基于CDIO的大學生課外創(chuàng)新活動與實踐

陳勇+金建國+陳萍+王濤

摘要：結(jié)合CDIO的工程教學理念，以不同層次和主題的大學生創(chuàng)新大賽為契機，激發(fā)學生學習的欲望，深入開展基于課外的學生實踐創(chuàng)新活動，以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方法，完成項目的C（構(gòu)思）、D（設(shè)計）、I（實現(xiàn)），從而達到鍛煉學生主動學習和主動實踐的能力，在培養(yǎng)學生專業(yè)綜合知識的運用上取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：CDIO；主動學習；主動實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）05-0040-02

一、前言

CDIO是由MIT和瑞典三所大學在瓦倫堡基金會支持下，從2000年開始跨國研究后提出的一個工程教育改革模式，CDIO是指構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate），它涉及現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思研發(fā)到運行改良乃至終結(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)學生的工程能力，此能力不僅包括學科知識，而且包括學生的終身學習能力、團隊交流能力和在社會環(huán)境下的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行能力。

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

二、CDIO框架下內(nèi)容的設(shè)計

上海大學精密機械系與Autodesk中國研究院合作多年來，一直采用歐特克機械類先進數(shù)字化設(shè)計、制造和可視化軟件以及解決方案，來提升機械設(shè)計與創(chuàng)新能力，歐特克提供了多次學生實習機會和客戶體驗活動，同時提供了相應(yīng)的技術(shù)支持，建立了“上海大學-歐特克大學生創(chuàng)新實驗室”即歐特克設(shè)計創(chuàng)意軟件捐贈計劃示范實驗室。為大學生課外實踐創(chuàng)新活動與實踐提供了堅實的基礎(chǔ)。CDIO的目標是把學生培養(yǎng)成能夠掌握深厚技術(shù)的知識；能夠領(lǐng)導新產(chǎn)品和新系統(tǒng)的開發(fā)與運行；能夠理解技術(shù)的研究和發(fā)展對社會的重要性。本課外實踐創(chuàng)新活動圍繞上述目標，突出機械工程學科基礎(chǔ)與核心，強化機械制圖、機械原理、機械設(shè)計等課程的現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)用，通過創(chuàng)設(shè)符合教學內(nèi)容要求的情境，要求學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方法，完成主題項目的C（構(gòu)思）、D（設(shè)計）、I（實現(xiàn)）和O（運作）。使學生深刻體會到如何運用學到的知識表達自己的設(shè)計思想。依托實驗室和大學生機械CAD創(chuàng)新團隊定期組織參加每年的“上圖杯”大學生先進成圖技術(shù)大賽、“高教杯”全國大學生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽，檢驗課程教學改革的成效，令學生了解現(xiàn)代設(shè)計方法和手段，使設(shè)計表達更加快捷、清晰、高效，也使他們對機械專業(yè)有更多的熱愛和理解。

以全國大學生機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計大賽主題為項目，引入機械類先進數(shù)字化設(shè)計軟件，要求同學完成項目的C（構(gòu)思）、D（設(shè)計）、I（實現(xiàn)）和O（運作）。圖1為數(shù)字化設(shè)計大賽一等獎部分作品，從而達到鍛煉學生主動學習和主動實踐的能力，展現(xiàn)學生制圖標準、設(shè)計表達、機構(gòu)運動模擬、仿真的能力，鍛煉學生把想法變成圖形的能力、把圖形變成模型的能力、把模型變成實物的能力。

把模型變成實物的能力，鍛煉學生如何使用不同的系統(tǒng)進行加工制造，認識和思考不同的加工制造理念：數(shù)控機床的操作學習，3D打印知識的開拓，CAM軟件的學習與應(yīng)用。用不同的制造方法制造出模型零件并進行裝配調(diào)試，完成項目的具體要求。如圖2為學生3D打印的模型。

校企協(xié)同的工程教學，引導學生主動了解企業(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)認識社會，關(guān)注人類和社會問題，從而培養(yǎng)學生的人文情懷，提高學生的綜合工程素養(yǎng)。

