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CDIO先進(jìn)工程教育的探索實(shí)踐論文
【摘要】針對當前CREO課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，將先進(jìn)的CDIO工程教育模式應用于CREO教學(xué)。構建了基于CDIO理念的CREO課程教學(xué)改革方案，并結合開(kāi)源3D打印機研發(fā)項目，探索和實(shí)踐了CREO課程的CDIO教學(xué)模式操作流程，實(shí)現了從構思、設計到實(shí)施、運行的一體式項目化教學(xué)，為同類(lèi)相關(guān)課程教學(xué)模式的改革與創(chuàng )新提供了重要思考和借鑒。
【關(guān)鍵詞】課程改革;項目教學(xué);探索;實(shí)踐;CDIOCREO
0引言
長(cháng)期以來(lái)，工程能力培養的缺失一直是國內高校在課程教學(xué)過(guò)程中存在的普遍問(wèn)題。在當前互聯(lián)網(wǎng)+和以轉變經(jīng)濟發(fā)展方式為新常態(tài)的社會(huì )大背景下，企業(yè)對人才的知識、能力及素質(zhì)等方面的要求也在不斷發(fā)生變化。依據我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰略布局和對工程人才的需求，進(jìn)一步深化課程教學(xué)改革和人才培養模式創(chuàng )新，是我國高等工程教育改革成功的關(guān)鍵[1]。然而現階段我國高等工程教育還是以課程教學(xué)為主，這種培養模式已不能滿(mǎn)足企業(yè)和社會(huì )對于新型高素質(zhì)工程人才的迫切需求，國內高校在工程類(lèi)人才培養方面的教育理念亟待更新，以適應當前“大眾創(chuàng )業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng )新”的社會(huì )發(fā)展要求。本文將先進(jìn)的CDIO工程教育模式與CREO課程相結合，通過(guò)教學(xué)模式改革和項目實(shí)踐，探索和創(chuàng )新針對CREO課程的教學(xué)方法及思路，為工程類(lèi)人才培養的課程改革與教育實(shí)踐提供了重要參考。
1.CDIO教育理念
CDIO理念是近年來(lái)國際工程教育改革的最新研究成果，也是得到國內外教育界認可和推薦的先進(jìn)工程教育模式。CDIO教育理念主要由四部分內容構成，即：構思（Conceive）、設計（Design）、實(shí)施（Implement）和運行（Operate）[2]。CDIO工程教育模式注重培養學(xué)生掌握扎實(shí)的工程基礎理論和專(zhuān)業(yè)知識[3]，其中，“構思”包括顧客需求分析、技術(shù)、企業(yè)戰略和規章制度設計、發(fā)展理念、技術(shù)程序和商業(yè)計劃制訂等；“設計”主要包括工程計劃、圖紙設計以及實(shí)施方案設計等；“實(shí)施”是將設計方案轉化為產(chǎn)品的過(guò)程，包括制造、解碼、測試以及設計方案的確認；“運行”則主要是通過(guò)投入實(shí)施的產(chǎn)品對前期程序進(jìn)行評估的過(guò)程，包括對系統的修訂、改進(jìn)和淘汰等。作為當前先進(jìn)的高等工程教育模式，CDIO理念在學(xué)生的系統工程技術(shù)能力培養方面具有很大優(yōu)勢。CDIO的設計靈感源自于工程產(chǎn)品的生命周期，它將教育過(guò)程放到工程領(lǐng)域的具體環(huán)境中，通過(guò)貫穿整個(gè)人才培養過(guò)程的團隊設計和創(chuàng )新實(shí)踐訓練，培養專(zhuān)業(yè)基礎扎實(shí)、職業(yè)道德高尚的高水平工程類(lèi)人才[4]。多所高校的試點(diǎn)實(shí)踐表明，CDIO模式在新型工程類(lèi)人才的教育和能力培養方面取得了良好成效，對于高等工程人才的培養具有重要的借鑒意義和推廣價(jià)值。
2.課改背景
