CDIO工程教育視域下職業教育數控雕刻項目課程開發研究

摘要：傳統的手工雕刻方式已經無法滿足現代產品對高精度、高效率的要求，培養掌握數控雕刻加工技術的人才對于產業發展至關重要。然而，中職學校現行的數控雕刻課程項目設計與企業生產不匹配，學生難以體驗企業實際生產環節，導致最終培養的面向實際崗位的學生無法勝任雕刻職責需求，亟須進行課程改革。研究借鑒CDIO工程教育模式，以企業真實產品作為課程載體，基于企業真實產品設計教學項目，讓學生參與企業的真實產品設計過程，從需求分析、方案設計、原型制作、測試評估等各個環節培養學生的工程思維和創新能力。

關鍵詞：CDIO；項目課程；數控雕刻加工技術與實操；課程開發

中圖分類號：G718.5 文獻標識碼：A 文章編號：1673-4289（2024）09-0044-08

近年來，我國職業教育規模迅速擴大，截至2015年，我國已建成全球最大的職業教育體系。職業教育在整個教育架構中的地位日益凸顯。然而，盡管取得了長足的進步，但一些深層次的問題仍然困擾著職業教育的高質量發展。其中，最為根本的問題之一是人才培養中存在系統性偏差，這一偏差主要表現在人才培養效果與市場需求之間的脫節。

隨著市場需求的變化，數控雕刻產業迎來市場爆發期，傳統的手工雕刻方式已經無法滿足現代產品對高精度、高效率的要求，培養掌握數控雕刻加工技術的人才對于產業發展至關重要。然而，中職學校現行的數控雕刻課程項目設計與企業生產不匹配，學生難以體驗企業實際生產環節，導致最終培養的面向實際崗位的學生無法勝任雕刻職責需求，亟須進行課程改革。為解決當前中等職業學校數控雕刻加工課程存在的問題，本研究借鑒了國外職業教育和國內高等教育中廣泛應用的CDIO工程教育理念。按照CDIO的大綱和標準，結合項目課程開發原則，開發相應的課程資源，采用適當的教學方法，對“數控雕刻加工技術與實操”課程進行系統開發和改進。

一、基于CDIO工程教育理念開發數控雕刻課程的現實動因

（一）制造業發展轉型對人才需求更加全面

隨著科技的快速進步和市場需求的變化，國內制造業面臨著新一輪科技革命和產業變革的挑戰和機遇，需要推動產業鏈高端化、智能化、綠色化和服務化，突破一批關鍵核心技術，培育壯大新動能。為了緊握這一時代機遇，我國推出了《中國制造“2025”》戰略，通過融入新一代技術，促進制造業的轉型升級與現代化進程，為其帶來新的發展動能與活力。2023年發布的《中國數控雕刻機行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》指出，科技進步帶來的技術變革，必將使操作人員從繁重的體力工作崗位中解放出來，生產過程中更多依靠控制中心的數據去解釋、決策，由勞動密集型向技術密集型轉變，這對數控雕刻人員的綜合素質提出了更高的要求。為應對當前行業快速發展所帶來的人才需求，必須及時進行課程內容改革，并持續優化培養方案，以高水平的起點培養數控雕刻復合型人才。

（二）現行數控雕刻課程難以適應人才培養需求

數控雕刻加工技術采用計算機輔助設計和控制，能夠精確控制加工設備進行復雜的雕刻和加工，大大提高了生產效率和產品質量。該技術作為制造業的基礎技術之一，是數控加工技術的重要分支，主要用于加工高精度、高光潔度、復雜形狀的產品，是實現智能制造、個性化定制、高效生產的關鍵技術。所以，培養掌握數控雕刻加工技術的人才對于制造業的發展至關重要。然而，中職學校現行的項目課程中的教學項目未采用企業真實產品，多年來延續的做法是把其他數控類書本上經過教學化的零件作為任務進行雕刻課程設計，學生難以體驗企業實際生產環節，且多數學校采用傳統的以教師為中心的灌輸式教學，降低了學生參與到課程的積極性，導致最終培養的面向實際崗位的學生無法勝任雕刻職責需求。

