基于CDIO模式的工程實訓教學平臺的開發

萬 敏，陽 超

(湖南大學現代工程訓練中心，湖南長沙410082)

作為高等教育的工科類，培養的目標應該是能夠對項目進行全局掌控、并解決實際工業技術問題的工程師，而不是書本知識豐富，動手及實踐能力皆薄弱的技術人。而剛畢業的工科類學生們解決問題能力不足的原因，歸根結底源于當前高校工科教育重理論輕實際、實踐動手環節不夠、創新性思維缺乏、解決問題能力不足的現狀［1］。工科類學生從認識并掌握書本理論知識到有能力去處理實踐中的工程項目，這中間需要一個階段的發展、培養的過程，并不能一蹴而就。這個培養的過程，還是要由高等教育系統內部來解決、來完善［2］。

CDIO教育模式是近年來國際工程教育改革的成果，代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)［3－4］。通過產品項目制的運作過程，學生項目團隊可以積極主動地把自身的創造性思維同工程基礎理論知識有機融合起來，培養學生的創新、實踐、操作、應用及團隊合作能力。

1 CDIO教育模式中產品項目制的運作

這種CDIO的教育模式國內很多高校正在積極探討，并已經努力付諸實施。我校工程訓練中心近年來以香港理工大學工業中心為借鑒，期望能夠建設一個涵蓋多專業知識及訓練，以產品項目制為核心來運作的工業中心。

我校工程訓練中心除了傳統的以課程劃分的實驗項目外，還增加了產品項目制的實習訓練課程［5］。中心每年要提出很多的小實習項目，學生選擇自己有興趣完成的項目。實驗教師提出的具體的實習項目，可能是一個應用模型，可能是一個檢測設備或裝置，也有可能是一個生活中的產品。這些項目有可能涵蓋了多專業多門類的知識內容，并不是只涉及某個學科的，實習的學生小組需要全方位的知識來掌控。這些小實習項目由學生選修，一個項目中3～5名學生為一個小組，具體項目由小組成員來分工協作完成。教師只適當地提供思考的方向，而項目整體的構思、設計、實現和運作均由小組學生獨立完成。在項目的實施與運作過程當中，與實際的工程項目的實現過程是極其類似的，都是構思—設計—實施—失敗，回過頭來再思考，更改設計，實施—失敗。經過反復的失敗，總結經驗，克服困難，最終完成一個成功的項目。學生在運作項目中消化理論、應用知識、解決困難的經歷是不可或缺的，同時在其中培養的團隊協作能力和人際交往能力更是在今后的工作中必備的能力。

在學生考核方面，一個小組只有一個成績，也就是項目小組的成績就是各個組員的成績。盡管在項目的運行中，每個學生團隊的小組成員根據自身的特點各有側重，有的同學可能出力比較少，有的同學可能投入比較多，但是如何依靠團隊的力量，把項目完成好，才是小組成員一致的目標。項目小組要達到比較好的成績，除了組員本身的水平以外，如何目標一致的團結協作、如何良好的人際溝通與交往，都是非常重要的一環，也是每個學生都必須學習和掌握的基本能力。在實際生產運行中，大型甚至小型的工程項目，都不可能某一個人或者某一個部門能夠獨立完成的，需要集體的協作與溝通，因此杰出的溝通能力與良好的人際交往能力也是未來的工程師們所必須學習和培養的素質。

學生的工程能力素質需要通過項目制訓練來不斷的提高，相應的教師能力的培訓與提高，也需要許多的投入和舉措。我校每年會有專項資金用于實驗教師不間斷的后期培養，不僅包括參加各個寒暑假期間舉行的各類培訓班，還包括到工廠里去接受相關職業技能培訓，讓新鮮的血液流入到教師的知識體系脈絡當中，讓實驗教師的能力和素質得到進一步的錘煉。

2 聲控小車具體實訓項目的運行

我校工程訓練中心各個部門的教學改革方案中，以CDIO教育模式為核心，設計創新型的產品項目制教學體系。在電子工程實踐訓練方案中，將以凌陽科技大學計劃的61板為項目基礎，開展一系列的項目制的實踐訓練教學。

SPCE061A是凌陽公司設計的一種16位結構的微控制器，以SPCE061A為主控制器，可以設計并完成機器人、聲控小車、模擬交通燈控制、電冰箱、早教機、紅外測溫儀及超聲波測距儀等一系列實踐教學項目。在教學過程中，學生可以3～5人進行自由分組，自由選擇實踐項目。每個小組進行構思并設計出電路原理圖，選擇元器件和零部件進行組裝，遇到問題無法完成時，回過頭來再來修改電路原理圖，不斷的實踐再修改，修改后再組裝，最后是成品的運行和調試。也就是完成了CDIO教育模式中構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)這一整個過程。

以聲控小車實訓項目為例，是以SPCE061A為主控制器，設計并實現完成一款小車可以實現的前進、后退、左轉、右轉功能。這個產品主要由SPCE061A板、小車控制板及車體三部分組成，把SPCE061A板的輸出端作為小車控制板的輸入端，再由小車控制板來控制車體部分兩個電機的正反轉。學生項目組首先要將SPCE061A板組裝完成，并下載相應程序進行綜合測試。再完成小車控制板和車體部分，為小車的運行提供動力和方向控制。然后將SPCE061A板和小車部分進行電源盒排線的連接，進行性能測試。

性能測試和調試過程當中，首先，第一步驟是要設計出可以通過簡單的I/O操縱來控制運動的小車。第二步，實現用語音來控制小車。當說“前進”時，小車的方向電機不動，驅動電機正轉，小車前進;說“后退”時，小車的方向電機不動，驅動電機反轉;說“左轉”時，小車的方向電機正轉，驅動電機正轉;說“右轉”時，小車的方向電機反轉，驅動電機正轉。第三步，進一步完善功能，小車在超過語音控制范圍的時候可以自動停車。

以聲控小車為例，產品的設計、組裝及調試過程，根據各個學生小組的進度大約耗時一至兩周。期間會遇到硬件安裝、程序調整、接觸不良、機械故障甚至電源線接反的諸多問題，項目小組成員需要根據老師提供的資料，自己來學習吸收，自己動手安裝調試，遇到問題自己解決。這一過程不僅能夠逐步鍛煉學生項目小組的工程實踐能力，還培養了他們的團隊溝通及協作能力，為未來的工程師生涯打下堅實的基礎。

3 結語

根據國家的高等教育規劃，高等教育的主要目標之一是提高人才培養質量。CDIO教育模式能夠培養和提高高校工科類學生的個人工程能力、人際交往能力、對過程和系統的構建能力，綜合提高個人素質。而CDIO教育模式需要各大高校的投入和發展，需要不斷更新教育理念，構建項目制運行體系，提高教師能力，建設工程實踐場所，需要學校及教育工作者們持續不斷地努力與改進、學習與探索。

［1］楊斌，王振玉.基于產品的工程訓練教學改革探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2013，32(11):189－192.

［2］梁延德.我國高校工程訓練中心的建設與發展［J］.實驗技術與管理，2013，30(6):6－8.

［3］劉少海，劉琛.基于CDIO模式的機電工程訓練中心建設與實踐［J］.實驗室研究與探索，2011，30(12):94－96.

［4］劉翔，王蕾，夏緒輝，等.基于CDIO模式的高校工程訓練教學平臺改革實踐［J］.教育教學論壇，2012(36):38－40.

［5］楊林豐，陳毓莉，羅婕.工程訓練中工業控制實訓項目的教學設計［J］.自動化與儀器儀表，2013(5):60－61.