基于CDIO的大學生課外創新活動與實踐

陳勇+金建國+陳萍+王濤

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

關鍵詞：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是指構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate），它涉及現代工業產品從構思研發到運行改良乃至終結廢棄的生命全過程[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境下的構思、設計、實施和運行能力。

在國內外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新活動的研究模式較少，更沒有具體對數字化設計、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，圍繞現代設計技術的發展，引入現代的設計方法，吸引、鼓勵廣大學生踴躍參加延伸于課外的實踐創新活動，促進學生綜合能力的培養，為到企業工程實踐打下良好的基礎，并在學生中已取得了一定的影響。

二、CDIO框架下內容的設計

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字化設計、制造和可視化軟件以及解決方案，來提升機械設計與創新能力，歐特克提供了多次學生實習機會和客戶體驗活動，同時提供了相應的技術支持，建立了“上海大學-歐特克大學生創新實驗室”即歐特克設計創意軟件捐贈計劃示范實驗室。為大學生課外實踐創新活動與實踐提供了堅實的基礎。CDIO的目標是把學生培養成能夠掌握深厚技術的知識；能夠領導新產品和新系統的開發與運行；能夠理解技術的研究和發展對社會的重要性。本課外實踐創新活動圍繞上述目標，突出機械工程學科基礎與核心，強化機械制圖、機械原理、機械設計等課程的現代設計方法應用，通過創設符合教學內容要求的情境，要求學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方法，完成主題項目的C（構思）、D（設計）、I（實現）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計思想。依托實驗室和大學生機械CAD創新團隊定期組織參加每年的“上圖杯”大學生先進成圖技術大賽、“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽，檢驗課程教學改革的成效，令學生了解現代設計方法和手段，使設計表達更加快捷、清晰、高效，也使他們對機械專業有更多的熱愛和理解。

以全國大學生機械產品數字化設計大賽主題為項目，引入機械類先進數字化設計軟件，要求同學完成項目的C（構思）、D（設計）、I（實現）和O（運作）。圖1為數字化設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，展現學生制圖標準、設計表達、機構運動模擬、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進行加工制造，認識和思考不同的加工制造理念：數控機床的操作學習，3D打印知識的開拓，CAM軟件的學習與應用。用不同的制造方法制造出模型零件并進行裝配調試，完成項目的具體要求。如圖2為學生3D打印的模型。

校企協同的工程教學，引導學生主動了解企業，深度融入企業，拓展問題視野，發現企業及業界需求。并通過企業認識社會，關注人類和社會問題，從而培養學生的人文情懷，提高學生的綜合工程素養。

三、具體活動的實施

現有的課外實踐性活動存在如下的問題：內容陳舊，遵循固定模式[3]。學生學習不主動，學習興趣未調動起來，難以實現實踐性教學目標中學生能力的培養。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的內容之一，除了以選拔賽方式挑選參賽學生的途徑外，還將參加課外創新活動的學生直接列為參賽隊員。將選拔出來的優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計能力。

協同合作、共同培養學生工程創新能力。與德爾福派克電氣有限公司開展了企業工程實踐教育的試點培養工作，同時為滿足企業快速發展對人才及技術研發的需求，實現資源共享、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計競賽。所有項目都是企業必須解決的課題，與工程師一起討論設計方案，提交技術方案、學習CAD相關知識、建立數據模型、適當的分析，在此過程中與企業工程師召開各種論證會，鍛煉學生的協作能力和領導能力。

在學習與實踐中遇到較多的是機電產品的三維設計，以結構與強度設計能力培養為目標，內容范圍為：幾種特定的目標產品（重點為機構結構與強度）的設計。譬如，2014年全國大學生機械產品數字化設計大賽，設計內容范圍為“面向3D打印的玩具、機器模型、假肢的設計”；2013年德爾福派克大學生設計競賽，一種充電槍與充電座連接的卡扣機構等。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三維設計軟件。通過課外實踐性活動，培養學生具有機械工程科學知識的應用能力，設計機械系統、零部件的能力，對于機械工程問題進行系統表達、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、技能和現代工程工具的能力，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學科競賽和大學生創新活動中，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品數字化設計大賽、四屆“上圖杯”上海大學生先進成圖技術大賽、四屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創新大賽、三屆德爾福派克大學生設計競賽等多項大學生創新項目。競賽結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，這應當引起我們足夠的重視。接下來我們應當認真思考幾個問題：教學內容如何更好地適應企業需求；如何在教學中融入更多的實踐內容；如何在培養學生的綜合能力方面做出改進。

展望：結合專業特點和人才培養要求，增加學生實踐創新活動比重，改革實踐教學內容，改善實踐教學條件，創新實踐教學模式，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。

繼續深入開展基于課外的學生實踐創新活動，構建自由開放、寬容失敗的學術氣氛，營造協同創新的文化，培養學生科學求真、人文為善、藝術致美、技術務實的工程素養和不斷提升學生的工程創新能力。

參考文獻：

[1]左遠志，蔣潤花，楊小平.以創新設計為導向的CDIO工程教育培養模式[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