基于CDIO理念的“機械工程及自動化”工程項目實踐

發(fā)布時間：2014-07-07 11:00

　摘要：介紹了“機械工程及自動化”專業(yè)基于CDIO理念的工程項目實踐情況。在實施過程中，首先由教師向學生講授 CDIO基本理念與本專業(yè)課程計劃；然后以“基于視頻智能控制系統(tǒng)引導的AGV小車及其機械結構及傳動系統(tǒng)開發(fā)”為項目課題，明確專業(yè)課程設置的目的與意義；通過組織學生多次進行方案匯報和交流、參觀工業(yè)博覽會論文聯盟等形式，使學生了解企業(yè)運作的規(guī)律，體會企業(yè)對人才的要求及標準，從而實現提高學生工程創(chuàng)新能力和綜合素質的培養(yǎng)目標。
　　關鍵詞:CDIO；AGV小車；工程創(chuàng)新
　　中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2010）33-0135-02
　　
　　當前，隨著科學技術水平的快速發(fā)展，上海商標注冊，國際競爭日益激烈，工程人才短缺和工程教育質量問題是全世界面臨的一個共同問題。工程技術對經濟和社會的具有十分巨大的推動作用,而工程技術人才的培養(yǎng)質量直接決定了一個國家的工程技術水平和發(fā)展速度，從而也決定了這個國家的工業(yè)競爭力和綜合實力 [1] 。
　　CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創(chuàng)立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。CDIO代表構思（ConcEive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）,它以產品研發(fā)到產品運行的生命周期為載體 ,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。
　　我國高等工科教育的迫切任務是盡快培養(yǎng)與國際接軌的中國工程師，然而我國工科的教育實踐中還存在不少問題，如重理論輕實踐、強調個人學術能力而忽視團隊協作精神、重視知識學習而輕視開拓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)等問題。
　　CDIO 的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美二十多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標準。目前，已有幾十所世界著名大學加入了CDIO組織，國內也有39所高校分兩批陸續(xù)成為CDIO試點，在此模式培養(yǎng)的學生深受社會與企業(yè)的歡迎。國內外的經驗都表明CDIO的理念和方法是先進可行的，適合工科教育教學過程中的改革。
　　一、“機械工程及自動化”CDIO培養(yǎng)計劃框架
　　工程設計是整個工程系統(tǒng)的精髓。功能、技術、經濟的要求，以及環(huán)境、社會乃至歷史的約束，都將在工程項目的設計過程中發(fā)揮其影響力�；谶@一理念，我們確定了以項目設計為導向(Design-Directed Learning) 、以能力培養(yǎng)為目標的CDIO 人才培養(yǎng)模式,通過項目設計將整個課程體系系統(tǒng)地、有機地結合起來 [2] 。具體說來,就是所有需要學習和掌握的專業(yè)知識都圍繞工程項目設計這個核心展開,并形成一個有機整體。
　　在編制培養(yǎng)計劃時,依據項目所涉及的專業(yè)知識范圍以及項目本身的規(guī)模,為學生設置了三個級別的項目。一級項目包含本專業(yè)主要核心課程,體現本專業(yè)主要能力要求；二級項目則引導一組相關核心課程的學習，重點突出了對某項能力要求；三級項目則針對單門課程,是為增強學生對該門課程內容的理解而設置的。在這三個層次的項目中,由于一級項目完整地貫穿于整個本科教學階段,對學生系統(tǒng)地進行構思、設計、實現、運作的整體訓練，因此是CDIO 培養(yǎng)計劃中最為重要的環(huán)節(jié)。針對上海發(fā)展先進制造業(yè)及航運中心的需求，選取開發(fā)設計AGV智能小車作為一級項目課題，對滿足現代工廠柔性化生產或立體倉庫的自動貨運需求具有重要的實踐意義。為此,我們設計了基于CDIO 理念的“機械工程及自動化”專業(yè)學生培養(yǎng)計劃魚骨架圖(如圖1 所示) 。
　　由圖1 可見，在新生入學的第一學年里，我們要求學生首先完成高等數學、大學物理、工程數學、大學英語等基礎學科知識的學習，使學生具備基本的科學素養(yǎng),并為將來的3 級項目做好必要的知識儲備。在此基礎上,以項目設計為導向,開展后續(xù)專業(yè)知識的教學過程。
　　二、學習CDIO課程體系內涵
　　一級項目初級階段開始，由指導教師向即將開始專業(yè)學習的新生介紹CDIO 的內涵與思想。首先,結合CDIO 能力大綱,使學生了解CDIO理念將工科畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力以及工程系統(tǒng)能力四個層面,要求學生參照這四個層面的能力要求為自己設定專業(yè)學習目標及今后的努力方向。由于CDIO 能力大綱是直接參照工業(yè)界對工程人才的要求(如波音公司對人才素質的要求、ABET 的標準EC2000) 而制定的,因此，不僅提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)理念,更重要的是,提供了全面的實施指引(包括培養(yǎng)計劃、教學方法、學生考核以及學習構架) 以及實施檢驗的12 條標準，具有系統(tǒng)性及可操作性，作為學生的專業(yè)學習指南是完全可行的。
　　由于不同學科有著不同的內涵,雖然CDIO 能力大綱在“工程基礎知識”這一條目下只粗略提到了“基礎科學知識”、“核心工程基礎知識”和“高級工程基礎知識”這三點內容,但這些內容對于后三個層面的能力培養(yǎng)是非常重要的。其次,向學生講解基于CDIO 理念的培養(yǎng)計劃的內容,使學生對將要學習的專業(yè)課程及將要參與的各種CDIO 實踐活動具備初步的認識,了解培養(yǎng)CDIO 各項能力(如溝通能力和協調能力等個人能力,協同能力,項目的組織、設計、開發(fā)和實施能力) 的重要性;同時,通過各種案例(cases)激發(fā)學生的創(chuàng)新意識,引導他們培養(yǎng)創(chuàng)新能力及協作精神,形成理論聯系實際的嚴謹學風。
　　三、圍繞1級項目實施CDIO模式的教學過程
　　在實施過程中,對10名學生組成項目團隊再分為機械設計和控制設計兩組，學生根據自己的興趣和特點自愿加入，提倡兩組之間的交流合作。在初始階段，先引導學生查閱相關資料，對AGV智能貨運小車功能特點、應用場合、結構組成、以及成本預算等方面建立總體的認識，然后再具體地從車體框架設計、驅動結構設計、轉貼于論文聯盟