基于CDIO理念的高職《機械創新設計》課程創新與實踐

陳慧群

摘要： 文章研究分析了高職院校《機械創新設計》課程教學存在的問題，提出了基于CDIO工程教育理念的《機械創新設計》教材和教學方法改革與創新。該改革與創新已經在教學實踐中進行了測試。教學改革與創新取得了一些成績，提高了機械工程專業學生的創新能力。

Abstract： This paper studies and analyzes the problems occurred in the "Mechanical Innovation Design" teaching of higher vocational colleges. The teaching material and teaching method reform & innovation of "Mechanical Innovation Design" based on CDIO engineering education concept are proposed. The reform & innovation which has made some achievements， improved the innovation ability of the mechanical engineering students， has been tested in the teaching practice.

關鍵詞： CDIO；高職院校；機械創新設計；教材；教學方法

Key words： CDIO；higher vocational colleges；mechanical innovation design；teaching material；teaching method

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）14-0240-02

0 引言

《機械創新設計》是高職院校機械類專業的專業選修課。該課程實用性非常強[1]。然而，《機械創新設計》的教學內容一直強調機械創新方法理論的教學。授課方法以講課為主，過于簡單、實踐環節少。與高職教育要突出應用性和實踐性的教學特點相差甚遠，不符合中國實現“中國制造”到“中國創造”的戰略轉型要求[2]。本文探討了CDIO工程教育理念在《機械創新設計》課程改革中的使用，研究內容涵蓋教材和教學方法的改革，努力培養機械類專業學生創新能力，以及提高他們在實際工作崗位中的創新能力。

1 教材改革與創新

1.1 基于CDIO理念重新設計教學內容和教學順序

CDIO理念是近幾年來國際工程教育改革的最新成果，由麻省理工學院、瑞典皇家工學院、瑞典查爾默斯技術大學和瑞典林雪平大學共同創立的工程教育改革模式[3]。其愿景是為學生提供一種強調工程基礎并且建立在真實環境背景下產品和系統的構思——設計——實施——運行的工程教育模式[4]。現行《機械創新設計》教材的主要內容是機械創新方法[5]。課程教學中學生很難掌握機械創新方法，更難以將其應用于實際工作，形成創新能力。這樣的教材不利于以學生為中心的教學方法應用。經過兩年的教學實踐，筆者重新設計了本課程的主要內容和順序。

如圖1所示，第一部分是構思，其主要內容是獲得創新主題思想。主題可以根據社會需求、科技進步、生產發展來定。為學生提供一些可供選擇的主題，如歷屆全國大學生機械創新設計大賽的主題，或其他與學生緊密相關的身邊主題。團隊成員可以使用頭腦風暴法、提問法、集思廣益法、類比發明法確定一個新穎的主題。一旦課題確定了，每個小組都可以使用各種新穎的方法進行創新活動。

第二部分是設計。學生可以運用各種新穎的設計方法來進行所提出的“構思”設計。創新技術有多種，如方案創新設計、機構創新設計、結構創新設計、建模（造型）創新設計和逆向設計等。然后每個小組討論創新活動的結果，并記錄下報告、修改和完善的結果。

第三部分是實施。該方案被細化，然后產生創新產品、原型或模型。這部分的課程是開放式教學，大部分的工作需要課堂后完成，主要依托深圳信息職業技術學院國家數控技術應用專業領域技能型緊缺人才培養培訓基地、國家制造業信息化中心之三維CAD教育培訓基地、廣東省數控技術高職教育實訓基地、深圳市高技能人才培訓基地、學校教師工作室和各類開放實訓室。這些地方為創新設計實踐提供了場所和實驗。團隊成員協作完成創新產品的生產，每個人都有自己負責的任務，這也是在訓練團隊成員的實際工作能力和團隊協作能力。產品生產完成后，編寫說明書，必要時對部分產品進行知識產權保護，撰寫實用新型專利申請書。

第四部分是運行。這一部分包括報告、學生互評和教師評價。團隊成員向同學們展示創新作品，并匯報工作計劃、工作原理、設計理念、工作流程等。其他團隊成員可以在報告過程中提問，并表達他們的意見和問題，報告組成員將解釋這些問題。每個小組選出一名隊員作為評委，根據報告和問題的解釋進行評分。最后，教師評語。展示創新的作品和報告，訓練學生的團隊合作技巧、表達技巧和書面溝通，并鼓勵學生參加“挑戰杯”全國大學生課外學術科技競賽、機械創新設計大賽，申請專利。

