基于CDIO的大学生课外创新活动与实践

陈勇+金建国+陈萍+王涛

摘要：结合CDIO的工程教学理念，以不同层次和主题的大学生创新大赛为契机，激发学生学习的欲望，深入开展基于课外的学生实践创新活动，以主动的、实践的、课程之间有机联系的方法，完成项目的C（构思）、D（设计）、I（实现），从而达到锻炼学生主动学习和主动实践的能力，在培养学生专业综合知识的运用上取得了一定的效果。

关键词：CDIO；主动学习；主动实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）05-0040-02

一、前言

CDIO是由MIT和瑞典三所大学在瓦伦堡基金会支持下，从2000年开始跨国研究后提出的一个工程教育改革模式，CDIO是指构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运行（Operate），它涉及现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程[1]。CDIO工程教育理念就是要以此全过程为载体培养学生的工程能力，此能力不仅包括学科知识，而且包括学生的终身学习能力、团队交流能力和在社会环境下的构思、设计、实施和运行能力。

在国内外CDIO的研究与实践中，大部分集中在软件学院，对机械类工科大学生课外实践创新活动的研究模式较少，更没有具体对数字化设计、制造方向的专门论述[2，3]。我们以不同层次的学科竞赛为契机，围绕现代设计技术的发展，引入现代的设计方法，吸引、鼓励广大学生踊跃参加延伸于课外的实践创新活动，促进学生综合能力的培养，为到企业工程实践打下良好的基础，并在学生中已取得了一定的影响。

二、CDIO框架下内容的设计

上海大学精密机械系与Autodesk中国研究院合作多年来，一直采用欧特克机械类先进数字化设计、制造和可视化软件以及解决方案，来提升机械设计与创新能力，欧特克提供了多次学生实习机会和客户体验活动，同时提供了相应的技术支持，建立了“上海大学-欧特克大学生创新实验室”即欧特克设计创意软件捐赠计划示范实验室。为大学生课外实践创新活动与实践提供了坚实的基础。CDIO的目标是把学生培养成能够掌握深厚技术的知识；能够领导新产品和新系统的开发与运行；能够理解技术的研究和发展对社会的重要性。本课外实践创新活动围绕上述目标，突出机械工程学科基础与核心，强化机械制图、机械原理、机械设计等课程的现代设计方法应用，通过创设符合教学内容要求的情境，要求学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方法，完成主题项目的C（构思）、D（设计）、I（实现）和O（运作）。使学生深刻体会到如何运用学到的知识表达自己的设计思想。依托实验室和大学生机械CAD创新团队定期组织参加每年的“上图杯”大学生先进成图技术大赛、“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛，检验课程教学改革的成效，令学生了解现代设计方法和手段，使设计表达更加快捷、清晰、高效，也使他们对机械专业有更多的热爱和理解。

以全国大学生机械产品数字化设计大赛主题为项目，引入机械类先进数字化设计软件，要求同学完成项目的C（构思）、D（设计）、I（实现）和O（运作）。图1为数字化设计大赛一等奖部分作品，从而达到锻炼学生主动学习和主动实践的能力，展现学生制图标准、设计表达、机构运动模拟、仿真的能力，锻炼学生把想法变成图形的能力、把图形变成模型的能力、把模型变成实物的能力。

把模型变成实物的能力，锻炼学生如何使用不同的系统进行加工制造，认识和思考不同的加工制造理念：数控机床的操作学习，3D打印知识的开拓，CAM软件的学习与应用。用不同的制造方法制造出模型零件并进行装配调试，完成项目的具体要求。如图2为学生3D打印的模型。

校企协同的工程教学，引导学生主动了解企业，深度融入企业，拓展问题视野，发现企业及业界需求。并通过企业认识社会，关注人类和社会问题，从而培养学生的人文情怀，提高学生的综合工程素养。

