| 标题 | CDIO教育模式在学生创新设计竞赛中的应用与探讨 |
| 范文 | 于卫 于晶晶 陈才扣 【摘 要】研究与探讨基于CDIO工程教育理念进行学生课外创新设计活动，使学生在工程实际环境中学好专业知识、掌握专业技能的同时培养在现代企业中必备的创新设计、实践动手和团队协作能力，提出了与之相匹配的学生学习成果评估方法。以“2015年全国大学生电子设计竞赛为例”，精辟地阐述了CDIO工程教育模式的全面实施过程。基于CDIO的创新设计竞赛可以全面提高学生的综合素质和工程应用能力。 【关键词】CDIO；创新设计竞赛；教育模式改革；素质与能力 【中图分类号】G642.4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）21-0049-02 引言 目前，各高等工科院校和工业职业技术学院都在培养适应社会需求的工程型应用技术人才，尤其是工科本科教育正在快速地向工程应用型教育转变。如何建立和完善高等工科教育人才的培养机制和模式，培养出适应社会需求的能理论和实际相结合的解决实际问题的应用型工程技术人才，就是本论文重点研究和探索的问题[1-4]。 我国有很多工科方面的各层次的院校在培养工程技术应用性人才，但是企业还是感到此类人才的奇缺。造成这个情况的原因是多方面的，其主要原因是我国工程技术教育的办学理念、思路方法和教育的质量存在严重问题。由于传统的教育思路和方法的影响，我国当前的工程技术教育过分强调基础理论，忽视企业实践和工程训练，脱离企业实际，背离实践为主、能力为强和应用为重的指导思想；此外教育中不重视对学生创新能力、实践动手能力、团队协作能力和应用理论知识解决实际问题的能力的培养；不重视对学生的工程观念教育、责任感的培养以及经济、社会、管理等相关知识和能力的培养。因而培养的学生缺乏解决实际工程问题的能力，缺乏参与工程的组织、策划、协调、控制的基本能力和素质。 在2015年全国大学生电子设计竞赛中，我们吸收了国际上先进的CDIO（构思Conceive、设计Design、实施Implement、运作Operate）工程教育理念，结合我国和扬州大学的实际情况，主要依托我校电气信息类相关专业进行人才培养模式的试点，以CDIO全工程为载体，以全国大学生电子设计竞赛为平台，全面培养学生的CDIO工程能力。 一、CDIO工程教育 CDIO是一整套全面系统的、以实践能力培养为目标的崭新的工程教育模式，它以完整的工程项目或产品研发为载体，即构思、设计、实施和运作为载体，让学生积极主动地以课程之间有机联系的方式学习工程，要求學生在工程教育中既要掌握专业知识和技能，又要掌握集科技、社会、人文、经济为一体大系统的适应和调控能力。该理念是：做中学“和“基于项目的学习和创新”的高度集中概括。它具有国际先进性、实践可操作性、全面系统性和普遍适应性。针对当前国内工程技术教育和应用型人才培养出现的高等教育与社会需求严重脱节等诸多问题：学生理论不扎实、综合能力差、社会适应性差、毕业后职业竞争能力差以及需要较长时间培训才能具备理论联系实际，将所学的理论知识转化为现实产品的能力。CDIO工程教育模式对本科应用型人才培养的指导思想是：坚持人才培养方案和目标应与社会需求就业市场紧密相结合；坚持提高理论水平和提升实践能力相结合；坚持通识教育，培养学生的综合素质；坚持开展校企合作和工程项目研究，培养学生的应用理论解决实际问题的工程能力、创新能力、动手能力、团队协作能力和不怕吃苦、勇于进取的精神。我国近年来重视开展CDIO工程教育模式的研究、应用，取得了可喜的效果[2]，某些（如上海第二工业大学）高校成立了CDIO工程教育实验室。我校在学生创新室和校企合作的基础上正在积极筹备CDIO工程教育实验室。国内一些教育机构或组织也在积极地互相交流和研讨CDIO工程教育的经验和心得，促进了我国CDIO教育的改革和发展。 二、2015全国大学生电子设计竞赛公开赛 全国大学生电子设计竞赛是教育部倡导的大学生学科竞赛之一，是面向大学生的群众性科技活动，目的在于推动课程教学、教学改革和实验室建设工作；按照紧密结合教学实际，着重基础、注重前沿的原则，促进电子信息类专业和课程的建设，推动高等学校促进信息与电子类学科课程体系和课程内容的改革，有助于高等学校实施素质教育，培养大学生的实践创新意识与基本能力、团队协作的人文精神和理论联系实际的学风；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，有助于学生工程实践素质的培养、提高学生针对实际问题进行电子设计制作的综合能力；有助于吸引、鼓励广大青年学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才的脱颖而出创造条件。