基于CDIO理念的“机械工程及自动化”工程项目实践

　摘要：介绍了“机械工程及自动化”专业基于CDIO理念的工程项目实践情况。在实施过程中，首先由教师向学生讲授 CDIO基本理念与本专业课程计划；然后以“基于视频智能控制系统引导的AGV小车及其机械结构及传动系统开发”为项目课题，明确专业课程设置的目的与意义；通过组织学生多次进行方案汇报和交流、参观工业博览会论文联盟等形式，使学生了解企业运作的规律，体会企业对人才的要求及标准，从而实现提高学生工程创新能力和综合素质的培养目标。
　　关键词:CDIO；AGV小车；工程创新
　　中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1002-2589（2010）33-0135-02
　　
　　当前，随着科学技术水平的快速发展，上海商标注册，国际竞争日益激烈，工程人才短缺和工程教育质量问题是全世界面临的一个共同问题。工程技术对经济和社会的具有十分巨大的推动作用,而工程技术人才的培养质量直接决定了一个国家的工程技术水平和发展速度，从而也决定了这个国家的工业竞争力和综合实力 [1] 。
　　CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了 CDIO 工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的国际合作组织。CDIO代表构思（ConcEive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）,它以产品研发到产品运行的生命周期为载体 ,让学生以主动的、 实践的、 课程之间有机联系的方式学习工程。
　　我国高等工科教育的迫切任务是尽快培养与国际接轨的中国工程师，然而我国工科的教育实践中还存在不少问题，如重理论轻实践、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视开拓创新能力的培养等问题。
　　CDIO 的理念不仅继承和发展了欧美二十多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的12条标准。目前，已有几十所世界著名大学加入了CDIO组织，国内也有39所高校分两批陆续成为CDIO试点，在此模式培养的学生深受社会与企业的欢迎。国内外的经验都表明CDIO的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程中的改革。
　　一、“机械工程及自动化”CDIO培养计划框架
　　工程设计是整个工程系统的精髓。功能、技术、经济的要求，以及环境、社会乃至历史的约束，都将在工程项目的设计过程中发挥其影响力。基于这一理念，我们确定了以项目设计为导向(Design-Directed Learning) 、以能力培养为目标的CDIO 人才培养模式,通过项目设计将整个课程体系系统地、有机地结合起来 [2] 。具体说来,就是所有需要学习和掌握的专业知识都围绕工程项目设计这个核心展开,并形成一个有机整体。
　　在编制培养计划时,依据项目所涉及的专业知识范围以及项目本身的规模,为学生设置了三个级别的项目。一 级项目包含本专业主要核心课程,体现本专业主要能力要求；二级项目则引导一组相关核心课程的学习，重点突出了对某项能力要求；三级项目则针对单门课程,是为增强学生对该门课程内容的理解而设置的。在这三个层次的项目中,由于一级项目完整地贯穿于整个本科教学阶段,对学生系统地进行构思、设计、实现、运作的整体训练，因此是CDIO 培养计划中最为重要的环节。针对上海发展先进制造业及航运中心的需求，选取开发设计AGV智能小车作为一级项目课题，对满足现代工厂柔性化生产或立体仓库的自动货运需求具有重要的实践意义。为此,我们设计了基于CDIO 理念的“机械工程及自动化”专业学生培养计划鱼骨架图(如图1 所示) 。
　　由图1 可见，在新生入学的第一学年里，我们要求学生首先完成高等数学、大学物理、工程数学、大学英语等基础学科知识的学习，使学生具备基本的科学素养,并为将来的3 级项目做好必要的知识储备。在此基础上,以项目设计为导向,开展后续专业知识的教学过程。
　　二、学习CDIO课程体系内涵
　　一级项目初级阶段开始，由指导教师向即将开始专业学习的新生介绍CDIO 的内涵与思想。首先,结合CDIO 能力大纲,使学生了解CDIO理念将工科毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力以及工程系统能力四个层面,要求学生参照这四个层面的能力要求为自己设定专业学习目标及今后的努力方向。由于CDIO 能力大纲是直接参照工业界对工程人才的要求(如波音公司对人才素质的要求、ABET 的标准EC2000) 而制定的,因此，不仅提出了系统的能力培养理念,更重要的是,提供了全面的实施指引(包括培养计划、教学方法、学生考核以及学习构架) 以及实施检验的12 条标准，具有系统性及可操作性，作为学生的专业学习指南是完全可行的。
　　由于不同学科有着不同的内涵,虽然CDIO 能力大纲在“工程基础知识”这一条目下只粗略提到了“基础科学知识”、“核心工程基础知识”和“高级工程基础知识”这三点内容,但这些内容对于后三个层面的能力培养是非常重要的。其次,向学生讲解基于CDIO 理念的培养计划的内容,使学生对将要学习的专业课程及将要参与的各种CDIO 实践活动具备初步的认识,了解培养CDIO 各项能力(如沟通能力和协调能力等个人能力,协同能力,项目的组织、设计、开发和实施能力) 的重要性;同时,通过各种案例(cases)激发学生的创新意识,引导他们培养创新能力及协作精神,形成理论联系实际的严谨学风。
　　三、围绕1级项目实施CDIO模式的教学过程
　　在实施过程中,对10名学生组成项目团队再分为机械设计和控制设计两组，学生根据自己的兴趣和特点自愿加入，提倡两组之间的交流合作。在初始阶段，先引导学生查阅相关资料，对AGV智能货运小车功能特点、应用场合、结构组成、以及成本预算等方面建立总体的认识，然后再具体地从车体框架设计、驱动结构设计、 转贴于论文联盟

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