近年來(lái)，隨著(zhù)計算機輔助技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的工程設計需要借助計算機進(jìn)行產(chǎn)品設計與開(kāi)發(fā)。CREO是由美國PTC公司推出的新一代三維CAD設計軟件包，它集成了產(chǎn)品造型設計、工程分析、加工制造、模具設計、有限元分析及運動(dòng)仿真等眾多功能，現在已被廣泛應用于機械工程、汽車(chē)制造、航空航天、船舶制造及模具設計等行業(yè)[5]。目前，CREO作為一門(mén)重要的三維CAD軟件技能操作專(zhuān)業(yè)課程，已在國內工科院校機電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的本、專(zhuān)科教學(xué)中普遍開(kāi)設。筆者在長(cháng)期的一線(xiàn)教學(xué)和與學(xué)生交流的過(guò)程中發(fā)現，傳統的教學(xué)模式存在諸多問(wèn)題與缺陷，已不能適應當前社會(huì )對于應用型人才培養的要求，針對三維CAD軟件類(lèi)課程的教學(xué)方法與理念亟待更新。
3.課程改革方案
3.1思路與目標
以本校機械設計制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)、工業(yè)設計專(zhuān)業(yè)為依托，將CDIO理念以項目化驅動(dòng)方式引入CREO課程教學(xué)。通過(guò)一至兩學(xué)年的試點(diǎn)教學(xué)，不斷探索、研究和驗證CDIO理念與CREO課程的最佳結合模式，同時(shí)分析和解決在實(shí)際一線(xiàn)教學(xué)過(guò)程中出現的各類(lèi)問(wèn)題，最終形成基于CDIO工程教育模式的CREO課程教學(xué)思路與實(shí)現流程。通過(guò)CREO課程的教學(xué)改革與實(shí)施，探索針對三維CAD軟件類(lèi)課程的CDIO教學(xué)新模式，實(shí)現CREO課程從構思、設計到實(shí)施、運行的一體式項目化教學(xué)。同時(shí)，結合本校實(shí)際，構建適合機制專(zhuān)業(yè)、工設專(zhuān)業(yè)CREO教學(xué)的CDIO框架結構和實(shí)施流程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習CREO課程的興趣和主動(dòng)性，有效提升CREO課程的教學(xué)效果及質(zhì)量，為當前應用型工程人才培養和相關(guān)專(zhuān)業(yè)CAD課程教學(xué)改革提供有力參考。
3.2主要研究?jì)热?/p>
結合機制專(zhuān)業(yè)、工設專(zhuān)業(yè)的CREO課程教學(xué)，試點(diǎn)CDIO工程教育模式的實(shí)施流程和教學(xué)效果，構建基于構思、設計、實(shí)施和運行的CREO課程新型教學(xué)模式，主要研究?jì)热莅ǎ篊DIO工程教育模式的內涵與運行機理、CDIO理念與CREO課程的結合模式與實(shí)現流程、CDIO工程教育模式下的CREO課程項目化教學(xué)及過(guò)程優(yōu)化、基于CDIO理念的機制專(zhuān)業(yè)和工設專(zhuān)業(yè)CREO課程教學(xué)模式改革試點(diǎn)。
3.3實(shí)施方案
針對以往CREO課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題與弊端，通過(guò)企業(yè)、高校調研及相關(guān)專(zhuān)業(yè)試點(diǎn)教學(xué)，逐步探索CREO課程從構思、設計到實(shí)施、運行的項目化教學(xué)流程，在此基礎上不斷優(yōu)化、改進(jìn)CREO課程的CDIO運行模式，直至建立科學(xué)的、切合實(shí)際的最佳實(shí)施方案。