全国大学生电子设计竞赛每两年举办一次，分两次进行，第一次在各省赛区进行，第二次由各省赛区评出的部分一等奖再参与全国性评奖。 三、构建大学生科技创新竞赛的 CDIO培养方案 我校本次参加“2015年全国大学生电子设计竞赛”的人员是我校CDIO科技创新试点班的所有同学，分别参加了“双向DC-DC变换器”、“增益可控射频放大器”、“数字频率计”和“短距视频信号无线通信网络”竞赛，要求参赛人员在规定的时间内完成从总体方案确定、软硬件设计、实物制作和测试、编写总结报告等所有工作。 1.方案构成。 依据CDIO工程理念，学生参加电子科技竞赛的培养方案和目标应与电子学科和电子产品的发展方向对大学生的水平、能力和知识素养的要求密切关联，这其中包括学生的比较完善合理的知识结构、创新能力、实践动手能力、团结协作能力、品质素质以及电子系统和产品的设计和研制能力。因此，构建立体化、多样化的培养方案非常重要。方案以学生为中心，体现水平与能力并重、理论与实践并重、继承与创新并重，强调团结和协作精神，素质和能力的协调发展。构建基于CDIO工程教育模式的多样化培养方案主要包括以下几个方面： （1）自主学习和合作研讨式学习相结合。 为了迎接2015全国大学生电子设计竞赛，学校经过精心策划，将经过层层选拨的学生组成CDIO科技创新试点班， 根据电子设计竞赛的要求，首先集中组织培训，然后要求学生自主学习，学习有关电子设计竞赛所必备的知识：模拟和数字电路、高频电子线路、可编程逻辑器件及应用、单片机编程及应用、传感技术及应用 等。通过集中做课题的形式，完善竞赛所必备的知识结构。在培训的后半期则组成以三人一组的形式按照竞赛几大类进行进行专类题目设计演练，在演练中提倡多位同学合作研讨式的方式进行学习，合作研讨学习是激发学习兴趣、提高学生自主学习效率、开拓思维和解决设计中出现的问题的有效途径。通过带有目的性的自主学习和合作学习，发现问题并解决问题。没有Conceive，就没有接下来的Design。因此合作研讨式学习实质上就是CDIO中的 自我Conceive和Design。 （2）学习能力和交往能力相结合。 虽说大家都关心竞赛结果，但实际上现在过程也很重要，越来越受到老师学生们的重视，因为参加竞赛的过程就是提高理论实践水平、提升综合能力、丰富产品研制经验、激发学习兴趣和交流的过程，这对今后的学习和工作都大有益处。因此学校组织的竞赛培训计划就是要给学生提供一种学习经验，不仅让学生完善相关知识结构和加强专业应用，而且有具体的计划能让学生在研讨互动学习过程中提高交际能力和电子产品系统构建的能力。具体明确的竞赛培训计划就是通过整合这些能力和多学科知识的方法，将CDIO中的IO能力培养融合于竞赛训练中。因为学生的创新能力、实践能力、交往能力和职业能力的培养是整个CDIO课程计划不可分割的一部分。因此竞赛培训不仅培养学生的学习和实践能力，同时也是提高学生间交往与合作能力。 （3）重视主动学习中的教与学。 大学学习计划都是按照专业培养要求而定的，对那些学习不自觉的学生来说就是被动学习，被动学习是不能保证学习效果的，如何转化被动学习为主动学习在于让学生明确学习目的，激发学习的积极性。学校对于参加竞赛的学生的要求是必须要主动学习，主动学习让学生致力于发现问题、分析问题和解决问题。在本次竞赛前培训的过程中，划出竞赛要求学习的内容范围，充分发挥学生的学习主动性，包括如小组合作和讲解、讨论、辩论、提问，以及从学生那里得到他们对学习的反馈，全面体现了CDIO中的CD培养理念。当学生被要求对问题，尤其是难点问题进行思考时他们必须做出正确的回答，这样学生不仅能学到更多的知识和技能，而且能更好地认识到该如何学和学什么，这个感知的过程有助于激发学生的学习兴趣、提升学生的学习动力、提高学生的学习效果，并养成良好的学习习惯。因此应用主动式学习方法实现了教师高效率教与学生高受益的学的有机统一。 2.培训阶段。 