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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(dāng)前CREO課程教學(xué)中存在的問題，將先進(jìn)的CDIO工程教育模式應(yīng)用于CREO教學(xué)。構(gòu)建了基于CDIO理念的CREO課程教學(xué)改革方案，并結(jié)合開源3D打印機(jī)研發(fā)項(xiàng)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(xiàn)了從構(gòu)思、設(shè)計(jì)到實(shí)施、運(yùn)行的一體式項(xiàng)目化教學(xué)，為同類相關(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(xiàng)目教學(xué);探索;實(shí)踐;CDIOCREO
0引言
長期以來，工程能力培養(yǎng)的缺失一直是國內(nèi)高校在課程教學(xué)過程中存在的普遍問題。在當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)+和以轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)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(jù)我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)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(yǎng)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(xiàn)階段我國高等工程教育還是以課程教學(xué)為主，這種培養(yǎng)模式已不能滿足企業(yè)和社會(huì)對于新型高素質(zhì)工程人才的迫切需求，國內(nèi)高校在工程類人才培養(yǎng)方面的教育理念亟待更新，以適應(yīng)當(dāng)前“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(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(jié)合，通過教學(xué)模式改革和項(xiàng)目實(shí)踐，探索和創(chuàng)新針對CREO課程的教學(xué)方法及思路，為工程類人才培養(yǎng)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理念是近年來國際工程教育改革的最新研究成果，也是得到國內(nèi)外教育界認(rèn)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(nèi)容構(gòu)成，即：構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)行（Operate）[2]。CDIO工程教育模式注重培養(yǎng)學(xué)生掌握扎實(shí)的工程基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識[3]，其中，“構(gòu)思”包括顧客需求分析、技術(shù)、企業(yè)戰(zhàn)略和規(guī)章制度設(shè)計(jì)、發(fā)展理念、技術(shù)程序和商業(yè)計(jì)劃制訂等；“設(shè)計(jì)”主要包括工程計(jì)劃、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)以及實(shí)施方案設(shè)計(jì)等；“實(shí)施”是將設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程，包括制造、解碼、測試以及設(shè)計(jì)方案的確認(rèn)；“運(yùn)行”則主要是通過投入實(shí)施的產(chǎn)品對前期程序進(jìn)行評估的過程，包括對系統(tǒng)的修訂、改進(jìn)和淘汰等。作為當(dāng)前先進(jìn)的高等工程教育模式，CDIO理念在學(xué)生的系統(tǒng)工程技術(shù)能力培養(yǎng)方面具有很大優(yōu)勢。CDIO的設(shè)計(jì)靈感源自于工程產(chǎn)品的生命周期，它將教育過程放到工程領(lǐng)域的具體環(huán)境中，通過貫穿整個(gè)人才培養(yǎng)過程的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、職業(yè)道德高尚的高水平工程類人才[4]。多所高校的試點(diǎn)實(shí)踐表明，CDIO模式在新型工程類人才的教育和能力培養(yǎng)方面取得了良好成效，對于高等工程人才的培養(yǎng)具有重要的借鑒意義和推廣價(jià)值。
2.課改背景
近年來，隨著計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的工程設(shè)計(jì)需要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)。CREO是由美國PTC公司推出的新一代三維CAD設(shè)計(jì)軟件包，它集成了產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、工程分析、加工制造、模具設(shè)計(jì)、有限元分析及運(yùn)動(dòng)仿真等眾多功能，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程、汽車制造、航空航天、船舶制造及模具設(shè)計(jì)等行業(yè)[5]。目前，CREO作為一門重要的三維CAD軟件技能操作專業(yè)課程，已在國內(nèi)工科院校機(jī)電類專業(yè)的本、�？平虒W(xué)中普遍開設(shè)。筆者在長期的一線教學(xué)和與學(xué)生交流的過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在諸多問題與缺陷，已不能適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)對于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，針對三維CAD軟件類課程的教學(xué)方法與理念亟待更新。
3.課程改革方案
3.1思路與目標(biāo)
以本校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)、工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)為依托，將CDIO理念以項(xiàng)目化驅(qū)動(dòng)方式引入CREO課程教學(xué)。通過一至兩學(xué)年的試點(diǎn)教學(xué)，不斷探索、研究和驗(yàn)證CDIO理念與CREO課程的最佳結(jié)合模式，同時(shí)分析和解決在實(shí)際一線教學(xué)過程中出現(xiàn)的各類問題，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(xiàn)流程。通過CREO課程的教學(xué)改革與實(shí)施，探索針對三維CAD軟件類課程的CDIO教學(xué)新模式，實(shí)現(xiàn)CREO課程從構(gòu)思、設(shè)計(jì)到實(shí)施、運(yùn)行的一體式項(xiàng)目化教學(xué)。同時(shí)，結(jié)合本校實(shí)際，構(gòu)建適合機(jī)制專業(yè)、工設(shè)專業(yè)CREO教學(xué)的CDIO框架結(jié)構(gòu)和實(shí)施流程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)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(dāng)前應(yīng)用型工程人才培養(yǎng)和相關(guān)專業(yè)CAD課程教學(xué)改革提供有力參考。
