CDIO先進工程教育的探索實踐

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【摘要】針對當前CREO課程教學中存在的問題，將先進的cdio工程教育模式應用于CREO教學。構(gòu)建了基于CDIO理念的CREO課程教學改革方案，并結(jié)合開源3D打印機研發(fā)項目，探索和實踐了CREO課程的CDIO教學模式操作流程，實現(xiàn)了從構(gòu)思、設計到實施、運行的一體式項目化教學，為同類相關(guān)課程教學模式的改革與創(chuàng)新提供了重要思考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】課程改革;項目教學;探索;實踐;CDIOCREO

0引言

長期以來，工程能力培養(yǎng)的缺失一直是國內(nèi)高校在課程教學過程中存在的普遍問題。在當前互聯(lián)網(wǎng)+和以轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式為新常態(tài)的社會大背景下，企業(yè)對人才的知識、能力及素質(zhì)等方面的要求也在不斷發(fā)生變化。依據(jù)我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略布局和對工程人才的需求，進一步深化課程教學改革和人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新，是我國高等工程教育改革成功的關(guān)鍵[1]。然而現(xiàn)階段我國高等工程教育還是以課程教學為主，這種培養(yǎng)模式已不能滿足企業(yè)和社會對于新型高素質(zhì)工程人才的迫切需求，國內(nèi)高校在工程類人才培養(yǎng)方面的教育理念亟待更新，以適應當前“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的社會發(fā)展要求。本文將先進的CDIO工程教育模式與CREO課程相結(jié)合，通過教學模式改革和項目實踐，探索和創(chuàng)新針對CREO課程的教學方法及思路，為工程類人才培養(yǎng)的課程改革與教育實踐提供了重要參考。

1.CDIO教育理念

CDIO理念是近年來國際工程教育改革的最新研究成果，也是得到國內(nèi)外教育界認可和推薦的先進工程教育模式。CDIO教育理念主要由四部分內(nèi)容構(gòu)成，即：構(gòu)思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）[2]。CDIO工程教育模式注重培養(yǎng)學生掌握扎實的工程基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識[3]，其中，“構(gòu)思”包括顧客需求分析、技術(shù)、企業(yè)戰(zhàn)略和規(guī)章制度設計、發(fā)展理念、技術(shù)程序和商業(yè)計劃制訂等；“設計”主要包括工程計劃、圖紙設計以及實施方案設計等；“實施”是將設計方案轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程，包括制造、解碼、測試以及設計方案的確認；“運行”則主要是通過投入實施的產(chǎn)品對前期程序進行評估的過程，包括對系統(tǒng)的修訂、改進和淘汰等。作為當前先進的高等工程教育模式，CDIO理念在學生的系統(tǒng)工程技術(shù)能力培養(yǎng)方面具有很大優(yōu)勢。CDIO的設計靈感源自于工程產(chǎn)品的生命周期，它將教育過程放到工程領(lǐng)域的具體環(huán)境中，通過貫穿整個人才培養(yǎng)過程的團隊設計和創(chuàng)新實踐訓練，培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實、職業(yè)道德高尚的高水平工程類人才[4]。多所高校的試點實踐表明，CDIO模式在新型工程類人才的教育和能力培養(yǎng)方面取得了良好成效，對于高等工程人才的培養(yǎng)具有重要的借鑒意義和推廣價值。

2.課改背景

近年來，隨著計算機輔助技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的工程設計需要借助計算機進行產(chǎn)品設計與開發(fā)。CREO是由美國PTC公司推出的新一代三維CAD設計軟件包，它集成了產(chǎn)品造型設計、工程分析、加工制造、模具設計、有限元分析及運動仿真等眾多功能，現(xiàn)在已被廣泛應用于機械工程、汽車制造、航空航天、船舶制造及模具設計等行業(yè)[5]。目前，CREO作為一門重要的三維CAD軟件技能操作專業(yè)課程，已在國內(nèi)工科院校機電類專業(yè)的本、?？平虒W中普遍開設。筆者在長期的一線教學和與學生交流的過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的教學模式存在諸多問題與缺陷，已不能適應當前社會對于應用型人才培養(yǎng)的要求，針對三維CAD軟件類課程的教學方法與理念亟待更新。

3.課程改革方案

3.1思路與目標

以本校機械設計制造及其自動化專業(yè)、工業(yè)設計專業(yè)為依托，將CDIO理念以項目化驅(qū)動方式引入CREO課程教學。通過一至兩學年的試點教學，不斷探索、研究和驗證CDIO理念與CREO課程的最佳結(jié)合模式，同時分析和解決在實際一線教學過程中出現(xiàn)的各類問題，最終形成基于CDIO工程教育模式的CREO課程教學思路與實現(xiàn)流程。通過CREO課程的教學改革與實施，探索針對三維CAD軟件類課程的CDIO教學新模式，實現(xiàn)CREO課程從構(gòu)思、設計到實施、運行的一體式項目化教學。同時，結(jié)合本校實際，構(gòu)建適合機制專業(yè)、工設專業(yè)CREO教學的CDIO框架結(jié)構(gòu)和實施流程，激發(fā)學生學習CREO課程的興趣和主動性，有效提升CREO課程的教學效果及質(zhì)量，為當前應用型工程人才培養(yǎng)和相關(guān)專業(yè)CAD課程教學改革提供有力參考。