（三）CDIO工程教育理念適用于數控雕刻課程

CDIO作為國際公認的工程教育模式，通過圍繞產品、過程或系統的構思（Conceive）、設計（De-sign）、實現（Implement）和運作（Operate）構建工程教育環境，有效提升學生的工程基礎知識和綜合能力。在數控雕刻課程中，CDIO理念具有顯著的應用價值。它強調實踐與創新能力的雙重培養，借助項目驅動的學習方式，使學生在實際操作中掌握數控雕刻加工技術，進而提升解決實際問題的能力。此外，CDIO理念的實施離不開學校與企業的深度合作，這種合作不僅豐富了學生的實踐機會，還加強了校企之間的交流與協作，實現了資源的有效共享與互利共贏。更重要的是，CDIO工程教育理念以項目課程為核心，緊密結合企業的真實需求和產品特點設計課程內容，使學生能夠直觀了解企業的生產環境與實際要求，從而更好地適應市場需求。因此，在數控雕刻課程中引入CDIO工程教育理念，不僅能提升教學質量，更能培養出更多具備創新實踐能力的數控雕刻加工技術人才，為行業的發展注入新的活力。

二、基于CDIO工程教育理念的項目課程開發流程

項目課程的開發工作通常分為市場需求調研、工作任務與職業能力分析、課程結構分析、課程標準編制、項目教學設計、教學資源開發（如圖1）。一般來說，越早介入工作項目，學生對完整工作過程的掌握越全面。

因此，本研究在已經成熟的項目課程開發流程基礎上，引入企業真實產品到項目設計環節，以CDIO工程教育模式為主導，依照CDIO標準開發“數控雕刻加工技術與實操”課程（如圖2）。項目課程的實施過程是基于CDIO理念的，充分運用項目載體，執行構思、設計、實現和運作的產品化教學流程。研究提出的將企業真實產品介入課程，能夠使學生以完成典型產品加工任務為主線，使課程走向情境化、具象化，作為課程載體的典型產品來自周邊企業的真實產品，教學內容與企業生產實際密切相關，可以避免學校教學內容與企業工作出現脫節。

三、基于CDIO工程教育理念的“數控雕刻加工技術與實操”項目課程開發實踐

（一）企業崗位能力需求調研

本研究的調研對象是廣西和廣東兩個地區有招募數控雕刻人才的五家企業，這五家企業都是專業從事數控雕刻加工的企業，涵蓋了金屬、木材、石材、塑料等不同的材料和產品，代表了數控雕刻加工企業的多樣性和特色。采用線上、線下相結合的信息檢索方式，主要調研了這五家企業，并根據51job網站2023年8月17日發布的招聘信息、智聯招聘網站2023年8月18日發布的招聘信息，以及2023年8月19日在廣西南寧人才市場舉辦的招聘會所收集的數據進行崗位需求分析。

在提供的相關崗位中，主要有雕刻機操作工（占招聘崗位總數的37.45%）、雕刻編程工（占招聘崗位總數的21.33%）、數控雕刻機維修工（占招聘崗位總數的11.86%）、數控雕刻方案設計員（占招聘崗位總數的8.17%）和數控雕刻工藝員（占招聘崗位總數的21.19%）。通過對企業的一線員工與專家訪談后，梳理得出數控雕刻加工企業提供的工作崗位具體的工作領域及對應的工作范圍。

（二）課程對應崗位分析

為了明確“數控雕刻加工技術與實操”課程所面向的工作崗位，通過與企業崗位專家的交流，詳細了解中職數控技術應用專業畢業生常見的就業崗位及其工作內容。同時，也咨詢了中職學校專業組專家的意見。經過綜合考量，最終確定了該課程的核心目標，即培養學生掌握雕刻軟件的基本操作技巧，并熟悉機床的操控方法，使他們能夠依據市場上雕刻產品的生產需求進行精確的編程加工。因此，確定該課程主要面向的崗位為數控雕刻工藝員、機床操作員，主要包括使用雕刻軟件設計刀具路徑程序以及使用雕刻機加工產品，具體職責內容見表1。