三、具体活动的实施

现有的课外实践性活动存在如下的问题：内容陈旧，遵循固定模式[3]。学生学习不主动，学习兴趣未调动起来，难以实现实践性教学目标中学生能力的培养。通过报名和选拔，每年组织50人左右大三学生，广泛参与，让尽量多的同学参与到课外科技活动中。为了推出优秀学生参加“上图杯”、“高教杯”竞赛，会预先举行选拔赛，该选拔赛作为机自学院学生会科技节的内容之一，除了以选拔赛方式挑选参赛学生的途径外，还将参加课外创新活动的学生直接列为参赛队员。将选拔出来的优秀学生组合成若干参赛小组，并配备指导教师进行全程培训和指导。一般，指导教师每周要对学生进行一次系统培训，并在实践过程中指导教师要全程参与指导。通过培训和强化训练，学生不仅巩固了以前学到的知识，而且增强了动手能力和初步设计能力。

协同合作、共同培养学生工程创新能力。与德尔福派克电气有限公司开展了企业工程实践教育的试点培养工作，同时为满足企业快速发展对人才及技术研发的需求，实现资源共享、互惠共赢，每年开展以提高学生动手能力为目的的德尔福派克大学生设计竞赛。所有项目都是企业必须解决的课题，与工程师一起讨论设计方案，提交技术方案、学习CAD相关知识、建立数据模型、适当的分析，在此过程中与企业工程师召开各种论证会，锻炼学生的协作能力和领导能力。

在学习与实践中遇到较多的是机电产品的三维设计，以结构与强度设计能力培养为目标，内容范围为：几种特定的目标产品（重点为机构结构与强度）的设计。譬如，2014年全国大学生机械产品数字化设计大赛，设计内容范围为“面向3D打印的玩具、机器模型、假肢的设计”；2013年德尔福派克大学生设计竞赛，一种充电枪与充电座连接的卡扣机构等。图3所示。

以项目方式进行，具体由学生自定，学生自行查找资料独立进行，3人组队合作共同完成，使用Inventor三维设计软件。通过课外实践性活动，培养学生具有机械工程科学知识的应用能力，设计机械系统、零部件的能力，对于机械工程问题进行系统表达、建立模型、分析求解和论证的能力，在机械工程实践中初步掌握并使用各种技术、技能和现代工程工具的能力，以及在团队中工作、与他人合作的能力。

四、成果与展望

近几年来，在指导大学生机械类相关学科竞赛和大学生创新活动中，作了一定的实践与探索，组织参加了四届全国大学生机械产品数字化设计大赛、四届“上图杯”上海大学生先进成图技术大赛、四届“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、三届德尔福派克大学生设计竞赛等多项大学生创新项目。竞赛结果及所反馈的情况也从一定程度上反映了我们当前实践活动中存在的问题，这应当引起我们足够的重视。接下来我们应当认真思考几个问题：教学内容如何更好地适应企业需求；如何在教学中融入更多的实践内容；如何在培养学生的综合能力方面做出改进。

展望：结合专业特点和人才培养要求，增加学生实践创新活动比重，改革实践教学内容，改善实践教学条件，创新实践教学模式，配齐配强实验室人员，鼓励高水平教师承担实践教学，加强实验室、活动基地和实践教学共享平台建设。

继续深入开展基于课外的学生实践创新活动，构建自由开放、宽容失败的学术气氛，营造协同创新的文化，培养学生科学求真、人文为善、艺术致美、技术务实的工程素养和不断提升学生的工程创新能力。

参考文献：

[1]左远志，蒋润花，杨小平.以创新设计为导向的CDIO工程教育培养模式[J].东莞理工学院学报，2010，（6）：118-122.

[2]林艺真CDIO高等工程教学模式探析[J].哈尔滨学院学报，2008，（29）：137-140.

[3]张璇，李彤.结合CDIO教育理念与案例教学进行教学探索与实践[J].教育与教学研究，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