3.2主要研究內(nèi)容

結(jié)合機制專業(yè)、工設專業(yè)的CREO課程教學，試點CDIO工程教育模式的實施流程和教學效果，構(gòu)建基于構(gòu)思、設計、實施和運行的CREO課程新型教學模式，主要研究內(nèi)容包括：CDIO工程教育模式的內(nèi)涵與運行機理、CDIO理念與CREO課程的結(jié)合模式與實現(xiàn)流程、CDIO工程教育模式下的CREO課程項目化教學及過程優(yōu)化、基于CDIO理念的機制專業(yè)和工設專業(yè)CREO課程教學模式改革試點。

3.3實施方案

針對以往CREO課程教學過程中存在的問題與弊端，通過企業(yè)、高校調(diào)研及相關(guān)專業(yè)試點教學，逐步探索CREO課程從構(gòu)思、設計到實施、運行的項目化教學流程，在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化、改進CREO課程的CDIO運行模式，直至建立科學的、切合實際的最佳實施方案。首先通過研究CDIO工程教育模式的整體框架結(jié)構(gòu)及內(nèi)涵，初步構(gòu)建基于CDIO理念的CREO課程新型教學模式；然后在機制專業(yè)、工設專業(yè)的CREO課程教學中進行試點，以機械產(chǎn)品設計和工業(yè)產(chǎn)品設計為切入點，驗證和評估CDIO模式在CREO教學中的科學性、可行性及合理性；在此基礎(chǔ)上分析、總結(jié)CDIO教學模式運行過程中的出現(xiàn)的問題，對原有CDIO教育模式的框架結(jié)構(gòu)、邏輯關(guān)系和實施方案進行優(yōu)化；再次對機制專業(yè)、工設專業(yè)進行試點教學，逐步改進、完善針對CREO課程的CDIO教學模式；最后評估CDIO模式教學效果，整理、總結(jié)CREO課程的CDIO教學模式實現(xiàn)方法和基本流程，并將研究成果在本校相關(guān)專業(yè)CAD軟件類課程教學中進行推廣。

4.探索與實踐

以近年來市場上興起的開源3D打印機為研究對象，構(gòu)建基于CDIO理念的CREO課程項目化教學實施方案。由機制專業(yè)學生組成設計團隊（3~5人），在CREO環(huán)境下對3D打印機進行系統(tǒng)設計與樣機開發(fā)。通過前期的企業(yè)考察、市場調(diào)研和設計構(gòu)思，確定針對開源3D打印機的系統(tǒng)設計方案，并在CREO平臺上進行三維CAD建模和裝配設計。從最初項目構(gòu)思到樣機開發(fā)完成歷時近1個半月，設計過程由團隊成員分工協(xié)作完成，不僅將機械原理、機械設計、電工學等相關(guān)知識應用于實踐之中，而且鍛煉了學生的創(chuàng)新能力與團隊意識，有效提高了學生綜合素質(zhì)和應用知識的能力。在項目實施階段，根據(jù)3D打印機工程圖紙和數(shù)字樣機結(jié)構(gòu)，直接購置所需的標準件和相關(guān)耗材；對于非標件和一般零部件，可借助3D打印進行快速成型制造。在此過程中，要求項目組成員分工協(xié)作、積極動手和實踐。通過3周時間的探索與努力，不斷解決項目實施過程中遇到的種種困難與問題，最終實現(xiàn)了設計方案向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。項目運行階段的主要任務是對3D打印機進行系統(tǒng)性能測試。首先利用實物打印來評估機械傳動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及熱熔裝置的運行狀態(tài)，然后以此反饋信息為依據(jù)對前期設計方案進行優(yōu)化與改進，這一過程主要涉及CREO環(huán)境下的工程圖、三維零部件模型、數(shù)字樣機結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系等。通過設計、測試、反饋及改進的優(yōu)化模式來精制3D打印機物理樣機模型，直至達到預期性能要求。

5.結(jié)語

實踐探索表明，由CDIO模式培養(yǎng)出來的學生具有較強的自學能力、組織溝通能力和協(xié)調(diào)能力，符合當前社會和企業(yè)對于創(chuàng)新應用型人才的要求。通過將CDIO模式引入CREO課程教學，不僅能夠有效提高學生對CREO課程的學習興趣和主動性，而且在教學效果方面較之以往也有很大提升，為工科類院校的課程改革與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新提供了重要參考。

參考文獻：

[1]胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學改革研究[J].高等工程教育研究,2014,01:163-168.

[2]胡志剛,任勝兵,吳斌.構(gòu)建基于CDIO理念的一體化課程教學模式[J].中國高等教育,2010,22:44-45.

[3]韓智,張振虹,李興娟.基于CDIO理念的軟件工程課程教學改革[J].計算機工程,2010,11:56-59.

[4]郭長虹,趙炳利,李東興.面向CDIO的工程圖學教學改革[J].工程圖學學報,2011,05:56-60.

[5]王向麗,朱曉飛.任務驅(qū)動教學法在CREO課程中的實施[J].科技視界,2013,05:141.

作者:邱海飛 單位:西京學院機械工程學院