（三）工作任務與職業能力分析

1．工作任務分析

采用會議研討法進行工作任務分析，主要包括準備工作任務分析會和組織工作任務分析會兩個階段。通過邀請企業一線工作人員、生產線主任、車間主任參與，崗位專家被引導采用“工作領域一工作任務”的遞進邏輯，深入分析企業內的工作崗位，從而提煉出具體的工作領域和相應的任務。在匯總了多位崗位專家的見解后，結合筆者在企業實踐中觀察記錄所得數據，進行了補充和完善，形成了初步的工作任務分析結果。

2．職業能力分析

根據CDIO理念，培養職業能力要注重“實用”與“夠用”，即培養的目標是解決就業問題。培養過程應與企業工作要求緊密結合，職業能力要適應行業和崗位的相關特性。因此，需要引入企業一線專家參與，以獲取真實對應企業工作任務的職業能力需求，確保職業能力的真實性。引導崗位專家列出每個工作任務對應的職業能力，并對每條職業能力進行討論、刪減、增加以及精簡提煉，最終達成一致意見，形成工作任務與職業能力分析表。

（四）企業真實產品與工作項目確立

基于企業真實產品設計教學項目是一種讓學生參與企業真實產品的設計過程，從需求分析、方案設計、原型制作、測試評估等各個環節，培養學生的工程思維和創新能力的模式。本環節主要依托企業提供的真實產品設計需求，結合工作任務分析結果，確定對應工作項目。在進行課程教學項目設計時，遵循“確定企業真實產品一確定工作項目一工作項目序化一工作項目教學化”的流程進行設計，確保企業中的真實產品能夠順利轉化為適用于教學的項目，本節將重點闡述前兩個階段的具體操作。

1．確定企業真實產品

真實性原則。真實性原則是指在選取產品設計的素材時，必須嚴格遵循企業的真實需求，而不能虛構或模擬捏造。真實性原則有助于學生理解課程知識與企業產品開發活動的聯系，讓他們明確所學的知識能夠在實際工作中發揮什么樣的作用。為了保證真實性原則的實施，與企業建立良好的合作關系，及時獲取企業的最新產品開發至關重要，要選擇與課程教學目標和內容相契合的產品。

創新性原則。創新性原則是指選取的產品必須具有一定的創新性，而不是重復或模仿已有的產品。應側重于那些能夠體現行業發展的前沿趨勢，融入新技術、新工藝、新規范和新理論的產品，從而克服人才培養周期中可能存在的滯后問題。因此需要中職學校教師和企業專家共同探討產品的新領域、新方向、新方法等，從中挑選出具有挑戰性和前瞻性的產品。

適宜性原則。適宜性原則是指選取的產品必須適合中職學生的水平和能力，而不是過于簡單或過于復雜。通過分析雕刻產品的難易程度、涉及范圍、相關知識等，從中挑選出符合中職學生特點和水平的產品。適宜性原則不僅要考慮學生的認知水平和技能水平，以及學生的興趣、動機、態度等非認知因素，還要考慮教學資源和條件的限制，以提高學生的學習效果和滿意度。

根據企業雕刻產品技術資料，分析中職生就業崗位的工作場景和區域經濟特點，依據產品運用場景，歸納出七大雕刻產品類別，即三軸平面雕刻、三軸鏤空雕刻、三軸曲面雕刻、四軸單體圓雕、四軸復合圓雕、五軸定向雕刻和五軸聯動雕刻。邀請崗位專家對多個雕刻產品類別下的企業雕刻產品進行評分，評分標準涵蓋了重要性、使用頻率和復雜程度等方面。在篩選企業真實產品時，優先考慮那些重要性高且應用頻繁的企業案例。同時，對于某些重要性高但應用頻率較低的企業案例，則進一步通過訪談了解其是否為新興應用并符合行業未來發展趨勢，若符合條件，則同樣將其納入真實產品的范疇。

