程領(lǐng)域的興趣和自信。
1.4項目教學(xué)的備課要充分
《機器人技術(shù)》課程的項目體現(xiàn)機器人的最新發(fā)展，學(xué)生需要學(xué)習(xí)新東西，需要“跳一跳”才能夠完成項目任務(wù)要求，這“跳一跳”怎么。跳”，需要老師的具體指導(dǎo)。這就要求教師必須開課前做好關(guān)于課程項目的充分準(zhǔn)備，考慮全面，每個細節(jié)都自己做一遍，做的過程中不僅注重知識歸納而且思考每一環(huán)節(jié)對于培養(yǎng)學(xué)生工程能力的作用，有意義的留下；還要考慮教學(xué)過程的組織形式，設(shè)置什么樣的教學(xué)載體更能發(fā)揮學(xué)生的主動性，使學(xué)生快樂學(xué)習(xí)。
2課堂討論的設(shè)置
對照CDIO教學(xué)模式，傳統(tǒng)教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)主要表現(xiàn)在實踐環(huán)節(jié)，為了增強實踐能力，《機器人技術(shù)》課程開設(shè)了教學(xué)項目而且開設(shè)了課堂討論。一門課程對于一部機電一體化產(chǎn)品來講，是不夠的，那么在學(xué)習(xí)了若干門與機器人相關(guān)的課程后，怎么把各門課程的知識通過機器人系統(tǒng)聯(lián)系起來？也就是怎么把各門理論課的基礎(chǔ)知識融合到機器人設(shè)計的實踐中去？為此，開展了在未進行機器人設(shè)計前的綜合討論。本討論以機器人系統(tǒng)構(gòu)成的十個相關(guān)話題作為討論題目，以學(xué)生查閱資料、總結(jié)上臺講演和討論為教學(xué)形式，深入研究探討機器人各個組成部分所涉及到的知識點及其在工程中的應(yīng)用，以具體問題的理論解析和提出解決問題的方法為討論目的，指導(dǎo)學(xué)生廣泛地查閱相關(guān)資料，積極主動地將所學(xué)理論知識系統(tǒng)化、工程實踐化，這對于提高學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深專業(yè)理論學(xué)習(xí)，提高行業(yè)規(guī)范意識都有重要作用。同時，也為后續(xù)的實踐課程埋下伏筆，有些問題可能是長線話題，需要長期的實踐積累和研究，現(xiàn)在觸發(fā)問題，激發(fā)思索并打下基礎(chǔ)。討論課內(nèi)容的設(shè)置主要考慮了以下三點。
2.1 知識系統(tǒng)化
系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的知識才能表現(xiàn)為工程能力，每門課程的教材都是按一定的教學(xué)體系建設(shè)的，但是教材的內(nèi)容必須具體而明白，這“不可避免地削弱了知識整體中縱、橫兩向的聯(lián)系”…，如果教師不采取措施強調(diào)各門課程知識間的聯(lián)系，則學(xué)生得到的知識仍是孤立的無聯(lián)系的，不能形成有機的知識體系。
通過討論匯報、互相提問討論和教師參與的形式，將各門課程的知識點圍繞機器人設(shè)計聯(lián)系起來，使看起來不相關(guān)的課程形成了一個整體的系統(tǒng)，使學(xué)生從機器人設(shè)計這一工程實踐的角度，確確實實地看到了每一門課程的重要作用，于是更有了學(xué)習(xí)驅(qū)動力，對于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、提高學(xué)習(xí)質(zhì)量有著促進作用。
2.2 理論知識工程實踐化
以機器人設(shè)計為媒介融合專業(yè)理論基礎(chǔ)知識，使學(xué)生將所學(xué)各門課程的理論基礎(chǔ)靈活應(yīng)用到機器人構(gòu)成設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)中，達到理論聯(lián)系實際、學(xué)以致用的境界，不但加深了理論課的學(xué)習(xí)，還培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力。
2.3擴充知識面并學(xué)會交流與合作，進一步強化責(zé)任心和工程意識
要解決討論專題，必須查閱文獻，閱讀相關(guān)書籍和技術(shù)資料，進行工程實踐調(diào)研，這無形中擴充了學(xué)習(xí)形式，豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容，拓展了知識面，而且強化了交流、合作、責(zé)任心和工程意識。
除此以外，要想提高專業(yè)課教學(xué)效果，學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)也很重要。這方面，許多老師都認識到學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)的重要性，但是培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣的方法和措施不同。其實，每一門課程都有自己獨具的魅力和獨具的美麗，無需用題外話提高學(xué)習(xí)興趣。課程內(nèi)容開發(fā)好了，其自身的美麗和魅力自然表現(xiàn)出來。
再者，教學(xué)措施與教學(xué)目標(biāo)一定要相對應(yīng)。教學(xué)過程中注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，而不是單獨傳授知識，整個教學(xué)過程最好順勢而發(fā)，這個勢的主題應(yīng)該是學(xué)生。課堂教學(xué)教師不要做全部，應(yīng)給學(xué)生思考空間。課外最好有閱讀空間——包括閱讀材料和時間。鼓勵學(xué)生到工廠去，到工程實踐中去。教師也可把校外的人才請進課堂參與教學(xué)，這對提高教學(xué)效果都是至關(guān)重要的。
3 結(jié)束語
教學(xué)中實踐環(huán)節(jié)的設(shè)置是非常重要的，專業(yè)課的教學(xué)中，項目和討論環(huán)節(jié)的設(shè)置，使學(xué)生的知識系統(tǒng)化，使學(xué)習(xí)過程與解決工程問題相結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)興趣，對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)，培養(yǎng)嚴謹求實創(chuàng)新向上的理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)起著重要作用。
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