首先通過(guò)研究CDIO工程教育模式的整體框架結構及內涵，初步構建基于CDIO理念的CREO課程新型教學(xué)模式；然后在機制專(zhuān)業(yè)、工設專(zhuān)業(yè)的CREO課程教學(xué)中進(jìn)行試點(diǎn)，以機械產(chǎn)品設計和工業(yè)產(chǎn)品設計為切入點(diǎn)，驗證和評估CDIO模式在CREO教學(xué)中的科學(xué)性、可行性及合理性；在此基礎上分析、總結CDIO教學(xué)模式運行過(guò)程中的出現的問(wèn)題，對原有CDIO教育模式的框架結構、邏輯關(guān)系和實(shí)施方案進(jìn)行優(yōu)化；再次對機制專(zhuān)業(yè)、工設專(zhuān)業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)教學(xué)，逐步改進(jìn)、完善針對CREO課程的CDIO教學(xué)模式；最后評估CDIO模式教學(xué)效果，整理、總結CREO課程的CDIO教學(xué)模式實(shí)現方法和基本流程，并將研究成果在本校相關(guān)專(zhuān)業(yè)CAD軟件類(lèi)課程教學(xué)中進(jìn)行推廣。
4.探索與實(shí)踐
以近年來(lái)市場(chǎng)上興起的開(kāi)源3D打印機為研究對象，構建基于CDIO理念的CREO課程項目化教學(xué)實(shí)施方案。由機制專(zhuān)業(yè)學(xué)生組成設計團隊（3~5人），在CREO環(huán)境下對3D打印機進(jìn)行系統設計與樣機開(kāi)發(fā)。通過(guò)前期的企業(yè)考察、市場(chǎng)調研和設計構思，確定針對開(kāi)源3D打印機的系統設計方案，并在CREO平臺上進(jìn)行三維CAD建模和裝配設計。從最初項目構思到樣機開(kāi)發(fā)完成歷時(shí)近1個(gè)半月，設計過(guò)程由團隊成員分工協(xié)作完成，不僅將機械原理、機械設計、電工學(xué)等相關(guān)知識應用于實(shí)踐之中，而且鍛煉了學(xué)生的創(chuàng )新能力與團隊意識，有效提高了學(xué)生綜合素質(zhì)和應用知識的能力。在項目實(shí)施階段，根據3D打印機工程圖紙和數字樣機結構，直接購置所需的標準件和相關(guān)耗材；對于非標件和一般零部件，可借助3D打印進(jìn)行快速成型制造。在此過(guò)程中，要求項目組成員分工協(xié)作、積極動(dòng)手和實(shí)踐。通過(guò)3周時(shí)間的探索與努力，不斷解決項目實(shí)施過(guò)程中遇到的種種困難與問(wèn)題，最終實(shí)現了設計方案向產(chǎn)品的轉化。項目運行階段的主要任務(wù)是對3D打印機進(jìn)行系統性能測試。首先利用實(shí)物打印來(lái)評估機械傳動(dòng)系統、電氣控制系統及熱熔裝置的運行狀態(tài)，然后以此反饋信息為依據對前期設計方案進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，這一過(guò)程主要涉及CREO環(huán)境下的工程圖、三維零部件模型、數字樣機結構及裝配關(guān)系等。通過(guò)設計、測試、反饋及改進(jìn)的優(yōu)化模式來(lái)精制3D打印機物理樣機模型，直至達到預期性能要求。
5.結語(yǔ)
實(shí)踐探索表明，由CDIO模式培養出來(lái)的學(xué)生具有較強的自學(xué)能力、組織溝通能力和協(xié)調能力，符合當前社會(huì )和企業(yè)對于創(chuàng )新應用型人才的要求。通過(guò)將CDIO模式引入CREO課程教學(xué)，不僅能夠有效提高學(xué)生對CREO課程的學(xué)習興趣和主動(dòng)性，而且在教學(xué)效果方面較之以往也有很大提升，為工科類(lèi)院校的課程改革與人才培養模式創(chuàng )新提供了重要參考。
參考文獻：
[1]胡文龍.基于CDIO的工科探究式教學(xué)改革研究[J].高等工程教育研究,2014,01:163-168.
[2]胡志剛,任勝兵,吳斌.構建基于CDIO理念的一體化課程教學(xué)模式[J].中國高等教育,2010,22:44-45.
[3]韓智,張振虹,李興娟.基于CDIO理念的軟件工程課程教學(xué)改革[J].計算機工程,2010,11:56-59.
[4]郭長(cháng)虹,趙炳利,李東興.面向CDIO的工程圖學(xué)教學(xué)改革[J].工程圖學(xué)學(xué)報,2011,05:56-60.
[5]王向麗,朱曉飛.任務(wù)驅動(dòng)教學(xué)法在CREO課程中的實(shí)施[J].科技視界,2013,05:141.
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