针对暑假竞赛，学校在春季学期一开始即筹划成立CDIO科技创新试点班，并实行工程化系统培训。 具体做法是学校在（主要是13级）学生自愿申报的基础上，根据学生平时表现进行初审，通过后参加第一轮笔试，主要考与竞赛相关的基本知识和基本技能，按成绩高低以50%学生进入第二轮；第二轮让学生带着自制作品参加交流与面试答辩，学校专门组织以指导老师为主的评委进行打分，根据情况，按成绩高低再以20-30%的比例进入试点班。最终进入试点班的多数为平时勤奋好学的参加学校科技创新的学生为主。试点班成立后，学校先进行集中的系统培训，讲解参加电子设计竞赛必备的基本知识、基本技能，熟悉常用器件和电子仪器的使用，掌握设计软硬件的基本方法；然后3人一组进行分组，针对竞赛的几大方面分组进行专门的培训，专门从事相关题目设计研究，从技术指标的确定到总体方案的设计再到各软件模块的具体设计和调试，最后将各部分电路连接起来组成一个完整的作品系统，通过综合联调，各技术指标努力符合要求，编写设计总结报告。这样做使每个小组成员都对电子设计竞赛有个全面的认识，既分工协作、独立思考、提出自己的见解和解决问题，又相互协作互相讨论受到启发得到灵感，解决难题。这样每个队员对比赛的理解都进行了构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），使得CDIO理念在普训阶段就深入到训练中。 CDIO科技创新试点班给每组学生布置了2011-2014竞赛试题和指导老师精心准备的课题供选择设计。首先对规则的解读和作品的具体（基本部分、扩展部分）要求的正确理解是比赛开始前的必备工作，做有心人和心理准备的人是成功的基础。竞赛中每个题目都有其规则和具体技术指标要求，各小组要根据题目的规则和具体技术指标要求制订不同的最优的竞赛战术方案；同小组3名成员先独立构思制订战术方案，然后3人进行讨论，以确定最优的方案，这样为竞赛取得成功得以好的开头。构思（Conceive）、设计（Design），即CDIO中的CD两个环节在竞赛中全部得以实现，前期的CD准备对于整个设计竞赛的CDIO是最为重要的。但随着总体方案的展开、硬件和软件设计和调试的深入，会出现越来越多和越来越难的问题，面对这些问题，各小组必须進行多次讨论研究，每个人都必须为竞赛的成功出谋划策，冥思苦想和废寝忘食地努力，最终多组同学较好地解决了设计过程中所有的问题。最后实施（Implement）和运作（Operate）是最耗费精力的，但也是CDIO中最能体现成果的阶段，后期的IO决定了能否将CDIO中前期的CD才智充分地体现出来。 如小组成员在设计2011年的C题智能小车时，首先先弄清和正确理解设计规则要求，在对规则进行理解时发现：基本部分要求是甲车和乙车分别从起点标志线开始，在行车道各正常行驶一圈；两车按指定位置同时起动，乙车通过超车标志线后在超车 区内实现超车功能，并先于甲车到达终点标志线，即第一圈实现乙车超过甲车；两车的行驶时间要尽可能的短。发挥部分要求继续行驶到第四圈，实现两车四圈交替领跑功能，行驶时间要尽可能的短。首先以实现基本功能为主，兼顾到发挥功能，进行总体方案设计，小组成员在规定时间里进行设计讨论，确定最优方案；然后进行分工分别完成硬件设计、软件设计、作品制作和编写总结报告。在这过程中，始终伴随着需要解决实际难题（比如：如何实现交替超车难题）的互相交流和探讨的过程，最终在规定的时间内完成作品设计和制作的所有工作。通过这样一个实战演练，让学生深入地体验和经历将构思、设计、实施和运作的全过程[5-6]。 3.竞赛阶段。 在围绕设计竞赛，致力于培养学生的创新、实践动手和团队协作能力的同时，告诫学生，能够被学校选中参加全国电子设计竞赛是很荣耀的事，不只是代表个人，而是代表了扬州大学，代表了设计团队。要有思想境界，要从战略的高度重视竞赛，要有不怕吃苦的精神和遇到困难不放弃和持之以恒的毅力，只有这样高度的认识，才能为竞赛的成功提供思想基础。在竞赛题目下来后，同学们根据自己的特长和指导老师的意见选定题目，再根据要求查阅相关技术资料、设计总体方案、软件硬件设计、实物制作和编写设计报告。这些天里，小组每一位成员都为使竞赛达到最好的成绩废寝忘食般地出谋划策，每晚熬到12点多，有时为某一难点如何解决而挣得面红耳赤，但最终想出最好的解决方法。比如做数字频率计的小组成员则忙于计算机软件编程和硬件制作之间，为使测量的频率范围、时间间隔和误差符合规定要求而精心设计和制作电路、精心设计和调试软件。