陳勇+金建國(guó)+陳萍+王濤

摘要：結(jié)合CDIO的工程教學(xué)理念，以不同層次和主題的大學(xué)生創(chuàng)新大賽為契機(jī)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望，深入開展基于課外的學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)，以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方法，完成項(xiàng)目的C（構(gòu)思）、D（設(shè)計(jì)）、I（實(shí)現(xiàn)），從而達(dá)到鍛煉學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)實(shí)踐的能力，在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)綜合知識(shí)的運(yùn)用上取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：CDIO；主動(dòng)學(xué)習(xí)；主動(dòng)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）05-0040-02

一、前言

CDIO是由MIT和瑞典三所大學(xué)在瓦倫堡基金會(huì)支持下，從2000年開始跨國(guó)研究后提出的一個(gè)工程教育改革模式，CDIO是指構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)行（Operate），它涉及現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運(yùn)行改良乃至終結(jié)廢棄的生命全過程[1]。CDIO工程教育理念就是要以此全過程為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，此能力不僅包括學(xué)科知識(shí)，而且包括學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)交流能力和在社會(huì)環(huán)境下的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行能力。

在國(guó)內(nèi)外CDIO的研究與實(shí)踐中，大部分集中在軟件學(xué)院，對(duì)機(jī)械類工科大學(xué)生課外實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)的研究模式較少，更沒有具體對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造方向的專門論述[2，3]。我們以不同層次的學(xué)科競(jìng)賽為契機(jī)，圍繞現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，引入現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法，吸引、鼓勵(lì)廣大學(xué)生踴躍參加延伸于課外的實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，為到企業(yè)工程實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)，并在學(xué)生中已取得了一定的影響。

二、CDIO框架下內(nèi)容的設(shè)計(jì)

上海大學(xué)精密機(jī)械系與Autodesk中國(guó)研究院合作多年來，一直采用歐特克機(jī)械類先進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造和可視化軟件以及解決方案，來提升機(jī)械設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力，歐特克提供了多次學(xué)生實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)和客戶體驗(yàn)活動(dòng)，同時(shí)提供了相應(yīng)的技術(shù)支持，建立了“上海大學(xué)-歐特克大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”即歐特克設(shè)計(jì)創(chuàng)意軟件捐贈(zèng)計(jì)劃示范實(shí)驗(yàn)室。為大學(xué)生課外實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)與實(shí)踐提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。CDIO的目標(biāo)是把學(xué)生培養(yǎng)成能夠掌握深厚技術(shù)的知識(shí)；能夠領(lǐng)導(dǎo)新產(chǎn)品和新系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)行；能夠理解技術(shù)的研究和發(fā)展對(duì)社會(huì)的重要性。本課外實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)圍繞上述目標(biāo)，突出機(jī)械工程學(xué)科基礎(chǔ)與核心，強(qiáng)化機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用，通過創(chuàng)設(shè)符合教學(xué)內(nèi)容要求的情境，要求學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方法，完成主題項(xiàng)目的C（構(gòu)思）、D（設(shè)計(jì)）、I（實(shí)現(xiàn)）和O（運(yùn)作）。使學(xué)生深刻體會(huì)到如何運(yùn)用學(xué)到的知識(shí)表達(dá)自己的設(shè)計(jì)思想。依托實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)生機(jī)械CAD創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)定期組織參加每年的“上圖杯”大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)大賽、“高教杯”全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽，檢驗(yàn)課程教學(xué)改革的成效，令學(xué)生了解現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，使設(shè)計(jì)表達(dá)更加快捷、清晰、高效，也使他們對(duì)機(jī)械專業(yè)有更多的熱愛和理解。

以全國(guó)大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽主題為項(xiàng)目，引入機(jī)械類先進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，要求同學(xué)完成項(xiàng)目的C（構(gòu)思）、D（設(shè)計(jì)）、I（實(shí)現(xiàn)）和O（運(yùn)作）。圖1為數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽一等獎(jiǎng)部分作品，從而達(dá)到鍛煉學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)實(shí)踐的能力，展現(xiàn)學(xué)生制圖標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)表達(dá)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬、仿真的能力，鍛煉學(xué)生把想法變成圖形的能力、把圖形變成模型的能力、把模型變成實(shí)物的能力。

把模型變成實(shí)物的能力，鍛煉學(xué)生如何使用不同的系統(tǒng)進(jìn)行加工制造，認(rèn)識(shí)和思考不同的加工制造理念：數(shù)控機(jī)床的操作學(xué)習(xí)，3D打印知識(shí)的開拓，CAM軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用。用不同的制造方法制造出模型零件并進(jìn)行裝配調(diào)試，完成項(xiàng)目的具體要求。如圖2為學(xué)生3D打印的模型。

校企協(xié)同的工程教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)了解企業(yè)，深度融入企業(yè)，拓展問題視野，發(fā)現(xiàn)企業(yè)及業(yè)界需求。并通過企業(yè)認(rèn)識(shí)社會(huì)，關(guān)注人類和社會(huì)問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的人文情懷，提高學(xué)生的綜合工程素養(yǎng)。

