CDIO理念下《生產系統建模與仿真》螺旋式創新教學

林文文

寧波大學機械工程與力學學院 浙江寧波 315211

CDIO工程教育理念，即構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。該理念由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學聯合提出，強調讓學生中主動地參與到基于工程項目全過程的學習。[1]CDIO理念在國內外多家知名高校應用，所培養學生得到了業界的認可。

《生產系統建模與仿真》是工業工程專業的一門專業課，要求學生對實際生產系統建立抽象仿真模型，應用相關仿真軟件進行仿真分析。本文以作者所承擔的《生產系統建模與仿真》課程為對象，以CDIO理念來重新整理該課程的教學思路，通過“課堂教學->上機實驗教學->創新實踐->學科競賽”這種螺旋式教學模式，將理論教學和實踐教學有機結合，從而解決學生工程問題的能力培養的目的。

一、課程教學現狀

目前國內有兩大全國性工業工程學科競賽，清華IE亮劍全國工業工程應用案例大賽和中國大學生工業工程與精益管理創新大賽等學科賽事。前者已經舉辦十三屆，并被中國科協、科技部正式認可為中國創新方法大賽的工業工程方向專項賽事，后者由中國機械工程學會和教育部高等學校工業工程類專業教學指導委員會聯合主辦。兩項賽事在國內都具有很大的影響力，得到全國高校和企業的擁護和積極參與。如果能針對實際案例，提煉知識點，總結其規律，規劃成課程中需要的項目實踐內容，則既可以實現讓學生在工程項目中“做中學”，同時又能讓學生熟悉大賽的模式，了解用仿真工具進行建模和仿真分析，形成一舉兩得的效果。

二、教學創新

教學創新內容主要包括五個部分：國內外學科競賽案例分析、工程項目的規劃與設計與知識點提取、基于螺旋式教學模式的知識體系設計、解決實際問題和參與學科競賽、教學實施匯總。

（一）國內外學科競賽案例分析

分析近年來兩項學科競賽案例，統計其中相關仿真建模類型的內容，同時分析研究國際SIMIO建模大賽的題目要求，研究其中的若干核心仿真內容的類型，及其本質中涉及的建模環節和知識，抽象出若干關鍵類型。

（二）基于工程項目的規劃與設計

CDIO課程的基本點是貫穿于整個教學過程中的基于項目的學習，所以項目規劃也就是本次教研項目的核心內容。項目的選擇的標準應該具有綜合性和系統性。結合上述CDIO理論研究和建模大賽題目分析結果，發掘若干具有典型性，實用性和系統性的工程項目，并結合課程的基本知識體系和仿真軟件工具，針對每個項目規劃出一個完整的知識技術網圖。

（三）基于螺旋式教學模式的知識體系設計

螺旋式教學模式強調要掌握并有效運用學習內容，通過反復學習，不斷加深理解，進而逐漸掌握。針對《生產系統建模與仿真》的學科特點，設計“課堂教學->上機實驗教學->創新實踐->學科競賽”螺旋式教學模式，相輔相成地、以相互促進的方式逐步引導學生的創新思維及創新能力的培養。將理論知識與案例分析結果結合，提出該課程及工程實踐的“最小必要知識”（用于課堂講授重點）、自主學習知識（用于上機自主學習的資料）以及擴展學習知識（用于工程實踐和學科競賽參考），形成基于不同層次的課程的全面教學知識點體系結構，并確定課時與進度安排等。

（四）解決實際問題、參與學科競賽

從實際生產/服務領域問題出發，引導學生參與學科競賽，讓學生參與到這些實際問題的分析和解決過程，充分調動學生的學習積極性和主動性。一方面，實際問題復雜度和涉及的知識點會更多，引入實際問題的建模與分析，提升學生對軟件的熟練使用程度。另一方面，針對學生對仿真結果不能展開有效分析的問題，選取相關學術論文開展解析，明確對實際問題仿真分析時涉及的要點，提升學生對問題的分析能力。

（五）教學實踐匯總

這一步研究工作將匯總前述的教學知識體系和相關上機實驗體系框架，形成教學所必備的相關的文檔，并將其規劃到我校的網絡課程網站中，以利于學生進行自主的學習。

以作者所承擔的《生產系統建模與仿真》課程為對象，以CDIO理念來重新整理該課程的教學思路，設計一種“課堂教學->上機實驗教學->創新實踐->學科競賽”這種螺旋式教學模式。讓學生充分理解掌握課程所涉及的各項知識，精煉課程教學知識概念，形成有層次的、系統的知識學習體系，進而推廣至對工程問題系統性認識。通過實驗課程完整的學習和實踐，可使學生主動學習掌握相應的知識技術，并培養設計、創新、協調、溝通和領導能力。在解決實際問題的設計實施過程中通過自主設計，對于開創與培養學生廣博的思維與創新能力有重要的輔助作用。