三、具體活動的實施

現(xiàn)有的課外實踐性活動存在如下的問題：內(nèi)容陳舊，遵循固定模式[3]。學生學習不主動，學習興趣未調(diào)動起來，難以實現(xiàn)實踐性教學目標中學生能力的培養(yǎng)。通過報名和選拔，每年組織50人左右大三學生，廣泛參與，讓盡量多的同學參與到課外科技活動中。為了推出優(yōu)秀學生參加“上圖杯”、“高教杯”競賽，會預先舉行選拔賽，該選拔賽作為機自學院學生會科技節(jié)的內(nèi)容之一，除了以選拔賽方式挑選參賽學生的途徑外，還將參加課外創(chuàng)新活動的學生直接列為參賽隊員。將選拔出來的優(yōu)秀學生組合成若干參賽小組，并配備指導教師進行全程培訓和指導。一般，指導教師每周要對學生進行一次系統(tǒng)培訓，并在實踐過程中指導教師要全程參與指導。通過培訓和強化訓練，學生不僅鞏固了以前學到的知識，而且增強了動手能力和初步設(shè)計能力。

協(xié)同合作、共同培養(yǎng)學生工程創(chuàng)新能力。與德爾福派克電氣有限公司開展了企業(yè)工程實踐教育的試點培養(yǎng)工作，同時為滿足企業(yè)快速發(fā)展對人才及技術(shù)研發(fā)的需求，實現(xiàn)資源共享、互惠共贏，每年開展以提高學生動手能力為目的的德爾福派克大學生設(shè)計競賽。所有項目都是企業(yè)必須解決的課題，與工程師一起討論設(shè)計方案，提交技術(shù)方案、學習CAD相關(guān)知識、建立數(shù)據(jù)模型、適當?shù)姆治?，在此過程中與企業(yè)工程師召開各種論證會，鍛煉學生的協(xié)作能力和領(lǐng)導能力。

在學習與實踐中遇到較多的是機電產(chǎn)品的三維設(shè)計，以結(jié)構(gòu)與強度設(shè)計能力培養(yǎng)為目標，內(nèi)容范圍為：幾種特定的目標產(chǎn)品（重點為機構(gòu)結(jié)構(gòu)與強度）的設(shè)計。譬如，2014年全國大學生機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計大賽，設(shè)計內(nèi)容范圍為“面向3D打印的玩具、機器模型、假肢的設(shè)計”；2013年德爾福派克大學生設(shè)計競賽，一種充電槍與充電座連接的卡扣機構(gòu)等。圖3所示。

以項目方式進行，具體由學生自定，學生自行查找資料獨立進行，3人組隊合作共同完成，使用Inventor三維設(shè)計軟件。通過課外實踐性活動，培養(yǎng)學生具有機械工程科學知識的應(yīng)用能力，設(shè)計機械系統(tǒng)、零部件的能力，對于機械工程問題進行系統(tǒng)表達、建立模型、分析求解和論證的能力，在機械工程實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，以及在團隊中工作、與他人合作的能力。

四、成果與展望

近幾年來，在指導大學生機械類相關(guān)學科競賽和大學生創(chuàng)新活動中，作了一定的實踐與探索，組織參加了四屆全國大學生機械產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計大賽、四屆“上圖杯”上海大學生先進成圖技術(shù)大賽、四屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、三屆德爾福派克大學生設(shè)計競賽等多項大學生創(chuàng)新項目。競賽結(jié)果及所反饋的情況也從一定程度上反映了我們當前實踐活動中存在的問題，這應(yīng)當引起我們足夠的重視。接下來我們應(yīng)當認真思考幾個問題：教學內(nèi)容如何更好地適應(yīng)企業(yè)需求；如何在教學中融入更多的實踐內(nèi)容；如何在培養(yǎng)學生的綜合能力方面做出改進。

展望：結(jié)合專業(yè)特點和人才培養(yǎng)要求，增加學生實踐創(chuàng)新活動比重，改革實踐教學內(nèi)容，改善實踐教學條件，創(chuàng)新實踐教學模式，配齊配強實驗室人員，鼓勵高水平教師承擔實踐教學，加強實驗室、活動基地和實踐教學共享平臺建設(shè)。

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

參考文獻：

[1]左遠志，蔣潤花，楊小平.以創(chuàng)新設(shè)計為導向的CDIO工程教育培養(yǎng)模式[J].東莞理工學院學報，2010，（6）：118-122.

[2]林藝真CDIO高等工程教學模式探析[J].哈爾濱學院學報，2008，（29）：137-140.

[3]張璇，李彤.結(jié)合CDIO教育理念與案例教學進行教學探索與實踐[J].教育與教學研究，2008，（24）：155-157.

[4]MIT CDIO Report#1 The CDIO Syllabus：AStatement of Goal for Undergraduate Engineering Education[EB/OL].（2001）.

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