2．確立工作項目

明確了企業的真實產品后，結合工作任務的分析結果，進一步識別該產品涉及的具體工作項目顯得尤為關鍵。這些工作項目應涵蓋整個工作流程，確保學生能夠全方位地領悟每個工作任務的內涵與重要性。根據“數控雕刻加工技術與實操”課程的特點，課程內容圍繞一系列從簡單到復雜的典型雕刻產品展開，每個項目都包含該課程所有類型任務構成的完整工作流程，并且這些工作流程基本保持一致。例如，“平面鏤空雕刻”“平面字畫雕刻”“切割拼接雕刻”這三個任務相互聯系，形成了平面雕刻的完整工作流程。因此，采用循環式設計方法確定企業典型案例中相應的工作項目設計模式，并將其劃分為基礎、進階和高段三個項目級別，以便更具體、更具情境和更貼近現實地劃分后續工作任務。

四、基于CDIO工程教育理念的“數控雕刻加工技術與實操”項目課程標準

基于CDIO理念的項目課程標準的編制過程和方法，包括課程目標、內容、任務轉化等方面，形成一個系統的課程標準體系。

（一）課程目標制定

CDIO標準中的第2項明確指出了工程教育的課程目標，包括工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力，并強調這些目標應被納入課程標準中。這些目標需要清晰、具體地表述，并與專業目標相吻合，同時也需經過利益相關者的驗證。這些目標除了涵蓋個人的專業技能，還涉及人際交往能力，以及產品、過程和系統的構建能力。相較于其他課程開發方法，CDIO在課程目標上更加注重情感和態度方面的培養，它不僅關注知識和技能，更重視個體在學習過程中的全面發展和學習成果。此外，CDIO理念強調團隊能力的提升，不僅是注重個人能力的提升。基于上述原則，梳理“數控雕刻加工技術與實操”具體的課程目標如表2所示。

（二）課程內容組織

徐國慶教授在職業教育項目課程的內涵、原理與開發中指出，項目課程雖然以工作任務為主要的教學內容，但是它的課程設計并不是按照任務的順序來安排的，而是按照一些典型的產品或服務來展開的，準確地說是按照基于這些產品或服務的活動來組織的。典型產品在將工作任務轉化為課程內容時具有關鍵作用。本文所總結的11種真實產品，其顯著特點在于其綜合性和知識覆蓋面的廣泛性。為增強課程學習效果，需將這些真實產品細化為具體的學習內容與技能要求。在細化過程中，須秉承CDIO理念，確保目標的實踐性，避免過度強調傳統課程中企業實際不需求的知識與技能。此外，CDIO標準3強調“一體化課程內容”理念，即課程內容應融合專業知識、個人與人際交往能力，以及產品、過程和系統的構建能力，應依此理念，推動課程內容的科學化設計。結合對“數控雕刻加工技術與實操”課程工作任務和職業能力的深入分析，并融入一體化課程設計思維，遵循“基礎理論‘必須、夠用’，專業知識突出實踐能力為主”的原則，整合出相關的知識與技能要求。

（三）項目向任務轉化

課程結構可從宏觀與微觀兩個維度進行解讀。宏觀上，課程的設置應遵循特定順序規律，并妥善考慮與其他課程的編制次序；微觀上，課程的組織則須構建清晰的邏輯關系，明晰內容的合理排列。本研究基于CDIO理念開發的“數控雕刻加工技術與實操”課程，作為一門實踐課程，需要在微觀層面重新組織和構建。

“數控雕刻加工技術與實操”課程以項目作為教學的主要載體，因此項目成了課程內容的關鍵支柱。要確保教學質量和學習效果，課程結構的合理性至關重要。其核心在于項目的精心選擇和項目間邏輯關系的巧妙構建。在項目課程中，課程的組織并非隨意拼湊，需要深入剖析項目和任務之間的內在聯系，并據此科學設計課程結構。項目課程主要包含分段式、循環式和對應式三種課程模式，它們各自反映了項目和任務間的獨特關系。這些項目雖然構成了整個工作過程，但仍未合理序化。此外，工作項目的學習過程不能簡單模仿企業實際執行過程，需要根據學生技能掌握規律對企業工作項目進行“教學化”處理。