3.2主要研究內(nèi)容
結(jié)合機(jī)制專業(yè)、工設(shè)專業(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(gòu)建基于構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行的CREO課程新型教學(xué)模式，主要研究內(nèi)容包括：CDIO工程教育模式的內(nèi)涵與運(yùn)行機(jī)理、CDIO理念與CREO課程的結(jié)合模式與實(shí)現(xiàn)流程、CDIO工程教育模式下的CREO課程項(xiàng)目化教學(xué)及過程優(yōu)化、基于CDIO理念的機(jī)制專業(yè)和工設(shè)專業(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)過程中存在的問題與弊端，通過企業(yè)、高校調(diào)研及相關(guān)專業(yè)試點(diǎn)教學(xué)，逐步探索CREO課程從構(gòu)思、設(shè)計(jì)到實(shí)施、運(yùn)行的項(xiàng)目化教學(xué)流程，在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化、改進(jìn)CREO課程的CDIO運(yùn)行模式，直至建立科學(xué)的、切合實(shí)際的最佳實(shí)施方案。首先通過研究CDIO工程教育模式的整體框架結(jié)構(gòu)及內(nèi)涵，初步構(gòu)建基于CDIO理念的CREO課程新型教學(xué)模式；然后在機(jī)制專業(yè)、工設(shè)專業(yè)的CREO課程教學(xué)中進(jìn)行試點(diǎn)，以機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，驗(yàn)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(chǔ)上分析、總結(jié)CDIO教學(xué)模式運(yùn)行過程中的出現(xiàn)的問題，對原有CDIO教育模式的框架結(jié)構(gòu)、邏輯關(guān)系和實(shí)施方案進(jìn)行優(yōu)化；再次對機(jī)制專業(yè)、工設(shè)專業(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(jié)CREO課程的CDIO教學(xué)模式實(shí)現(xiàn)方法和基本流程，并將研究成果在本校相關(guān)專業(yè)CAD軟件類課程教學(xué)中進(jìn)行推廣。
4.探索與實(shí)踐
以近年來市場上興起的開源3D打印機(jī)為研究對象，構(gòu)建基于CDIO理念的CREO課程項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)施方案。由機(jī)制專業(yè)學(xué)生組成設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)（3~5人），在CREO環(huán)境下對3D打印機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與樣機(jī)開發(fā)。通過前期的企業(yè)考察、市場調(diào)研和設(shè)計(jì)構(gòu)思，確定針對開源3D打印機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并在CREO平臺上進(jìn)行三維CAD建模和裝配設(shè)計(jì)。從最初項(xiàng)目構(gòu)思到樣機(jī)開發(fā)完成歷時(shí)近1個(gè)半月，設(shè)計(jì)過程由團(tuán)隊(duì)成員分工協(xié)作完成，不僅將機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、電工學(xué)等相關(guān)知識應(yīng)用于實(shí)踐之中，而且鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)意識，有效提高了學(xué)生綜合素質(zhì)和應(yīng)用知識的能力。在項(xiàng)目實(shí)施階段，根據(jù)3D打印機(jī)工程圖紙和數(shù)字樣機(jī)結(jié)構(gòu)，直接購置所需的標(biāo)準(zhǔn)件和相關(guān)耗材；對于非標(biāo)件和一般零部件，可借助3D打印進(jìn)行快速成型制造。在此過程中，要求項(xiàng)目組成員分工協(xié)作、積極動(dòng)手和實(shí)踐。通過3周時(shí)間的探索與努力，不斷解決項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的種種困難與問題，最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。項(xiàng)目運(yùn)行階段的主要任務(wù)是對3D打印機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)性能測試。首先利用實(shí)物打印來評估機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)及熱熔裝置的運(yùn)行狀態(tài)，然后以此反饋信息為依據(jù)對前期設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，這一過程主要涉及CREO環(huán)境下的工程圖、三維零部件模型、數(shù)字樣機(jī)結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系等。通過設(shè)計(jì)、測試、反饋及改進(jìn)的優(yōu)化模式來精制3D打印機(jī)物理樣機(jī)模型，直至達(dá)到預(yù)期性能要求。
5.結(jié)語
實(shí)踐探索表明，由CDIO模式培養(yǎng)出來的學(xué)生具有較強(qiáng)的自學(xué)能力、組織溝通能力和協(xié)調(diào)能力，符合當(dāng)前社會(huì)和企業(yè)對于創(chuàng)新應(yīng)用型人才的要求。通過將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(xí)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，為工科類院校的課程改革與人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新提供了重要參考。
參考文獻(xiàn)：
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