基于CDIO模式的工程實訓(xùn)教學(xué)平臺的開發(fā)

萬 敏，陽 超

(湖南大學(xué)現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心，湖南長沙410082)

作為高等教育的工科類，培養(yǎng)的目標(biāo)應(yīng)該是能夠?qū)椖窟M(jìn)行全局掌控、并解決實際工業(yè)技術(shù)問題的工程師，而不是書本知識豐富，動手及實踐能力皆薄弱的技術(shù)人。而剛畢業(yè)的工科類學(xué)生們解決問題能力不足的原因，歸根結(jié)底源于當(dāng)前高校工科教育重理論輕實際、實踐動手環(huán)節(jié)不夠、創(chuàng)新性思維缺乏、解決問題能力不足的現(xiàn)狀［1］。工科類學(xué)生從認(rèn)識并掌握書本理論知識到有能力去處理實踐中的工程項目，這中間需要一個階段的發(fā)展、培養(yǎng)的過程，并不能一蹴而就。這個培養(yǎng)的過程，還是要由高等教育系統(tǒng)內(nèi)部來解決、來完善［2］。

CDIO教育模式是近年來國際工程教育改革的成果，代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)［3－4］。通過產(chǎn)品項目制的運作過程，學(xué)生項目團(tuán)隊可以積極主動地把自身的創(chuàng)造性思維同工程基礎(chǔ)理論知識有機(jī)融合起來，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、實踐、操作、應(yīng)用及團(tuán)隊合作能力。

1 CDIO教育模式中產(chǎn)品項目制的運作

這種CDIO的教育模式國內(nèi)很多高校正在積極探討，并已經(jīng)努力付諸實施。我校工程訓(xùn)練中心近年來以香港理工大學(xué)工業(yè)中心為借鑒，期望能夠建設(shè)一個涵蓋多專業(yè)知識及訓(xùn)練，以產(chǎn)品項目制為核心來運作的工業(yè)中心。

我校工程訓(xùn)練中心除了傳統(tǒng)的以課程劃分的實驗項目外，還增加了產(chǎn)品項目制的實習(xí)訓(xùn)練課程［5］。中心每年要提出很多的小實習(xí)項目，學(xué)生選擇自己有興趣完成的項目。實驗教師提出的具體的實習(xí)項目，可能是一個應(yīng)用模型，可能是一個檢測設(shè)備或裝置，也有可能是一個生活中的產(chǎn)品。這些項目有可能涵蓋了多專業(yè)多門類的知識內(nèi)容，并不是只涉及某個學(xué)科的，實習(xí)的學(xué)生小組需要全方位的知識來掌控。這些小實習(xí)項目由學(xué)生選修，一個項目中3～5名學(xué)生為一個小組，具體項目由小組成員來分工協(xié)作完成。教師只適當(dāng)?shù)靥峁┧伎嫉姆较?，而項目整體的構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作均由小組學(xué)生獨立完成。在項目的實施與運作過程當(dāng)中，與實際的工程項目的實現(xiàn)過程是極其類似的，都是構(gòu)思—設(shè)計—實施—失敗，回過頭來再思考，更改設(shè)計，實施—失敗。經(jīng)過反復(fù)的失敗，總結(jié)經(jīng)驗，克服困難，最終完成一個成功的項目。學(xué)生在運作項目中消化理論、應(yīng)用知識、解決困難的經(jīng)歷是不可或缺的，同時在其中培養(yǎng)的團(tuán)隊協(xié)作能力和人際交往能力更是在今后的工作中必備的能力。

在學(xué)生考核方面，一個小組只有一個成績，也就是項目小組的成績就是各個組員的成績。盡管在項目的運行中，每個學(xué)生團(tuán)隊的小組成員根據(jù)自身的特點各有側(cè)重，有的同學(xué)可能出力比較少，有的同學(xué)可能投入比較多，但是如何依靠團(tuán)隊的力量，把項目完成好，才是小組成員一致的目標(biāo)。項目小組要達(dá)到比較好的成績，除了組員本身的水平以外，如何目標(biāo)一致的團(tuán)結(jié)協(xié)作、如何良好的人際溝通與交往，都是非常重要的一環(huán)，也是每個學(xué)生都必須學(xué)習(xí)和掌握的基本能力。在實際生產(chǎn)運行中，大型甚至小型的工程項目，都不可能某一個人或者某一個部門能夠獨立完成的，需要集體的協(xié)作與溝通，因此杰出的溝通能力與良好的人際交往能力也是未來的工程師們所必須學(xué)習(xí)和培養(yǎng)的素質(zhì)。

學(xué)生的工程能力素質(zhì)需要通過項目制訓(xùn)練來不斷的提高，相應(yīng)的教師能力的培訓(xùn)與提高，也需要許多的投入和舉措。我校每年會有專項資金用于實驗教師不間斷的后期培養(yǎng)，不僅包括參加各個寒暑假期間舉行的各類培訓(xùn)班，還包括到工廠里去接受相關(guān)職業(yè)技能培訓(xùn)，讓新鮮的血液流入到教師的知識體系脈絡(luò)當(dāng)中，讓實驗教師的能力和素質(zhì)得到進(jìn)一步的錘煉。