1．工作項目序化處理

合理序化工作項目是提升學生職業能力的關鍵環節。項目課程以工作邏輯取代了知識邏輯，其內容的序化需要在項目的關系中去尋找。工作項目的序化模式一般有遞進式、網絡式、套筒式、分解式以及并列式等，每種方式都有其獨特的適用場景和效果。CDIO標準5還提出“培養計劃是否包含至少兩個設計一實現經驗（其中一個為基本水平，一個為高級水平）”要求，即在序化項目的同時，還應根據知識的難易程度和操作的復雜程度等因素，構建一系列有序的學習任務。按照中職學生的認知規律（從簡單到復雜）和職業成長規律選擇學習項目并排序。

具體項目的選擇環節，筆者通過對“數控雕刻加工技術與實操”課程的研究，征詢部分職業院校數控專業組長以及四位加工中心專家意見，對他們提供的雕刻產品加工圖進行挑選，去除了不適合中級工水平和項目教學部分，保留了數控教師與專家均認為適合中職學生學習難度的產品或任務，按照CDIO理念，由簡單到復雜、從初級向高級選出七大項目。另外，本研究中的學習任務，即為每一件真實產品的制作，依次對應完成工作任務和職業能力分析要求。

鑒于上述分析，研究依據工作項目的難易程度和關聯度以及中職學生自身特點進行了排序，最終確定以“三軸平面雕刻”項目為真實企業項目學習的起點，將“五軸聯動雕刻”項目作為高水平能力拓展的項目。項目的序化結果如圖3所示。

結合圖3來看，機床雕刻技能的學習是一個從基礎到高級、由簡單到復雜的逐步深化過程。初學者通常從基礎二維輪廓刀具路徑設計開始，逐步掌握三軸木工雕刻機床的基本操控技巧。這一階段的學習內容主要涵蓋平面鏤空雕刻和簡單的平面字畫雕刻，學習者通過實踐操作，逐漸熟悉機床的基本操作，掌握刀具路徑設計的基本原理。

隨著技能的提升，學生將進入三軸雕刻的進階階段。這一階段的任務包括雙面鏤空雕刻和曲面雕刻等，要求學習者對機床操作有更深入的理解，并能夠處理更復雜的雕刻細節。學生需要學會設定刀路定向偏移以及往復運動軌跡，掌握曲面建立和浮雕陽刻刀路程序編譯等技能。這些任務不僅考驗學習者的操作技能，還要求學習者對雕刻材料和刀具選擇有一定的了解。

接下來，學生將進一步提升技能，進入四軸雕刻領域。四軸雕刻涉及單體圓雕和復合圓雕等任務，要求學習者熟練掌握四軸聯動技術，并能夠處理更復雜的圓形設計和鏤空元素。在這一階段，學生需要學會使用三維立體圖形制作四軸機床識別程序，創建圓雕專用旋轉浮雕。這些任務不僅考驗學生的操作技能，還要求學生具備較高的操作經驗。

最后，學生將面臨五軸雕刻的挑戰。五軸雕刻包括定向雕刻和聯動雕刻等，要求學生精確控制五軸聯動，進行復雜的立體設計和雕刻。在這一階段，學生需要掌握變換模型和毛坯計算功能對輸入的模型進行參數調整，以及利用模型的創建和坐標變換實現五軸聯動等高級技能。這些任務不僅要求學習者具備高度的操作技能，還需要豐富的經驗和對機床性能的深入理解。

2．工作項目教學化處理

雖然工作項目序化處理確定了工作項目學習順序，但為使工作項目具有教學意義，增加工作項目的教學可操作性，還需要對項目進行教學化處理。基于學生掌握技能的規律，通過“基本原理→工藝編制→操作步驟學習→操作完成”這樣的步驟進行設計處理。

