融人CDIO理念的大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽設(shè)計

融人CDIO理念的大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽設(shè)計摘要]全國大學(xué)生工程訓(xùn)練能力競賽是一項全國性的科技創(chuàng)新實踐競賽活動，CDIO模式是國際工程教育改革的新成果，在競賽過程中融入CDIO工程教育模式，能激發(fā)學(xué)生的參與興趣，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生的實踐動手能力。整合機械學(xué)科競賽，基于CDIO模式構(gòu)建學(xué)科競賽管理體系和競賽平臺，將課程實驗與學(xué)科競賽相融合，賽教結(jié)合深化實踐教學(xué)改革，是對培養(yǎng)機械類大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力途徑的有益探索。

[

關(guān)鍵詞]CDIO工程教育模式；工程訓(xùn)練綜合能力競賽；創(chuàng)新實踐能力

[中圖分類號]G645[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1674-893X(2024)06?0070?03

一、引言

工程技術(shù)是科學(xué)的實踐和應(yīng)用，在社會和經(jīng)濟發(fā)展中有著非常重要的地位，機械工程是工程技術(shù)的重要組成部分。目前我國制造業(yè)的規(guī)模和總量都已進入世界前列，成為世界制造大國，對機械類工程人才尤其是應(yīng)用型工程人需求量較大[1]。而中國高等教育已進入大眾化教育階段，社會對于專業(yè)技能的需求也趨向?qū)I(yè)化和多樣化。實踐是機械類工程人才成長之路上不可缺少的環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的重要途徑。但實踐教學(xué)環(huán)節(jié)在當(dāng)前機械類人才培養(yǎng)體系中的“短板效應(yīng)”依然突出，如何完善機械類工程人才的培養(yǎng)模式，依托實踐教學(xué)培養(yǎng)出優(yōu)秀的應(yīng)用型技術(shù)人才，是需要我們探索和研究的問題。

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的重要成果，其大綱注重培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、理論與實踐并重的能力。本文面向應(yīng)用型機械類工程人才的培養(yǎng)，基于CDIO模式與全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的融合與應(yīng)用進行分析討論，以期將CDIO模式和學(xué)科競賽相結(jié)合，探討培養(yǎng)機械類大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的途徑。

二、全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽簡介

全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽是教育部高等教育司發(fā)文舉辦的全國性大學(xué)生科技創(chuàng)新實踐競賽活動，是基于國內(nèi)各高校綜合性工程訓(xùn)練教學(xué)平臺，為深化實驗教學(xué)改革，提升大學(xué)生工程創(chuàng)新意識、實踐能力和團隊合作精神，促進創(chuàng)新人才培養(yǎng)而開展的一項公益性科技創(chuàng)新實踐活動。競賽方針是：基于理論、注重創(chuàng)新，突出能力，強化實踐[2]。

如2024年競賽的具體內(nèi)容是設(shè)計一種無碳小車，驅(qū)動其行走及轉(zhuǎn)向的能量是根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，由給定重力勢能轉(zhuǎn)換而得到的。該給定重力勢能由競賽時統(tǒng)一使用質(zhì)量為1Kg的標(biāo)準(zhǔn)砝碼(Φ50×65mm，碳鋼制作)來獲得，要求砝碼的可下降高度為400±2mm。標(biāo)準(zhǔn)砝碼始終由小車承載，不允許從小車上掉落。小車示意圖如圖1所示。

2024年6月在大連舉行首屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽，2024年已經(jīng)是第四屆，此次大賽特色鮮明，影響力逐步提高。綜合來說，工程訓(xùn)練競賽的命題緊扣時代主題——低碳生活與個性發(fā)展；綜合性強，與工程訓(xùn)練教學(xué)目標(biāo)緊密結(jié)合；參賽面廣，為參賽隊伍提供了很好的學(xué)習(xí)交流平臺；競賽模式新穎，有助于推動優(yōu)秀工程師的素質(zhì)培養(yǎng)。

三、CDIO工程教育模式簡介

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的新成果，在世界各地多所大學(xué)已實施并取得很好的成效。自2000年至2024年，MIT(MassachusettsInstituteofTechnology)與瑞典查爾摩斯工業(yè)大學(xué)(ChalmersUniversityofTechnology)、林雪平大學(xué)(LinkpingUniversity)、瑞典皇家工學(xué)院(RoyalInstituteofTechnology)共同探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育模式。國際CDIO工程教育組織自2024年正式成立以來已發(fā)展到世界五大洲超過25個國家[3]。

CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實施(Implement)和運行(Operate)。其以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品的運行、維護和廢棄的全生命周期為載體，建立一體化的相互支撐和有機聯(lián)系的課程體系，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO能力大綱和12條標(biāo)準(zhǔn)是實施CDIO工程教育模式兩個最重要的指導(dǎo)性文件[4]。CDIO工程教育模式自2024年引入中國以來，對中國工程教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

四、CDIO模式與工程訓(xùn)練競賽融合及實踐的意義

以2024年全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽為例，大賽要求每組為三名學(xué)生，一名指導(dǎo)教師。以CDIO工程教育模式來指導(dǎo)組織競賽過程，可將整個競賽過程分為構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行四個階段。在構(gòu)思階段，學(xué)生在教師指導(dǎo)下需對競賽內(nèi)容進行細(xì)致分析，明確可用的資源和要達(dá)到的目標(biāo)，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，分析對比無碳小車的常用設(shè)計方案及設(shè)計原則，初步明確設(shè)計方案；在設(shè)計階段，在設(shè)計方案的基礎(chǔ)上分配任務(wù)，進行無碳小車的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件設(shè)計計算和三維建模；在實施過程中，主要任務(wù)是對設(shè)計結(jié)果進行運動仿真，了解和檢驗設(shè)計方案的可行性和運動效果，以對設(shè)計進一步優(yōu)化。確定最終設(shè)計方案后，參賽學(xué)生需了解學(xué)院加工設(shè)備的性能參數(shù)和使用方法，編制主要零部件的加工工藝卡，采購相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)件，完成無碳小車的零件加工及裝配；在運行階段，主要對無碳小車進行調(diào)試和試運行，參加選拔比賽和正式競賽。CDIO模式貫穿從競賽準(zhǔn)備到比賽結(jié)束的全過程，以CDIO模式組織和指導(dǎo)競賽，取得了良好的效果。

（一）激發(fā)了學(xué)生的參與興趣

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教學(xué)過程相對單一，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。而在工程訓(xùn)練競賽過程中，學(xué)生按競賽任務(wù)，有針對性地進行學(xué)習(xí)和研究，目標(biāo)明確，同時在每一個階段完成時，學(xué)生都能看自己的階段性成果或作品，會產(chǎn)生一定的成就感，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

（二）培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神

在團隊中能有效工作和溝通是對學(xué)生就業(yè)非常重要的能力，CDIO大綱中也對學(xué)生的人際交往和團隊協(xié)作能力有明確的要求。在工程訓(xùn)練競賽中，因任務(wù)繁重，參賽學(xué)生為三名，必須分工合作才能完成。因此，此競賽為學(xué)生提供了一種教學(xué)計劃之外的學(xué)習(xí)體驗，不僅讓學(xué)生學(xué)到相互支持的各種學(xué)科知識及其在專業(yè)上的應(yīng)用，而且有明確的計劃能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)和比賽過程中增強有效溝通、人際交往以及專業(yè)知識的綜合運用能力。

（三）增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力

參賽學(xué)生均為剛完成大學(xué)二年級課程學(xué)習(xí)的機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)學(xué)生，對CAD二維軟件、3D建模的使用都有一定的了解，能較熟練使用。但對計算機仿真軟件、數(shù)控機床的性能和使用、零件加工的工藝編制等內(nèi)容基本沒有接觸，必須在整個競賽準(zhǔn)備過程中邊學(xué)邊用，需要自主學(xué)習(xí)、合作式學(xué)習(xí)與研究式學(xué)習(xí)相結(jié)合，是一種“做中學(xué)，學(xué)中用”的工學(xué)結(jié)合模式。這同學(xué)生長期以來的傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式不一樣，在不斷的實踐過程中增強了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力。

（四）提高了學(xué)生的實踐動手能力

相對傳統(tǒng)的理論教學(xué)，CDIO工程教學(xué)模式強調(diào)教學(xué)與實踐一體化。工程訓(xùn)練競賽過程中需要學(xué)生討論確定設(shè)計方案、親自動手加工零件及裝配調(diào)試，有些過程需進行多次改進，以進一步優(yōu)化無碳小車性能，從而提高了學(xué)生的實踐動手能力。

五、CDIO模式與學(xué)科競賽相結(jié)合培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力