2 聲控小車具體實訓(xùn)項目的運行

我校工程訓(xùn)練中心各個部門的教學(xué)改革方案中，以CDIO教育模式為核心，設(shè)計創(chuàng)新型的產(chǎn)品項目制教學(xué)體系。在電子工程實踐訓(xùn)練方案中，將以凌陽科技大學(xué)計劃的61板為項目基礎(chǔ)，開展一系列的項目制的實踐訓(xùn)練教學(xué)。

SPCE061A是凌陽公司設(shè)計的一種16位結(jié)構(gòu)的微控制器，以SPCE061A為主控制器，可以設(shè)計并完成機(jī)器人、聲控小車、模擬交通燈控制、電冰箱、早教機(jī)、紅外測溫儀及超聲波測距儀等一系列實踐教學(xué)項目。在教學(xué)過程中，學(xué)生可以3～5人進(jìn)行自由分組，自由選擇實踐項目。每個小組進(jìn)行構(gòu)思并設(shè)計出電路原理圖，選擇元器件和零部件進(jìn)行組裝，遇到問題無法完成時，回過頭來再來修改電路原理圖，不斷的實踐再修改，修改后再組裝，最后是成品的運行和調(diào)試。也就是完成了CDIO教育模式中構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)這一整個過程。

以聲控小車實訓(xùn)項目為例，是以SPCE061A為主控制器，設(shè)計并實現(xiàn)完成一款小車可以實現(xiàn)的前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)功能。這個產(chǎn)品主要由SPCE061A板、小車控制板及車體三部分組成，把SPCE061A板的輸出端作為小車控制板的輸入端，再由小車控制板來控制車體部分兩個電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。學(xué)生項目組首先要將SPCE061A板組裝完成，并下載相應(yīng)程序進(jìn)行綜合測試。再完成小車控制板和車體部分，為小車的運行提供動力和方向控制。然后將SPCE061A板和小車部分進(jìn)行電源盒排線的連接，進(jìn)行性能測試。

性能測試和調(diào)試過程當(dāng)中，首先，第一步驟是要設(shè)計出可以通過簡單的I/O操縱來控制運動的小車。第二步，實現(xiàn)用語音來控制小車。當(dāng)說“前進(jìn)”時，小車的方向電機(jī)不動，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)，小車前進(jìn);說“后退”時，小車的方向電機(jī)不動，驅(qū)動電機(jī)反轉(zhuǎn);說“左轉(zhuǎn)”時，小車的方向電機(jī)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn);說“右轉(zhuǎn)”時，小車的方向電機(jī)反轉(zhuǎn)，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)。第三步，進(jìn)一步完善功能，小車在超過語音控制范圍的時候可以自動停車。

以聲控小車為例，產(chǎn)品的設(shè)計、組裝及調(diào)試過程，根據(jù)各個學(xué)生小組的進(jìn)度大約耗時一至兩周。期間會遇到硬件安裝、程序調(diào)整、接觸不良、機(jī)械故障甚至電源線接反的諸多問題，項目小組成員需要根據(jù)老師提供的資料，自己來學(xué)習(xí)吸收，自己動手安裝調(diào)試，遇到問題自己解決。這一過程不僅能夠逐步鍛煉學(xué)生項目小組的工程實踐能力，還培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊溝通及協(xié)作能力，為未來的工程師生涯打下堅實的基礎(chǔ)。

3 結(jié)語

根據(jù)國家的高等教育規(guī)劃，高等教育的主要目標(biāo)之一是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。CDIO教育模式能夠培養(yǎng)和提高高校工科類學(xué)生的個人工程能力、人際交往能力、對過程和系統(tǒng)的構(gòu)建能力，綜合提高個人素質(zhì)。而CDIO教育模式需要各大高校的投入和發(fā)展，需要不斷更新教育理念，構(gòu)建項目制運行體系，提高教師能力，建設(shè)工程實踐場所，需要學(xué)校及教育工作者們持續(xù)不斷地努力與改進(jìn)、學(xué)習(xí)與探索。

［1］楊斌，王振玉.基于產(chǎn)品的工程訓(xùn)練教學(xué)改革探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2013，32(11):189－192.

［2］梁延德.我國高校工程訓(xùn)練中心的建設(shè)與發(fā)展［J］.實驗技術(shù)與管理，2013，30(6):6－8.

［3］劉少海，劉琛.基于CDIO模式的機(jī)電工程訓(xùn)練中心建設(shè)與實踐［J］.實驗室研究與探索，2011，30(12):94－96.

［4］劉翔，王蕾，夏緒輝，等.基于CDIO模式的高校工程訓(xùn)練教學(xué)平臺改革實踐［J］.教育教學(xué)論壇，2012(36):38－40.

［5］楊林豐，陳毓莉，羅婕.工程訓(xùn)練中工業(yè)控制實訓(xùn)項目的教學(xué)設(shè)計［J］.自動化與儀器儀表，2013(5):60－61.