杜玉紅++李蘭+史華++原平++李艷琦++趙地

[摘要]本文從CDIO工程教育的內(nèi)容入手，通過對(duì)我校開展的以競賽帶動(dòng)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，建設(shè)創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)；課程設(shè)計(jì)實(shí)物化，以實(shí)踐深化理論教學(xué)；設(shè)計(jì)制造企業(yè)一線實(shí)訓(xùn)，以實(shí)踐驗(yàn)證理論教學(xué)的工程教學(xué)理念，闡述了CDIO工程教育在大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)中的作用。

[關(guān)鍵詞] CDIO；科技創(chuàng)新；大學(xué)生競賽

[中圖分類號(hào)]G642

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1671-5918（2015）24-0095-02

一、前言

《高等教育法》中規(guī)定高等教育的任務(wù)是“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專門人才”，所以大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)應(yīng)該成為高校培養(yǎng)方案的重要組成部分。CDIO工程教育模式為現(xiàn)行的高等工科教育和創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)提供了的有效途徑。

CDIO是以產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程間緊密聯(lián)系的一種學(xué)習(xí)過程。高校大學(xué)生的科技項(xiàng)目和科技競賽均是按照CDIO工程教育模式進(jìn)行的。學(xué)生結(jié)合自己的興趣與特長，參加大學(xué)生科技項(xiàng)目、實(shí)踐活動(dòng)、科技競賽等來確定自己的發(fā)展方向。高校通過完善大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)管理，促進(jìn)工程教育模式改革，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。

二、基于CDIO工程教育構(gòu)建的基礎(chǔ)平臺(tái)

（一）創(chuàng)新實(shí)踐硬件平臺(tái)

近年來，機(jī)械工程學(xué)院以CDIO工程教育理念打造大學(xué)生科技創(chuàng)新孵化器，搭建創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，建立機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室。表1為近三年機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室購置的主要設(shè)備。

創(chuàng)新實(shí)踐硬件平臺(tái)以機(jī)電綜合控制實(shí)驗(yàn)為主，發(fā)展以單片機(jī)、微機(jī)、工控機(jī)、PLC為代表的機(jī)電控制技術(shù)，以信息的采集、處理、反饋以及接口技術(shù)為主線，在機(jī)、電、液、氣等多種系統(tǒng)中進(jìn)行綜合創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，取得長足、快速的發(fā)展，形成“設(shè)計(jì)、制造、控制、檢測”四位一體互相支持的一個(gè)完整實(shí)踐教學(xué)體系，完成實(shí)踐教學(xué)、實(shí)踐課程、理論課程的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)任務(wù)。

（二）校企合作平臺(tái)

密切聯(lián)系行業(yè)和企業(yè)，建立了穩(wěn)定的校外實(shí)訓(xùn)基地，加強(qiáng)和推進(jìn)了校外頂崗實(shí)習(xí)的力度。同時(shí)，建立健全了長效機(jī)制，完善管理制度和考核辦法，使企業(yè)、學(xué)校、學(xué)生三方受益，使校企合作、工學(xué)結(jié)合具有可持續(xù)發(fā)展能力。

為推進(jìn)CDIO工程教育和“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的開展與實(shí)施，在多年的產(chǎn)學(xué)研合作的基礎(chǔ)上，2010年我校依托經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司建立了工程實(shí)踐教育中心，2012年獲批國家級(jí)建設(shè)單位。2013年天津工業(yè)大學(xué)一經(jīng)緯紡機(jī)股份有限公司國家級(jí)工程實(shí)踐教育中心正式掛牌，標(biāo)志著我院在校企合作方面邁出了更加堅(jiān)實(shí)的一步。多年來企業(yè)為提升我校我院學(xué)生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力作出了卓越貢獻(xiàn)。