1.2 以全國大學生機械創新設計大賽作品充實教材案例

現有的《機械創新設計》教材中的大多數教學案例都是成熟的產品。這些產品一般都是技術水平較高，遠離學生的生活環境，這使高職院校的學生感到恐懼、難以企及，感到很難做這樣的創新。被譽為TRIZ之父的G.S.Altshuler統計表明：最小的發明、小發明和中型發明三種發明占了人類總發明的95%[6]。這些發明是利用人類現有的多學科知識體系而實現的。全國高校大學生創新設計大賽的一些作品被選為教材案例可以使學生感到創新并不是遙不可及的，這些案例都是既有創新性又有可行性的；另一方面，它也能使學生產生一種緊迫感的信心：“其他人可以做的我也能同樣做到，并且我可以再做得好一點”。

另外，還需提高知識產權的培訓。現有的《機械創新設計》教程沒有介紹知識產權方面的內容，但創新產品設計需要保護。為了提高學生的知識產權知識、行使知識產權的能力和專利撰寫技能，知識產權作為補充的知識在《機械創新設計》教材中也應要有所增加。

2 教學方法改革與創新

傳統的教學方法強調機械創新方法的教學，主要以課堂講授為主。學生是被動接受的，整個教學過程是以教師為中心的，參與教學活動的學生較少。這種教學方法忽視了培養學生獨立思考能力，不利于學生創新能力的培養，阻礙了學生的創新性創造性的發揮。即使學生掌握了創新設計方法的理論，也很難轉化為創新創作的能力。這種教學方法使學生處于被動地位，學生主動性和創造性的發展是壓抑和有限度的，同時，學生的學習樂趣也下降了。所有這些都大大降低了教學效果。本文探討的《機械創新設計》課程教學方法改革，可以改變這種現象。針對不同內容采用不同的教學方法。比如在“構思”部分，采用以學生為中心的集思廣益教學方法，團隊班子成員利用團隊的各種技術、群策群力來選擇創新的主題；在“設計”部分，可以采用項目式驅動的教學法；在“運行”部分，采用開放式教學法，給學生更多的主動權，學生可以自主完成自己的項目。

3 階段性的實際成果

本課程教學改革在深圳信息職業技術學院兩個公選課班的《機械創新設計》課程上進行了測試體驗，學生的創新作品參加了各類各級比賽。知識產權保護和學生科技項目創新設計已初見成效。近一年來這兩個班學生學習《機械創新設計》課程后的主要成果有：①參賽作品獲獎：1件作品參加“挑戰杯”廣東省創新創效創業大賽終審決賽榮獲高職組創意設計競賽一等獎；2件作品參加廣東大學生課外學術科技作品競賽終審決賽分別榮獲科技發明制作類一等獎和二等獎；②研究成果和知識產權：在教師的指導下，3項實用新型專利得到授權；③項目立項資助：2個項目在深圳市科創委個人創客項目申報中獲得了共計10萬元的立項資助。

4 結語

本文研究分析了高職院校《機械創新設計》課程教學存在的問題，提出了基于CDIO工程教育理念的《機械創新設計》教材和教學方法改革與創新。該改革與創新已經在學校教學實踐中進行了測試體驗。教學改革與創新取得了一些成績，提高了機械工程專業學生的創新能力。

參考文獻：

[1]楊學鋒，曹樹坤，陳乃建，等.基于CDIO的機械工程類學生創新能力培養的研究[J].中國現代教育裝備，2015（15）：77-79.

[2]王亞良，梁利華，董晨晨，等.創新人才培養導向的機械類實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2015，34（2）：188-191.

[3]浦毅.基于CDIO理念的高職院校“機械設計基礎”課程教學改革與實踐[J].機械職業教育，2014（11）：43-45.

[4] Edward F C，Johan M，stlund，Sren，et al.Rethinking engineering education：the CDIO approach[J]. New York：Springer Science，2007，8（6）：1-5.

[5]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[6]CC Lee，CT Lee.Some notes on the strategic teaching and practicing with CDIO scheme in engineering course[C]. IEEE International Conference on Teaching，2016，169-172.