基于CDIO工程教育的大學生科技創(chuàng)新平臺建設

杜玉紅++李蘭+史華++原平++李艷琦++趙地

[摘要]本文從CDIO工程教育的內容入手，通過對我校開展的以競賽帶動創(chuàng)新實踐教學，建設創(chuàng)新實踐平臺；課程設計實物化，以實踐深化理論教學；設計制造企業(yè)一線實訓，以實踐驗證理論教學的工程教學理念，闡述了CDIO工程教育在大學生創(chuàng)新實踐平臺建設中的作用。

[關鍵詞] CDIO；科技創(chuàng)新；大學生競賽

[中圖分類號]G642

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671-5918（2015）24-0095-02

一、前言

《高等教育法》中規(guī)定高等教育的任務是“培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才”，所以大學生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)應該成為高校培養(yǎng)方案的重要組成部分。CDIO工程教育模式為現(xiàn)行的高等工科教育和創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)提供了的有效途徑。

CDIO是以產品研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程間緊密聯(lián)系的一種學習過程。高校大學生的科技項目和科技競賽均是按照CDIO工程教育模式進行的。學生結合自己的興趣與特長，參加大學生科技項目、實踐活動、科技競賽等來確定自己的發(fā)展方向。高校通過完善大學生科技創(chuàng)新活動管理，促進工程教育模式改革，培養(yǎng)學生實踐能力與創(chuàng)新能力。

二、基于CDIO工程教育構建的基礎平臺

（一）創(chuàng)新實踐硬件平臺

近年來，機械工程學院以CDIO工程教育理念打造大學生科技創(chuàng)新孵化器，搭建創(chuàng)新實踐平臺，建立機器人創(chuàng)新實驗室、機械基礎實驗室。表1為近三年機器人創(chuàng)新實驗室購置的主要設備。

創(chuàng)新實踐硬件平臺以機電綜合控制實驗為主，發(fā)展以單片機、微機、工控機、PLC為代表的機電控制技術，以信息的采集、處理、反饋以及接口技術為主線，在機、電、液、氣等多種系統(tǒng)中進行綜合創(chuàng)新平臺建設，取得長足、快速的發(fā)展，形成“設計、制造、控制、檢測”四位一體互相支持的一個完整實踐教學體系，完成實踐教學、實踐課程、理論課程的實驗、課程設計和畢業(yè)設計等教學任務。

（二）校企合作平臺

密切聯(lián)系行業(yè)和企業(yè)，建立了穩(wěn)定的校外實訓基地，加強和推進了校外頂崗實習的力度。同時，建立健全了長效機制，完善管理制度和考核辦法，使企業(yè)、學校、學生三方受益，使校企合作、工學結合具有可持續(xù)發(fā)展能力。

為推進CDIO工程教育和“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的開展與實施，在多年的產學研合作的基礎上，2010年我校依托經緯紡織機械股份有限公司建立了工程實踐教育中心，2012年獲批國家級建設單位。2013年天津工業(yè)大學一經緯紡機股份有限公司國家級工程實踐教育中心正式掛牌，標志著我院在校企合作方面邁出了更加堅實的一步。多年來企業(yè)為提升我校我院學生的工程素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新能力作出了卓越貢獻。

（三）科技創(chuàng)新實際課題

機械工程學院基于CDIO工程教育吸引學生參與教師科研、學科競賽、大學生創(chuàng)新性實驗計劃等科技活動，結合國家大學生創(chuàng)新課題、學校創(chuàng)新課題、學院創(chuàng)新課題以及自擬（教師給定或自己選定）實驗項目，最后以實物或者論文形式提交實驗報告。以精心設計的課題、優(yōu)質的管理、良好的儀器設備吸引教師、研究人員和學生參與。配備有經驗豐富的教師作指導將專業(yè)理論知識以趣味性、科學性、實用性和挑戰(zhàn)性形式傳授給學生，使得學生在此創(chuàng)新空間內充分發(fā)揮想象力與創(chuàng)造力，最大限度發(fā)揮他們的主觀能動性?？己艘罁菍W生是否獲獎、發(fā)表科技論文、申請專利、各類挑戰(zhàn)杯獲獎等。

開展的課程主要設計實驗、課程設計、畢業(yè)設計，以及學校的“啟智夏令營項目”培訓課程；機械學院參加的大學生科技競賽項目主要有“全國大學生機械創(chuàng)新設計競賽”、“中國機器人大賽暨RoboCup公開賽”、“全國大學生工程訓練綜合能力競賽”、“全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽”、“華北五?。ㄊ?、自治區(qū)）大學生機器人大賽”等國內高水平競賽項目。每年參加全國、天津市、學校的科技競賽200余項，800余人次。每年學生參加的大學生競賽，獲得省部級及以上競賽獎項，獲省部級以上獎500人次。

