契合CDIO大綱的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)探討

崔 江，陳則王，王友仁，孔德明

(南京航空航天大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京210016)

0 引言

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)相對于一般的課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)課程而言，其特點(diǎn)是:①持續(xù)時(shí)間長，一般需要3個(gè)月左右;②設(shè)計(jì)題目有難度，對學(xué)生知識的系統(tǒng)綜合及應(yīng)用能力有一定要求;③需要學(xué)生有較強(qiáng)的自學(xué)能力，有些內(nèi)容需要自己構(gòu)思、設(shè)計(jì)或創(chuàng)新;④需要學(xué)生具有一定的動(dòng)手能力，一些硬件系統(tǒng)要調(diào)試。

高校本科畢業(yè)設(shè)計(jì)的這些特點(diǎn)與CDIO大綱中的內(nèi)容有一定的契合性，因而用于CDIO教育理念的驗(yàn)證和實(shí)踐是一個(gè)很好的選擇，CDIO專家將其稱為I級項(xiàng)目(即高級設(shè)計(jì)項(xiàng)目)［1]。

CDIO作為國際上影響力大，認(rèn)可程度高的一種新型工程教育模式?，F(xiàn)已被國內(nèi)很多高校所采用，并取得了很好的效果［2-3]。CDIO大綱的第一部分主要是基礎(chǔ)知識，包括基礎(chǔ)科學(xué)知識、核心工程基礎(chǔ)知識和高級工程基礎(chǔ)知識;第二部分主要指個(gè)人技能素質(zhì)，包括工程推理和解決問題、實(shí)驗(yàn)中探尋知識、系統(tǒng)思維、個(gè)人技能和特質(zhì)、職業(yè)技能與態(tài)度等;第三部分是團(tuán)隊(duì)精神和溝通;第四部分包括環(huán)境、工程系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計(jì)實(shí)施與運(yùn)行等［4]。

因而，在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)階段選擇合適的題目并契合CDIO大綱的部分理念，期望能夠鍛煉學(xué)生的實(shí)際工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。這種嘗試不但能夠?yàn)閷W(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供一個(gè)很好的實(shí)踐平臺，也能夠?yàn)楦咝Ｏ嚓P(guān)專業(yè)后續(xù)CDIO工程教育模式的引入和實(shí)施提供有益的參考和經(jīng)驗(yàn)積累。

1 畢業(yè)設(shè)計(jì)方案

2012年，筆者指導(dǎo)的兩名畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生均屬于計(jì)算機(jī)測控專業(yè)。他們的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目與一個(gè)實(shí)際的工程項(xiàng)目有關(guān)。該項(xiàng)目是關(guān)于數(shù)據(jù)采集和信號處理方面的。畢業(yè)設(shè)計(jì)步驟與CDIO大綱之間的契合關(guān)系如圖1所示。

圖1 畢業(yè)設(shè)計(jì)步驟與CDIO大綱之間的契合關(guān)系

(1)步驟一:學(xué)生需要具備本專業(yè)的基礎(chǔ)知識和工程技術(shù)知識，這一點(diǎn)屬于CDIO大綱的第一部分內(nèi)容。學(xué)生根據(jù)課題任務(wù)書和項(xiàng)目的要求尋找課題資料，撰寫課題的開題報(bào)告，這屬于CDIO大綱中的第二部分內(nèi)容，即探索和尋找知識。

(2)步驟二:構(gòu)思項(xiàng)目方案。導(dǎo)師鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案的總體框架，然后給出一些指導(dǎo)性意見以完善項(xiàng)目方案的可行性。在本階段，兩名學(xué)生分別負(fù)責(zé)上位機(jī)(即PC機(jī))和下位機(jī)的設(shè)計(jì)(即硬件系統(tǒng)和相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì))。整個(gè)步驟契合了CDIO目標(biāo)中的第四部分內(nèi)容，即工程系統(tǒng)構(gòu)思;由于該步驟也與系統(tǒng)建模，系統(tǒng)分析和問題表述等緊密相關(guān)，因而也屬于大綱第二部分中的相關(guān)內(nèi)容。