（三）科技創(chuàng)新實(shí)際課題

機(jī)械工程學(xué)院基于CDIO工程教育吸引學(xué)生參與教師科研、學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等科技活動(dòng)，結(jié)合國家大學(xué)生創(chuàng)新課題、學(xué)校創(chuàng)新課題、學(xué)院創(chuàng)新課題以及自擬（教師給定或自己選定）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最后以實(shí)物或者論文形式提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。以精心設(shè)計(jì)的課題、優(yōu)質(zhì)的管理、良好的儀器設(shè)備吸引教師、研究人員和學(xué)生參與。配備有經(jīng)驗(yàn)豐富的教師作指導(dǎo)將專業(yè)理論知識(shí)以趣味性、科學(xué)性、實(shí)用性和挑戰(zhàn)性形式傳授給學(xué)生，使得學(xué)生在此創(chuàng)新空間內(nèi)充分發(fā)揮想象力與創(chuàng)造力，最大限度發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性?？己艘罁?jù)是學(xué)生是否獲獎(jiǎng)、發(fā)表科技論文、申請專利、各類挑戰(zhàn)杯獲獎(jiǎng)等。

開展的課程主要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，以及學(xué)校的“啟智夏令營項(xiàng)目”培訓(xùn)課程；機(jī)械學(xué)院參加的大學(xué)生科技競賽項(xiàng)目主要有“全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽”、“中國機(jī)器人大賽暨RoboCup公開賽”、“全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽”、“全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”、“華北五?。ㄊ?、自治區(qū)）大學(xué)生機(jī)器人大賽”等國內(nèi)高水平競賽項(xiàng)目。每年參加全國、天津市、學(xué)校的科技競賽200余項(xiàng)，800余人次。每年學(xué)生參加的大學(xué)生競賽，獲得省部級(jí)及以上競賽獎(jiǎng)項(xiàng)，獲省部級(jí)以上獎(jiǎng)500人次。

三、基于CDIO模式實(shí)踐教學(xué)的體會(huì)

（一）實(shí)踐教學(xué)方法的建設(shè)

機(jī)械工程學(xué)院CDIO工程教育是將“培養(yǎng)和提高學(xué)生造型能力和模型制作樣機(jī)生產(chǎn)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力”確立為實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)。把建設(shè)“多層次、體系化、多樣化”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系確立為實(shí)踐教學(xué)發(fā)展目標(biāo)。通過深化改革，全面開放實(shí)驗(yàn)中心，完善資源共享機(jī)制，提高儀器設(shè)備的利用率和投資效益，將實(shí)驗(yàn)中心建成貫穿學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)全過程，集設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、制作、制造、控制為一體的服務(wù)于多層次設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)和科技創(chuàng)新活動(dòng)的實(shí)踐教學(xué)基地。

建立以學(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生自我訓(xùn)練為主的競賽教學(xué)模式。通過CDIO工程理念具體開展了圍繞專業(yè)核心課程建設(shè)多層次、系列化的學(xué)生競賽項(xiàng)目，學(xué)生能夠更多地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)。對(duì)本科生培養(yǎng)以創(chuàng)新性實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)為核心，以基礎(chǔ)理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、學(xué)術(shù)講座為支撐，構(gòu)建創(chuàng)新型人才能力訓(xùn)練體系。主要有科學(xué)研究方法的訓(xùn)練、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法的訓(xùn)練、大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等三個(gè)層次，以培養(yǎng)“高素質(zhì)的工程技術(shù)人才”為根本目標(biāo)，以“引導(dǎo)和深化理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、工程能力和創(chuàng)新精神”為實(shí)踐教學(xué)理念，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力的高素質(zhì)工程技術(shù)人才，將我院發(fā)展成為面向天津市機(jī)械制造類本科生實(shí)施創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)基地，成為為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)的人才培養(yǎng)基地和研究成果孵化基地。

（二）以科學(xué)嚴(yán)格的管理機(jī)制和激勵(lì)機(jī)制做保障

建立嚴(yán)格的管理與長期開放的機(jī)制，制定實(shí)踐教學(xué)管理文件。包括創(chuàng)新實(shí)踐中心管理制度、教師職責(zé)、活動(dòng)小組管理制度、實(shí)驗(yàn)室安全條例、實(shí)驗(yàn)室開放管理制度、實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備借還登記管理制度。