三、基于CDIO模式實踐教學的體會

（一）實踐教學方法的建設

機械工程學院CDIO工程教育是將“培養(yǎng)和提高學生造型能力和模型制作樣機生產實踐能力和創(chuàng)新能力”確立為實踐教學培養(yǎng)目標。把建設“多層次、體系化、多樣化”的實驗教學體系確立為實踐教學發(fā)展目標。通過深化改革，全面開放實驗中心，完善資源共享機制，提高儀器設備的利用率和投資效益，將實驗中心建成貫穿學生實踐能力培養(yǎng)全過程，集設計、實驗、制作、制造、控制為一體的服務于多層次設計實踐教學活動和科技創(chuàng)新活動的實踐教學基地。

建立以學生為中心，實現(xiàn)以學生自我訓練為主的競賽教學模式。通過CDIO工程理念具體開展了圍繞專業(yè)核心課程建設多層次、系列化的學生競賽項目，學生能夠更多地進入實驗室進行科技創(chuàng)新活動。對本科生培養(yǎng)以創(chuàng)新性實踐和實訓為核心，以基礎理論教學、實踐教學環(huán)節(jié)、學術講座為支撐，構建創(chuàng)新型人才能力訓練體系。主要有科學研究方法的訓練、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法的訓練、大學生創(chuàng)新實驗計劃和創(chuàng)業(yè)訓練等三個層次，以培養(yǎng)“高素質的工程技術人才”為根本目標，以“引導和深化理論教學，培養(yǎng)學生工程意識、工程能力和創(chuàng)新精神”為實踐教學理念，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實踐能力的高素質工程技術人才，將我院發(fā)展成為面向天津市機械制造類本科生實施創(chuàng)新實踐教學基地，成為為當?shù)亟洕ㄔO和社會發(fā)展服務的人才培養(yǎng)基地和研究成果孵化基地。

（二）以科學嚴格的管理機制和激勵機制做保障

建立嚴格的管理與長期開放的機制，制定實踐教學管理文件。包括創(chuàng)新實踐中心管理制度、教師職責、活動小組管理制度、實驗室安全條例、實驗室開放管理制度、實驗室儀器設備借還登記管理制度。

以大三、大四高年級本科生為競賽活動選拔對象，由平時實踐課堂選拔一批參加夏令營培訓再擇優(yōu)選取一定人員進行加強培訓，準備賽事。由指導教師統(tǒng)一管理、指導競賽，研究生輔助指導、配合工作，低年級本科生觀摩學習，以作為儲備力量培養(yǎng)，對參加競賽的學生要求賽后經驗總結，召開經驗交流會談，由高年級搭配低年級本科生攜手競賽，保證賽事經驗的傳承，對學生參加科技競賽提供一定的經費支持，對教師指導學生競賽給予獎勵等一系列在制度上給予保證。

（三）CDIO工程教育在機器人實踐中心的具體應用

針對不同學習階段和層次的學生特點及專業(yè)教學的需求，以機器人對象為載體，提供創(chuàng)新工程訓練的教學和實驗平臺。

學生通過對機械結構進行親自組裝、基本電子電路的搭建，信號檢測和分析調試，編寫控制軟件，控制機器人的各種行為，完成對人形機器人系統(tǒng)的各種演示、驗證和創(chuàng)新實驗。通過采購已有成型機器人產品，通過研究其設計方式、編程方法、控制方法等逐步建立設計的整體思路。對已有進產品行改造和挖掘包括二次編程設計實現(xiàn)更多功能，為進一步獨立設計產品打好基礎。由學生和教師利用實驗室資源或采買元器件獨立完成從方案設計、工程設計、工程安裝、軟件編程、運行調試的全過程。如何連接至人形機器人主板上；如何將編輯器、編譯器、調試器等硬件縮微集成。如何實現(xiàn)離線對人形機器人專用主芯片進行編程、固化；研究帶有遠程無線遙控功能和編輯示教功能的電子裝置，控制隊表演。研究數(shù)碼編程方法、語音指示說明的實現(xiàn)方法。研究機器人影像識別和傳輸方法等等內容，提高了各年級學生對機械結構、電子電路、信號分析、檢測技術與傳感器、控制技術、軟件硬件系統(tǒng)基礎等基本工程概念的理解和學習。

四、結論

以“引導和深化理論教學，培養(yǎng)學生工程意識、工程能力和創(chuàng)新精神”為實踐教學宗旨，突出CDIO工程教育的理念，強調實踐環(huán)節(jié)，使學生了解機械系統(tǒng)或機電產品的技術動態(tài)、技術水平、工藝過程；為學生提供機電系統(tǒng)設計、制作、調試、測試等實踐過程；通過課程、技術講座、大學生科技競賽培訓等活動，將信息技術傳授給學生，組織學生課外科學實踐和課外創(chuàng)新活動，激發(fā)了學生實踐興趣，提高實踐能力和創(chuàng)新能力。endprint