三、具體活動(dòng)的實(shí)施

現(xiàn)有的課外實(shí)踐性活動(dòng)存在如下的問題：內(nèi)容陳舊，遵循固定模式[3]。學(xué)生學(xué)習(xí)不主動(dòng)，學(xué)習(xí)興趣未調(diào)動(dòng)起來，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)踐性教學(xué)目標(biāo)中學(xué)生能力的培養(yǎng)。通過報(bào)名和選拔，每年組織50人左右大三學(xué)生，廣泛參與，讓盡量多的同學(xué)參與到課外科技活動(dòng)中。為了推出優(yōu)秀學(xué)生參加“上圖杯”、“高教杯”競(jìng)賽，會(huì)預(yù)先舉行選拔賽，該選拔賽作為機(jī)自學(xué)院學(xué)生會(huì)科技節(jié)的內(nèi)容之一，除了以選拔賽方式挑選參賽學(xué)生的途徑外，還將參加課外創(chuàng)新活動(dòng)的學(xué)生直接列為參賽隊(duì)員。將選拔出來的優(yōu)秀學(xué)生組合成若干參賽小組，并配備指導(dǎo)教師進(jìn)行全程培訓(xùn)和指導(dǎo)。一般，指導(dǎo)教師每周要對(duì)學(xué)生進(jìn)行一次系統(tǒng)培訓(xùn)，并在實(shí)踐過程中指導(dǎo)教師要全程參與指導(dǎo)。通過培訓(xùn)和強(qiáng)化訓(xùn)練，學(xué)生不僅鞏固了以前學(xué)到的知識(shí)，而且增強(qiáng)了動(dòng)手能力和初步設(shè)計(jì)能力。

協(xié)同合作、共同培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新能力。與德爾福派克電氣有限公司開展了企業(yè)工程實(shí)踐教育的試點(diǎn)培養(yǎng)工作，同時(shí)為滿足企業(yè)快速發(fā)展對(duì)人才及技術(shù)研發(fā)的需求，實(shí)現(xiàn)資源共享、互惠共贏，每年開展以提高學(xué)生動(dòng)手能力為目的的德爾福派克大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽。所有項(xiàng)目都是企業(yè)必須解決的課題，與工程師一起討論設(shè)計(jì)方案，提交技術(shù)方案、學(xué)習(xí)CAD相關(guān)知識(shí)、建立數(shù)據(jù)模型、適當(dāng)?shù)姆治觯诖诉^程中與企業(yè)工程師召開各種論證會(huì)，鍛煉學(xué)生的協(xié)作能力和領(lǐng)導(dǎo)能力。

在學(xué)習(xí)與實(shí)踐中遇到較多的是機(jī)電產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)，以結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)為目標(biāo)，內(nèi)容范圍為：幾種特定的目標(biāo)產(chǎn)品（重點(diǎn)為機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度）的設(shè)計(jì)。譬如，2014年全國(guó)大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽，設(shè)計(jì)內(nèi)容范圍為“面向3D打印的玩具、機(jī)器模型、假肢的設(shè)計(jì)”；2013年德爾福派克大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽，一種充電槍與充電座連接的卡扣機(jī)構(gòu)等。圖3所示。

以項(xiàng)目方式進(jìn)行，具體由學(xué)生自定，學(xué)生自行查找資料獨(dú)立進(jìn)行，3人組隊(duì)合作共同完成，使用Inventor三維設(shè)計(jì)軟件。通過課外實(shí)踐性活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)械工程科學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力，設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)、零部件的能力，對(duì)于機(jī)械工程問題進(jìn)行系統(tǒng)表達(dá)、建立模型、分析求解和論證的能力，在機(jī)械工程實(shí)踐中初步掌握并使用各種技術(shù)、技能和現(xiàn)代工程工具的能力，以及在團(tuán)隊(duì)中工作、與他人合作的能力。

四、成果與展望

近幾年來，在指導(dǎo)大學(xué)生機(jī)械類相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽和大學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)中，作了一定的實(shí)踐與探索，組織參加了四屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)大賽、四屆“上圖杯”上海大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)大賽、四屆“高教杯”全國(guó)大學(xué)生先進(jìn)成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、三屆德爾福派克大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽等多項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目。競(jìng)賽結(jié)果及所反饋的情況也從一定程度上反映了我們當(dāng)前實(shí)踐活動(dòng)中存在的問題，這應(yīng)當(dāng)引起我們足夠的重視。接下來我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)真思考幾個(gè)問題：教學(xué)內(nèi)容如何更好地適應(yīng)企業(yè)需求；如何在教學(xué)中融入更多的實(shí)踐內(nèi)容；如何在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力方面做出改進(jìn)。

展望：結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和人才培養(yǎng)要求，增加學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)比重，改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，改善實(shí)踐教學(xué)條件，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，配齊配強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室人員，鼓勵(lì)高水平教師承擔(dān)實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室、活動(dòng)基地和實(shí)踐教學(xué)共享平臺(tái)建設(shè)。

繼續(xù)深入開展基于課外的學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)，構(gòu)建自由開放、寬容失敗的學(xué)術(shù)氣氛，營(yíng)造協(xié)同創(chuàng)新的文化，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)求真、人文為善、藝術(shù)致美、技術(shù)務(wù)實(shí)的工程素養(yǎng)和不斷提升學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

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http：//www.edio.org/cdio_syllabus_rept/index.html.endprint