以大三、大四高年級(jí)本科生為競賽活動(dòng)選拔對(duì)象，由平時(shí)實(shí)踐課堂選拔一批參加夏令營培訓(xùn)再擇優(yōu)選取一定人員進(jìn)行加強(qiáng)培訓(xùn)，準(zhǔn)備賽事。由指導(dǎo)教師統(tǒng)一管理、指導(dǎo)競賽，研究生輔助指導(dǎo)、配合工作，低年級(jí)本科生觀摩學(xué)習(xí)，以作為儲(chǔ)備力量培養(yǎng)，對(duì)參加競賽的學(xué)生要求賽后經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，召開經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)談，由高年級(jí)搭配低年級(jí)本科生攜手競賽，保證賽事經(jīng)驗(yàn)的傳承，對(duì)學(xué)生參加科技競賽提供一定的經(jīng)費(fèi)支持，對(duì)教師指導(dǎo)學(xué)生競賽給予獎(jiǎng)勵(lì)等一系列在制度上給予保證。

（三）CDIO工程教育在機(jī)器人實(shí)踐中心的具體應(yīng)用

針對(duì)不同學(xué)習(xí)階段和層次的學(xué)生特點(diǎn)及專業(yè)教學(xué)的需求，以機(jī)器人對(duì)象為載體，提供創(chuàng)新工程訓(xùn)練的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

學(xué)生通過對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行親自組裝、基本電子電路的搭建，信號(hào)檢測和分析調(diào)試，編寫控制軟件，控制機(jī)器人的各種行為，完成對(duì)人形機(jī)器人系統(tǒng)的各種演示、驗(yàn)證和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。通過采購已有成型機(jī)器人產(chǎn)品，通過研究其設(shè)計(jì)方式、編程方法、控制方法等逐步建立設(shè)計(jì)的整體思路。對(duì)已有進(jìn)產(chǎn)品行改造和挖掘包括二次編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)更多功能，為進(jìn)一步獨(dú)立設(shè)計(jì)產(chǎn)品打好基礎(chǔ)。由學(xué)生和教師利用實(shí)驗(yàn)室資源或采買元器件獨(dú)立完成從方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、工程安裝、軟件編程、運(yùn)行調(diào)試的全過程。如何連接至人形機(jī)器人主板上；如何將編輯器、編譯器、調(diào)試器等硬件縮微集成。如何實(shí)現(xiàn)離線對(duì)人形機(jī)器人專用主芯片進(jìn)行編程、固化；研究帶有遠(yuǎn)程無線遙控功能和編輯示教功能的電子裝置，控制隊(duì)表演。研究數(shù)碼編程方法、語音指示說明的實(shí)現(xiàn)方法。研究機(jī)器人影像識(shí)別和傳輸方法等等內(nèi)容，提高了各年級(jí)學(xué)生對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子電路、信號(hào)分析、檢測技術(shù)與傳感器、控制技術(shù)、軟件硬件系統(tǒng)基礎(chǔ)等基本工程概念的理解和學(xué)習(xí)。

四、結(jié)論

以“引導(dǎo)和深化理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、工程能力和創(chuàng)新精神”為實(shí)踐教學(xué)宗旨，突出CDIO工程教育的理念，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解機(jī)械系統(tǒng)或機(jī)電產(chǎn)品的技術(shù)動(dòng)態(tài)、技術(shù)水平、工藝過程；為學(xué)生提供機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試、測試等實(shí)踐過程；通過課程、技術(shù)講座、大學(xué)生科技競賽培訓(xùn)等活動(dòng)，將信息技術(shù)傳授給學(xué)生，組織學(xué)生課外科學(xué)實(shí)踐和課外創(chuàng)新活動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生實(shí)踐興趣，提高實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。endprint