增加基礎性項目。對于中職二年級學生而言，雖然已接觸過數控機床、車床等相關知識，但雕刻機的領域與前者存在較大差異。直接接觸企業真實產品，在初始學習階段即便是面對最基礎的產品也顯得相當困難。為滿足項目課程的要求，即將知識均勻分配到各個項目中，而非要求學生在一個項目中即刻掌握全部知識，研究因此引入了入門項目“雕刻機床與雕刻刀具認識”。通過基礎項目的學習，學生能夠掌握雕刻機的基本知識和刀具選擇方法，同時對雕刻行業的發展有了初步認知。

增加過渡性任務。充分考慮到學生的認知特點和現有能力水平，同時結合工作任務的復雜性和教學內容的深度，對任務進行了合理的分解，能保證學生更好地完成項目學習。在三軸平面雕刻項目中，學生通常難以在掌握二維刻字的同時掌握浮雕畫雕刻。因此，在該項目中設計了一個過渡性的學習任務——字雕刻，作為從簡單到復雜的橋梁，幫助學生逐步掌握技能，增強其教學價值。

根據數控技術應用專業的實際情況，結合已經完成的項目序化和教學化處理，成功實現了從企業真實項目到教學項目以及從工作任務到學習任務的轉化。最終的教學項目和學習任務安排見表3。表3課程教學項目與學習任務安排表

五、基于CDIO工程教育理念的“數控雕刻加工技術與實操”項目課程評價

基于CDIO理念的課程評價旨在引導學生發揮潛能、培養興趣、提高科學素養，使其健康發展。在CDIO理念下，課程評價不是批判性或歧視性的，而是一種指導性的方法，旨在更好地了解學生的學習過程，關注他們的思考、進步和問題解決能力。CDIO標準11明確指出，在教學過程中，應該綜合評估學生的人際交往、產品設計、規程制定和系統建設能力，以及學科知識等方面的學習情況。

作為廣泛應用于評估企業培訓效果的模式，柯氏四級評估法逐漸在教育領域得到應用。該評估方法能夠同時考量教師、學生和企業等多個評價主體，同時包括終結性和過程性評價。本研究借鑒了李洪慧在中職旅游專業混合式學習效果評價方面的基礎方法，并在柯氏四級培訓評估模式的基礎上，依據CDIO標準11，構建了四層課程評價模型對本項目課程進行評價（如圖4）。

該評價模型包括四個層級，分別是反應、學習、行為和結果。在反應層面，即課程滿意度評價，通過學生滿意度評價調查問卷，了解學生對中職“數控雕刻加工技術與實操”課程的整體滿意度。學習層面，即學習效果評價，通過上課過程記錄和理論考試，評定學生對雕刻相關知識和技能的掌握情況。行為層面，即行為表現評價，通過實操考核，檢驗學生行為展現的職業素養和對企業SS管理標準的把握。最終，在結果層面，通過教師、專家對課程方案的問卷測評，以檢驗課程是否達到CDIO工程教育培養效果，以及課程學習對學生工程認知水平、實踐能力以及情感態度的提升程度。

為了不斷適應數控雕刻技術和產業的快速發展，提高雕刻專業人才的素質，解決“數控雕刻加工技術與實操”課程存在問題，實現教學與生產的有效對接，研究將繼續以項目課程開發路徑為基礎，以CDIO工程教育理念為指導，以企業真實產品為載體，以學生的職業能力為培養目標，不斷完善和優化課程內容、課程標準，并開發配套適用的教學資源。

（作者單位：1．廣西師范大學職業技術師范學院，廣西壯族自治區，桂林541004；2．佛山市順德區胡錦超職業技術學校，廣東，佛山528306）

基金項目：2023年廣西研究生教育創新計劃項目“基于知識審計的中職《工業機器人技術基礎》課程知識體系重構研究”（YCSW 2023124）；2023年國家社會科學基金西部項目“西南民族地區職業教育賦能技藝類非遺活態傳承的機制研究”（23XM2012）