(3)步驟三:在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造階段完成硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和軟件編寫。硬件設(shè)計(jì)包括電機(jī)控制、數(shù)據(jù)采集和傳輸、通訊以及處理器最小系統(tǒng)等，還包括完成后續(xù)的PCB設(shè)計(jì)、元器件購買和焊接。軟件設(shè)計(jì)主要涉及流程圖制作、軟件模塊化設(shè)計(jì)等內(nèi)容。本步驟屬于CDIO大綱第四部分內(nèi)容。

(4)步驟四:軟硬件系統(tǒng)的測試。先進(jìn)行兩部分內(nèi)容的獨(dú)立測試，再進(jìn)行兩部分的聯(lián)合測試。測試中涉及到硬件系統(tǒng)的重新修訂和改進(jìn)，軟件流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)等細(xì)節(jié)，均屬于CDIO大綱第四部分內(nèi)容。在系統(tǒng)的聯(lián)合測試中，需要一定的團(tuán)隊(duì)合作精神，屬于CDIO大綱中的第三部分內(nèi)容，即團(tuán)隊(duì)精神與溝通等，這在需要相互協(xié)作的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)中尤其重要［5]。

2 畢業(yè)設(shè)計(jì)效果

經(jīng)過三個(gè)月左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)，軟硬件系統(tǒng)基本調(diào)試完畢。其中，上位機(jī)系統(tǒng)完成了預(yù)定的設(shè)計(jì)任務(wù)，下位機(jī)的硬件系統(tǒng)也設(shè)計(jì)完成。通過與標(biāo)準(zhǔn)儀器(精度0.2級)的對比，本系統(tǒng)指標(biāo)已十分接近標(biāo)準(zhǔn)儀器的測量精度。除了有一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)需要進(jìn)一步優(yōu)化外，其余指標(biāo)均滿足預(yù)定指標(biāo)要求。

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的兩名學(xué)生相互協(xié)助，對項(xiàng)目的方案提出了不少有益的修訂和改進(jìn)意見，畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)度基本上按照原先設(shè)計(jì)的進(jìn)行，最終完成一個(gè)實(shí)際工程項(xiàng)目的大部分指標(biāo)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、工程技術(shù)能力及創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)，取得了很好的畢業(yè)設(shè)計(jì)效果。

3 結(jié)語

本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以實(shí)際工程項(xiàng)目為題目，通過參考CDIO大綱的基本內(nèi)容和理念對學(xué)生的設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行安排，以契合CDIO大綱的基本內(nèi)容對學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，重點(diǎn)對CDIO中的C(構(gòu)思)、D(設(shè)計(jì))和I

(執(zhí)行)等三個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了鍛煉。由于設(shè)計(jì)項(xiàng)目目標(biāo)產(chǎn)品尚未完全完成，導(dǎo)致O(運(yùn)行)環(huán)節(jié)對學(xué)生的鍛煉較少。這首先歸咎于參與該項(xiàng)目的學(xué)生數(shù)目太少，而任務(wù)模塊較多造成的，學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)有所欠缺也是原因之一。

［1] 莊哲民，沈民奮.基于CDIO理念的1級項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J] .武漢:高等工程教育研究，2008，(6):19-22，56

［2] 張慧平，戴波，劉娜等.基于CDIO教育理念的自動(dòng)化課程的改革與實(shí)踐［J] .南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(5)

［3] Yifang Zhang，Jie Liu.An experiment of computer curriculum reform based on CDIO in engineering education［C] .The 4th International Conference on Computer Science＆Education(ICCSE)，2009，pp:1629-1632.

［4] 康全禮，陸小華，熊光晶.CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)［J] .長沙:高等教育研究學(xué)報(bào)，2008，31(4):15-18

［5] 崔江，王友仁.本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中團(tuán)隊(duì)精神培養(yǎng)［J] .南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(3):114-115