CDIO項目式教學在《機械創新實踐》課程中的探索與實踐

李文慧 杜文俊 連 迅 樊 姍

（文華學院機械與電氣工程學部 湖北武漢 430074）

學生在學習《機械創新實踐》課程時，通常會覺得創新設計難下手，缺乏良好的自主學習方法，專業知識及技能掌握應用的不夠熟練，難以謀求較好的職業或崗位。在“強特色、重實踐、個性化”專業建設思想的指導下，理論與實踐一體化，促進學生將學習知識與應用知識結合起來，主動適應社會和企業對人才培養的崗位技能要求[1]。

一、調整教學內容——教師“教什么”

以培養應用創新型人才為目標，在2016級、2017級、2018級機械設計制造及自動化專業學生作為教學改革試點，采用多樣化與生活化的選題、圍繞產品設計制造的一般過程、引入計算機輔助設計等方法、將機械創新大賽與科技創新活動相結合。在完成課程的壓力下，學生會進行有針對性的自主學習，遇到問題也會自己主動查資料或者相互交流，有解決不了的問題則會主動向教師請教。

二、巧用教學方法——教師“怎樣教”

在機械創新實踐教學過程中，圍繞產品設計制造的一般過程（如圖1），將項目分解為了若干任務作為驅動，從市場需求分析調研、設計對象功能定位、學習創新設計方法來形成總體方案設計（如TRIZ中40個發明原理、形態學矩陣法等），將設計對象與生活實際緊密聯系在一起，引導學生把創新思維融于設計方案中。利用計算機輔助設計CAD加以實現，完成產品設計過程中的各項工作（如零件設計、裝配仿真、優化設計、模擬加工等），從而達到提高設計質量、縮短開發周期、降低成本的目的，并極大地鍛煉學生能力，培養機械類專業應用型創新人才。

圖1 產品設計制造過程

在文華學院個性化教育理念下，CDIO項目式教學，按照構思、設計、實施、運行機電產品全生命周期系統化要求，一般開展過程為：①項目的選定與團隊協作：發現問題——提煉有一定挑戰性的現實問題。確保每位學生積極參與，自由組隊（3～5人），分工協作。②項目方案的設計與實施：分析問題——挖掘與利用多樣化資源——模仿現有產品——改進不足——提出創新方案——設計結構——優化結構。學生負責項目實施，教師引導學生嘗試各種方法解決問題。學生團隊可以相互“PK”，站在不同角度指出對方團隊項目存在的缺點與不足。③項目評價與結果：解決問題——設計虛擬數字化樣機，對創新較好的作品，可以申請將實物制作出來，為參加“挑戰杯”、“大學生創新創業項目”、“機械創新設計大賽”等各類科技創新活動奠定一定基礎。

三、強化實踐教學——學生“怎樣用”

育人為本，創新是魂。通過《機械創新實踐》課程，學生能夠在實踐中發現問題，又能夠回到理論課堂補充能量，可以體會到理論與實踐結合的重要性，也解決了學習興趣和效率的問題[2]。

例如，學生設計立式自行車停車架（如圖2），圍繞CDIO項目式教學過程開展：①作品產生由來：發現現有自行車存在擺放不規范、停放姿勢繁雜、偷竊現象嚴重、損耗及運維成本高昂等問題。②方案設計：如今相繼出現的雙層停車架、螺旋式停車架等產品，因此想要脫穎而出，產品必須價格低廉，還能省更多空間，且方便使用和維護，故學生采用純機械化設計立式自行車停車架，可以省力有序地停放和取用自行車。③產品設計：整個機器由固定滑道、碰撞解鎖裝置、自行車車輪鎖定裝置、自行車滑板及承載板四個部分構成，實現了停放存取自行車的功能。學生利用三維數字化技術，設計虛擬數字化樣機，分析優化結構。④實物加工：根據合理虛擬數字樣機，由三維生成二維工程圖紙，加工制造零件，進行裝配、測試，做成實物樣機。

總而言之，針對教學中存在的問題，對機械創新實踐課程在教學內容、教學方法、實踐教學方面不斷地進行個性化教育探索實踐，有利于學生學會在實踐中運用知識解決實際問題。