CDIO理念下《生产系统建模与仿真》螺旋式创新教学

林文文

宁波大学机械工程与力学学院 浙江宁波 315211

CDIO工程教育理念，即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）。该理念由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学联合提出，强调让学生中主动地参与到基于工程项目全过程的学习。[1]CDIO理念在国内外多家知名高校应用，所培养学生得到了业界的认可。

《生产系统建模与仿真》是工业工程专业的一门专业课，要求学生对实际生产系统建立抽象仿真模型，应用相关仿真软件进行仿真分析。本文以作者所承担的《生产系统建模与仿真》课程为对象，以CDIO理念来重新整理该课程的教学思路，通过“课堂教学->上机实验教学->创新实践->学科竞赛”这种螺旋式教学模式，将理论教学和实践教学有机结合，从而解决学生工程问题的能力培养的目的。

一、课程教学现状

目前国内有两大全国性工业工程学科竞赛，清华IE亮剑全国工业工程应用案例大赛和中国大学生工业工程与精益管理创新大赛等学科赛事。前者已经举办十三届，并被中国科协、科技部正式认可为中国创新方法大赛的工业工程方向专项赛事，后者由中国机械工程学会和教育部高等学校工业工程类专业教学指导委员会联合主办。两项赛事在国内都具有很大的影响力，得到全国高校和企业的拥护和积极参与。如果能针对实际案例，提炼知识点，总结其规律，规划成课程中需要的项目实践内容，则既可以实现让学生在工程项目中“做中学”，同时又能让学生熟悉大赛的模式，了解用仿真工具进行建模和仿真分析，形成一举两得的效果。

二、教学创新

教学创新内容主要包括五个部分：国内外学科竞赛案例分析、工程项目的规划与设计与知识点提取、基于螺旋式教学模式的知识体系设计、解决实际问题和参与学科竞赛、教学实施汇总。

（一）国内外学科竞赛案例分析

分析近年来两项学科竞赛案例，统计其中相关仿真建模类型的内容，同时分析研究国际SIMIO建模大赛的题目要求，研究其中的若干核心仿真内容的类型，及其本质中涉及的建模环节和知识，抽象出若干关键类型。

（二）基于工程项目的规划与设计

CDIO课程的基本点是贯穿于整个教学过程中的基于项目的学习，所以项目规划也就是本次教研项目的核心内容。项目的选择的标准应该具有综合性和系统性。结合上述CDIO理论研究和建模大赛题目分析结果，发掘若干具有典型性，实用性和系统性的工程项目，并结合课程的基本知识体系和仿真软件工具，针对每个项目规划出一个完整的知识技术网图。

（三）基于螺旋式教学模式的知识体系设计

螺旋式教学模式强调要掌握并有效运用学习内容，通过反复学习，不断加深理解，进而逐渐掌握。针对《生产系统建模与仿真》的学科特点，设计“课堂教学->上机实验教学->创新实践->学科竞赛”螺旋式教学模式，相辅相成地、以相互促进的方式逐步引导学生的创新思维及创新能力的培养。将理论知识与案例分析结果结合，提出该课程及工程实践的“最小必要知识”（用于课堂讲授重点）、自主学习知识（用于上机自主学习的资料）以及扩展学习知识（用于工程实践和学科竞赛参考），形成基于不同层次的课程的全面教学知识点体系结构，并确定课时与进度安排等。

（四）解决实际问题、参与学科竞赛

从实际生产/服务领域问题出发，引导学生参与学科竞赛，让学生参与到这些实际问题的分析和解决过程，充分调动学生的学习积极性和主动性。一方面，实际问题复杂度和涉及的知识点会更多，引入实际问题的建模与分析，提升学生对软件的熟练使用程度。另一方面，针对学生对仿真结果不能展开有效分析的问题，选取相关学术论文开展解析，明确对实际问题仿真分析时涉及的要点，提升学生对问题的分析能力。

（五）教学实践汇总

这一步研究工作将汇总前述的教学知识体系和相关上机实验体系框架，形成教学所必备的相关的文档，并将其规划到我校的网络课程网站中，以利于学生进行自主的学习。

以作者所承担的《生产系统建模与仿真》课程为对象，以CDIO理念来重新整理该课程的教学思路，设计一种“课堂教学->上机实验教学->创新实践->学科竞赛”这种螺旋式教学模式。让学生充分理解掌握课程所涉及的各项知识，精炼课程教学知识概念，形成有层次的、系统的知识学习体系，进而推广至对工程问题系统性认识。通过实验课程完整的学习和实践，可使学生主动学习掌握相应的知识技术，并培养设计、创新、协调、沟通和领导能力。在解决实际问题的设计实施过程中通过自主设计，对于开创与培养学生广博的思维与创新能力有重要的辅助作用。