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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(guó) 李仕華 王洪波
�。ㄑ嗌酱髮W(xué)機(jī)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(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)于學(xué)生實(shí)際工程能力的培養(yǎng)更是至關(guān)重要。以《機(jī)器人技術(shù)>課程項(xiàng)目的設(shè)置和討論課的開(kāi)設(shè)為載體，討論了設(shè)置專業(yè)課課程項(xiàng)目和討論課環(huán)節(jié)的問(wèn)題，以及其對(duì)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(xiàng)目；課堂討論；專業(yè)教學(xué)；高等教育
[中圖分類號(hào)]G642.O
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A
[文章編號(hào)] 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(jì)劃。教學(xué)計(jì)劃下開(kāi)設(shè)的每門課程都是很重要的，對(duì)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(shí)現(xiàn)是整體教學(xué)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的必要條件。每門課程的開(kāi)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(shí)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(lái)國(guó)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(guó)教學(xué)研究獲得KnutandAlice Wallenberg基金會(huì)近2000萬(wàn)美元的巨額資助，經(jīng)過(guò)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(guó)際合作組織。CDIO以從產(chǎn)品研發(fā)到應(yīng)用的整個(gè)周期為教學(xué)載體，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚摵蛯?shí)踐相結(jié)合，各門課程之間的知識(shí)有機(jī)結(jié)合，主動(dòng)應(yīng)用工程基礎(chǔ)知識(shí)，不但發(fā)揮個(gè)人能力，而且必須很好地組織和發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，才能達(dá)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(jī)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(shí)踐。
1 教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)置
工程能力主要體現(xiàn)在構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作上，這種能力僅僅靠理論教學(xué)或傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目，設(shè)置項(xiàng)目應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)。
1.1項(xiàng)目應(yīng)緊密結(jié)合工程實(shí)際
以《機(jī)器人技術(shù)》課程為例，所設(shè)項(xiàng)目是自主設(shè)計(jì)一個(gè)球形果采摘的機(jī)械臂和儲(chǔ)料的車廂，并裝配或安裝到原有的智能移動(dòng)小車上，完成移動(dòng)采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制規(guī)劃，控制機(jī)器人完成識(shí)別、采摘和收集等作業(yè)，最后以比賽的形式驗(yàn)收項(xiàng)目，賽場(chǎng)布置如圖1所示。(職教論文 www.gymyzhishaji.com)為了完成項(xiàng)目，所設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人必然包括視覺(jué)傳感器、避障傳感器、位移和速度傳感器、機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，又通過(guò)比賽考察了應(yīng)用。移動(dòng)采摘機(jī)器人是一項(xiàng)完整的智能工程系統(tǒng)。此項(xiàng)目的完成能對(duì)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(duì)培養(yǎng)工程能力起到好的效果。
1.2項(xiàng)目應(yīng)既系統(tǒng)又獨(dú)立
《機(jī)器人技術(shù)》課程，按計(jì)劃主要講授機(jī)器人系統(tǒng)的模型建立，但是在設(shè)置項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)該考慮到這門課程在整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)中的作用，也就是對(duì)培養(yǎng)專業(yè)工程人才的作用。把此課程的知識(shí)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(jī)結(jié)合中去�？吹巾�(xiàng)目要求，學(xué)生明白在本課程的項(xiàng)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(dú)立性；而且還要明白所完成的內(nèi)容在整個(gè)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(gè)系統(tǒng)的一部分。為了完成項(xiàng)目，本門課程必須掌握好，而且也培養(yǎng)了對(duì)其它課程的學(xué)習(xí)積極性。
1.3項(xiàng)目應(yīng)具有前瞻性而且要考慮學(xué)生的能力
《機(jī)器人技術(shù)》課程的項(xiàng)目考慮了機(jī)器人的最新發(fā)展，引入機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)，學(xué)生可以體會(huì)機(jī)器人智能的建立和實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，要考慮學(xué)生的知識(shí)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(lái)沒(méi)想到的成果，從而產(chǎn)生一種成就感，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)工程、做工程以及將來(lái)步入工程領(lǐng)域的興趣和自信。
1.4項(xiàng)目教學(xué)的備課要充分