虽然时间紧迫、困难多多，但同学们都以很大的热情积极面对，互帮互助的精神得到很好的体现。在此期间，各小组之间也相互帮助。如数字频率计组帮助增益可控射频放大器组解决高频模块的设计问题；后一组又帮助短距视频信号无线通信网络组解决电源问题，小组成员充分发扬了奉献精神和吃苦精神，通过苦干实干巧干和互相交流帮助，最终都取得了较好的成绩。竞赛阶段将培训阶段CDIO中IO出现的各种问题集中起来进行解决，有时要推翻前期的CD用更科学更合理的CD来代替，因此这有时就是一个系统的反复多次的过程。 四、结语 通过这次竞赛，扬州大学共获得全国二等奖3项，省一等奖7项，省二等奖5项，取得了历年来没有取得的好成绩，这要归功于CDIO教育培训模式的实施.每位学生都从竞赛中全面系统地学到了2-3个项目的基本流程和运作管理，这使得每位学生的CDIO能力都得到了全面的锻炼和提高。 学生的创新设计竞赛在CDIO模式下运行体现出的成果从学生的角度主要表现为[7-10]：激发了学习兴趣，在有明确的目标的情况下，萌发了学生的学习热情；巩固和提高了学生专业基础水平，提高了应用理论知识解决实际问题的能力和实践动手能力；培养了创新和吃苦精神、增强了团队协作意识。从老师的角度表现为：提高了指导老师的教学和设计水平，特别是年轻老师的水平和能力，因为我们是采取的1名有能力的指导老师带2名年轻老师来指导学生的。从学校的层面上讲，创建了较为完善的和切合实际的评价体系来测评电子设计竞赛的质量和效果。对基于学生创新设计竞赛的CDIO教学模式的探索，将有效地推动和深化高等院校的创新实践教育的研究、改革和发展，从而为社会培养和输送更多的高质量的工程技术型和创新型人才。 参考文献 [1]殷旭等.基于CDIO教育模式学生学习评估方法的探索[J].高校论坛，2010，（2）：24-25. [2]王伟等.基于CDIO人才培养模式的机械电子工程专业实践教学体系的改革与探索[J].安徽师范大学学报（自然科学版），201033（2）：136-138. [3]阎守.CDIO模式下电路与电子技术课程教改的探讨[J].成都信息工程学院学报，200924（5）：474-477. [4]邹虹等.大学生电子设计竞赛对教学改革的启示[J].重庆邮电学院（社会科学版）學报，2002（3）：107-108. [5]Kang 1，Mao L C.Mobile robot motion planning based on heat conduction eduation[C]//Proc-eedings of the 2011 International Conference on Consumer Electronics Communications and Networks，2011：2326-2329. [6]Kang L，Wang J J，The solution for mobile robot path planning based on partial differential Equations method [C] //Proceedings of the 2010 International Conference on Electricl and Conteol Engineering，2010：5742-5745 [7]周燕等.电子设计竞赛中CDIO教学模式的设计与实践[J].苏州职业大学学报，2010：21，71-73. [8]万佑红等.机器人教育与大学生创新能力培养的探索[J].电气电子教学学报，2005，27（4），6-8. [9]张云洲等.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J]..电气电子教学学报，2007，29：116-119. [10]刘英杰等.大学生电子设计竞赛对高教改革及人才培养的作用[J].华东交通大学学报，2005，22.273-278. 作者简介：于卫（1963-） 男 ，汉族，江苏江都人，扬州大学电工电子教学实验中心副主任，副教授、高级实验师、工程师，现主要从事创新性实践教学改革研究、实践教学与管理工作。研究方向：现代电路与系统设计。 |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。