基于CDIO的大學生創新能力培養體系的研究

摘要：本文首先介紹了CDIO工程教育模式，然后討論了基于CDIO工程教育模式的大學生創新能力培養體系的改革。以移動機器人為項目對象，重點討論了項目構思、設計、實現和運作等實施情況。將CDIO工程教育模式應用到人才培養中，增強了學生的解決問題能力、創造思維能力以及團隊協作能力。

關鍵詞：CDIO；創新能力；培養體系

中圖分類號：G642.0文獻標志碼：A文章編號：1674-9324（2012）11-0041-02

21世紀是科技突飛猛進，日新月異的世紀，21世紀的競爭歸根到底是人才的競爭。而當今中國的高校教育大多以知識教育為主，忽視創造能力的培養。因此，如何提高大學生創新能力是教育教學改革面臨的重大課題。在這方面，我們進行了有益的探索。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。山東理工大學是一所以理工為主的多科性省屬重點大學，注重學生創新能力的培養，選定國際上公認的CDIO工程教育理念，于2009年初成為教育部CDIO工程教育模式研究與實踐課題組試點工作組高校成員，是山東省唯一一所加入CDIO項目的高校。

一、CDIO工程教育

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。國內外的經驗都表明CDIO的理念和方法是先進可行的，適合高校工科教育教學過程各個環節的改革。CDIO的理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。瑞典國家高教署（Swedish National Agency for Higher Education）2005年采用這12條標準對本國100個工程學位計劃進行評估，結果表明，新標準比原標準適應面更寬，更利于提高質量。

二、基于CDIO的大學生創新能力培養體系

機械電子工程專業作為CDIO培養模式的試點專業，我們對2009級機械電子工程專業進行了改革。我們的改革目標是通過注重培養學生系統工程技術能力，以及較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力，吸收世界先進的工程教育理念，建立符合國際工程師認證的課程體系，具體實施過程如下。

1.基于CDIO的機械電子工程專業培養方案的制訂：通過調研汕頭大學、燕山大學、哈爾濱理工大學、成都信息工程學院等，廣泛聽取他們的意見，根據本校情況，制定和完善了基于CDIO的機械電子工程專業培養方案。將CDIO項目按規模和范圍劃分為三個模塊：第I模塊為包含本專業主要基礎核心課程和能力要求的項目；第II模塊為包含一組相關核心課程、能力要求的項目；第III模塊為增強課程能力與理解而設的項目。

2.項目對象的選取和實施：機器人技術因其科技含量高、創新性強的特點，是培養大學生創新能力的一條有效途徑。因此選定老師們自行設計的移動機器人作為項目對象貫穿于CDIO項目，編寫了《機電系統設計與制造第I模塊指導書》，于2010～2011第二學期19～20周在機電090102班進行實施。具體實施情況如下：學生在教師指導下通過對移動機器人這一典型機電一體化產品進行解剖；了解其各個關鍵部件（包括機械系統組件和控制系統組件）的具體結構和連接方式；對其各個部件進行測繪；繪制零件圖和裝配圖；進行機器人三維零件設計和機器人整體裝配設計。機械電子工程學生培養計劃中的第II模塊開設在第六學期，時間安排2周。在第四學期一級項目的基礎上，本次二級項目進一步要求學生通過團隊合作的方法完成機器人整體結構的設計。通過具體給定不同的設計參數和機器人操作任務，由學生自由組成團隊，合作完成機器人各關鍵部件的詳細設計，要求每個學生獨立完成給定的局部設計任務，并保證團隊內部學生設計的各個部件之間的良好連接；機械電子工程學生培養計劃中的第III模塊開設在第七學期，時間安排為3周。在第四學期和第六學期I、II級項目的基礎上，本次三級項目進一步要求學生通過團隊合作的方法完成機器人控制系統設計。通過單片機、工控機、PLC等方案對第I、II級確定的項目進行控制系統設計，培養學生綜合運用所學的基礎理論和專業知識，獨立進行機電產品設計工作，掌握機電產品中控制系統設計的一般程序和方法，并結合設計進一步鞏固和擴大知識領域。

3.課堂教學、實驗教學等方面的改革。①課程教學方面：以機械電子工程學生為試點，大力開展與機器人技術相關的課程教學，廣泛征求有關專家意見并汲取兄弟院校在此方面提供的寶貴經驗，結合創新目的在機械電子工程本科教學計劃中設置“機器人技術及應用”相關理論課程。在《傳感器技術》、《機電一體化系統設計》等課程中添加專門章節介紹機器人相關技術，充分利用各種教育資源，采取多種教學手段，如多媒體技術、仿真技術現場演示，從中穿插旨在培養學生動手操作能力的機器人組裝、調試等內容。②實驗教學方面：廢除陳舊的實驗，減少驗證性實驗，增設綜合性、設計性、創新性實驗。在實驗課中，鼓勵學生大膽實踐，各種傳感器、電路板的制作和焊接完全自己動手，機械傳動機構盡可能熟練拆裝。學生加深對機器人技術涉及的多學科門類的了解。

4.以參加競賽活動為依托，加強創新能力的培養。鼓勵學生參加全國機器人大賽和山東省機電產品大賽等，取得了很好的成績：2009年12月，“2009中國機器人大賽暨RoboCup公開賽”（湖南長沙）：擂臺機器人獲一等獎；2009年12月，“2009中國機器人大賽暨RoboCup公開賽”（上海）：雙足競步機器人交叉足獲一等獎，狹窄足獲季軍；2010年7月，“2010中國機器人大賽暨RoboCup公開賽”（鄂爾多斯）：雙足競步機器人交叉足獲一等獎，狹窄足獲二等獎，舞蹈機器人獲二等獎；2011年8月，“2011中國機器人大賽暨RoboCup公開賽”（甘肅蘭州）：雙足競步機器人大學組（交叉足印）獲一等獎，雙足競步機器人大學組（狹窄足?。┇@一等獎，醫療與服務機器人規定動作項目獲三等獎；2010年第七屆山東省大學生機電產品創新設計競賽中，5項獲得一等獎、4項獲得二等獎、1項獲得三等獎；2011年第八屆山東省大學生機電產品創新設計競賽中，6項獲得一等獎、5項獲得二等獎、2項獲得三等獎。

基于CDIO工程教育理念構建機械電子工程專業應用型人才培養模式，注重提高大學生創新能力的培養，帶動我院在課程、實驗室建設等方面進行教學內容、教學方法的改革，增強了學生解決問題能力、創造思維能力以及團隊協作能力，為機械電子工程專業應用型人才培養奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]顧佩華，沈民奮，李升平，等.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究，2008，（1）：12-20.

作者簡介：董愛梅（1971-），女，山東梁山人，山東理工大學副教授，碩士，從事機電一體化方向的研究。