《機(jī)器人技術(shù)》課程的項(xiàng)目體現(xiàn)機(jī)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(xiàng)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(kāi)課前做好關(guān)于課程項(xiàng)目的充分準(zhǔn)備，考慮全面，每個(gè)細(xì)節(jié)都自己做一遍，做的過(guò)程中不僅注重知識(shí)歸納而且思考每一環(huán)節(jié)對(duì)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(guò)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(dòng)性，使學(xué)生快樂(lè)學(xué)習(xí)。
2課堂討論的設(shè)置
對(duì)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(shí)踐環(huán)節(jié)，為了增強(qiáng)實(shí)踐能力，《機(jī)器人技術(shù)》課程開(kāi)設(shè)了教學(xué)項(xiàng)目而且開(kāi)設(shè)了課堂討論。一門課程對(duì)于一部機(jī)電一體化產(chǎn)品來(lái)講，是不夠的，那么在學(xué)習(xí)了若干門與機(jī)器人相關(guān)的課程后，怎么把各門課程的知識(shí)通過(guò)機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)？也就是怎么把各門理論課的基礎(chǔ)知識(shí)融合到機(jī)器人設(shè)計(jì)的實(shí)踐中去？為此，開(kāi)展了在未進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)前的綜合討論。本討論以機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成的十個(gè)相關(guān)話題作為討論題目，以學(xué)生查閱資料、總結(jié)上臺(tái)講演和討論為教學(xué)形式，深入研究探討機(jī)器人各個(gè)組成部分所涉及到的知識(shí)點(diǎn)及其在工程中的應(yīng)用，以具體問(wèn)題的理論解析和提出解決問(wèn)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(dòng)地將所學(xué)理論知識(shí)系統(tǒng)化、工程實(shí)踐化，這對(duì)于提高學(xué)生的實(shí)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(shí)都有重要作用。同時(shí)，也為后續(xù)的實(shí)踐課程埋下伏筆，有些問(wèn)題可能是長(zhǎng)線話題，需要長(zhǎng)期的實(shí)踐積累和研究，現(xiàn)在觸發(fā)問(wèn)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(diǎn)。
2.1 知識(shí)系統(tǒng)化
系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的知識(shí)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(shí)整體中縱、橫兩向的聯(lián)系”…，如果教師不采取措施強(qiáng)調(diào)各門課程知識(shí)間的聯(lián)系，則學(xué)生得到的知識(shí)仍是孤立的無(wú)聯(lián)系的，不能形成有機(jī)的知識(shí)體系。
通過(guò)討論匯報(bào)、互相提問(wèn)討論和教師參與的形式，將各門課程的知識(shí)點(diǎn)圍繞機(jī)器人設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)，使看起來(lái)不相關(guān)的課程形成了一個(gè)整體的系統(tǒng)，使學(xué)生從機(jī)器人設(shè)計(jì)這一工程實(shí)踐的角度，確確實(shí)實(shí)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(dòng)力，對(duì)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(jìn)作用。
2.2 理論知識(shí)工程實(shí)踐化
以機(jī)器人設(shè)計(jì)為媒介融合專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)，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(jī)器人構(gòu)成設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)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(shí)踐能力。
2.3擴(kuò)充知識(shí)面并學(xué)會(huì)交流與合作，進(jìn)一步強(qiáng)化責(zé)任心和工程意識(shí)
要解決討論專題，必須查閱文獻(xiàn)，閱讀相關(guān)書籍和技術(shù)資料，進(jìn)行工程實(shí)踐調(diào)研，這無(wú)形中擴(kuò)充了學(xué)習(xí)形式，豐富了學(xué)習(xí)內(nèi)容，拓展了知識(shí)面，而且強(qiáng)化了交流、合作、責(zé)任心和工程意識(shí)。
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(rèn)識(shí)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(shí)，每一門課程都有自己獨(dú)具的魅力和獨(dú)具的美麗，無(wú)需用題外話提高學(xué)習(xí)興趣。課程內(nèi)容開(kāi)發(fā)好了，其自身的美麗和魅力自然表現(xiàn)出來(lái)。
再者，教學(xué)措施與教學(xué)目標(biāo)一定要相對(duì)應(yīng)。教學(xué)過(guò)程中注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，而不是單獨(dú)傳授知識(shí)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程最好順勢(shì)而發(fā)，這個(gè)勢(shì)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(shí)間。鼓勵(lì)學(xué)生到工廠去，到工程實(shí)踐中去。教師也可把校外的人才請(qǐng)進(jìn)課堂參與教學(xué)，這對(duì)提高教學(xué)效果都是至關(guān)重要的。
3 結(jié)束語(yǔ)
教學(xué)中實(shí)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(xiàng)目和討論環(huán)節(jié)的設(shè)置，使學(xué)生的知識(shí)系統(tǒng)化，使學(xué)習(xí)過(guò)程與解決工程問(wèn)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(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合素質(zhì)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)創(chuàng)新向上的理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng)起著重要作用。
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