與機械學(xué)科聯(lián)系緊密的競賽除了國家大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽之外，還主要包括全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)課外學(xué)術(shù)科技作品競賽(挑戰(zhàn)杯)、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計大賽、全國大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽、大學(xué)生創(chuàng)新與實驗性項目等，這一系列競賽可作為機械類本科生工程教育體系中非常重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的一部分。以這一系列競賽為基礎(chǔ)，結(jié)合工程訓(xùn)練能力競賽中的經(jīng)驗和啟示，將CDIO工程教育模式融入學(xué)科競賽的全過程，通過競賽培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新意識和合作精神，對培養(yǎng)機械類大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的途徑是一種補充和探索。

（一）構(gòu)建基于CDIO模式的學(xué)科競賽管理體系

學(xué)科競賽名目較多，各有特色，需在對機械類大學(xué)生各種學(xué)科競賽進行廣泛調(diào)研和分析的前提下，以培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力為目標(biāo)，有效分配學(xué)科建設(shè)資源，建立基于CDIO模式的學(xué)科競賽體系。由于CDIO教學(xué)大綱對于工程教育的普適性，所有的競賽都可以分為構(gòu)思(C)、設(shè)計(D)、實施(I)和運行(O)四個階段進行管理。需要指出的是，CDIO并不是一個固定的樣板，在實際的管理和執(zhí)行過程中，并不一定要刻板的按照CDIO四個步驟依次進行，可以在某個過程中思考前一個過程是否有不足，以對其進行修改與完善，在不斷的優(yōu)化與更新過程中，不斷提升競賽方案的功能或價值，讓競賽過程成為一個不斷滿足學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)需求的發(fā)展過程。

（二）構(gòu)建開放式學(xué)科競賽平臺

以學(xué)科競賽來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力難在長期堅持，難在廣泛參與。參與各項競賽需要校方投入大量人力和物力，而且參與的只是少量較優(yōu)秀的學(xué)生，同時教師的積極性也不高，因此需要建立開放式的學(xué)科競賽平臺，讓更多的學(xué)生更廣泛地參與進來。

平臺的建設(shè)首先要建立基地，穩(wěn)定的實踐基地是深入開展學(xué)科競賽的重要支撐條件?？煽紤]校內(nèi)實驗室通過校級競賽或?qū)嶒炐皂椖?、省級以上競賽項目的選拔與培訓(xùn)等形式向?qū)W生開放，并依托學(xué)科建立相應(yīng)學(xué)生創(chuàng)新基地，覆蓋到全學(xué)科學(xué)生。

其次加強經(jīng)費投入是學(xué)科競賽能夠得以開展的重要保證?？煽紤]設(shè)立學(xué)生學(xué)科競賽專項資金，支持學(xué)生廣泛參與。另可積極利用社會力量參與學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，與各種社會力量建立緊密的合作關(guān)系，在雙方互惠互利的基礎(chǔ)上，吸納社會資金，形成學(xué)科競賽經(jīng)費或資源多元化籌措的渠道。

（三）課程實驗與競賽相融合，賽教結(jié)合深化改革

由于競賽的廣泛性參與較難，可以考慮專業(yè)培養(yǎng)計劃內(nèi)的規(guī)定實驗項目與學(xué)科競賽相融合。對實驗教學(xué)采用開放式和針對性的運作模式，減少部分實驗項目或?qū)W生完成規(guī)定項目之外，分課程在實踐教學(xué)中讓學(xué)生接觸不同競賽的參與方式和內(nèi)容，更早讓學(xué)生樹立工程意識，鼓勵學(xué)生超前性的進行競賽的準(zhǔn)備和訓(xùn)練，提高學(xué)生參與競賽的積極性。

六、結(jié)語

通過參與全國大學(xué)工程訓(xùn)練綜合能力競賽，學(xué)生從競賽過程系統(tǒng)地了解了一個項目從設(shè)計制造到調(diào)試運行的基本流程，競賽過程中CDIO模式和比賽實踐的結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生的參與興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提高了學(xué)生的實踐動手能力?？偨Y(jié)其中的經(jīng)驗，整合機械學(xué)科相關(guān)的競賽項目，作為機械類學(xué)生實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的一部分，以CDIO模式作為競賽組織思想，是對培養(yǎng)機械類大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力途徑的完善和有益探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國機械工程學(xué)會.中國機械工程