融人CDIO理念的大学生工程训练综合能力竞赛设计

余江鸿

（湖南工业大学，湖南株洲，412007）

[摘要] 全国大学生工程训练能力竞赛是一项全国性的科技创新实践竞赛活动，CDIO 模式是国际工程教育改革的新成果，在竞赛过程中融入CDIO 工程教育模式，能激发学生的参与兴趣，培养学生的团队协作精神，增强学生的学习能力，提高学生的实践动手能力。整合机械学科竞赛，基于CDIO 模式构建学科竞赛管理体系和竞赛平台，将课程实验与学科竞赛相融合，赛教结合深化实践教学改革，是对培养机械类大学生创新实践能力途径的有益探索。

[教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词] CDIO 工程教育模式；工程训练综合能力竞赛；创新实践能力

[中图分类号] G645 [文献标识码] A [文章编号] 1674-893X(2014)06?0070?03

一、引言

工程技术是科学的实践和应用，在社会和经济发展中有着非常重要的地位，机械工程是工程技术的重要组成部分。目前我国制造业的规模和总量都已进入世界前列，成为世界制造大国，对机械类工程人才尤其是应用型工程人需求量较大[1]。而中国高等教育已进入大众化教育阶段，社会对于专业技能的需求也趋向专业化和多样化。实践是机械类工程人才成长之路上不可缺少的环节，是培养学生综合能力的重要途径。但实践教学环节在当前机械类人才培养体系中的“短板效应”依然突出，如何完善机械类工程人才的培养模式，依托实践教学培养出优秀的应用型技术人才，是需要我们探索和研究的问题。

CDIO 工程教育模式是国际工程教育改革的重要成果，其大纲注重培养学生主动学习、理论与实践并重的能力。本文面向应用型机械类工程人才的培养，基于CDIO 模式与全国大学生工程训练综合能力竞赛的融合与应用进行分析讨论，以期将CDIO 模式和学科竞赛相结合，探讨培养机械类大学生创新实践能力的途径。

二、全国大学生工程训练综合能力竞赛简介

全国大学生工程训练综合能力竞赛是教育部高等教育司发文举办的全国性大学生科技创新实践竞赛活动，是基于国内各高校综合性工程训练教学平台，为深化实验教学改革，提升大学生工程创新意识、实践能力和团队合作精神，促进创新人才培养而开展的一项公益性科技创新实践活动。竞赛方针是：基于理论、注重创新，突出能力，强化实践[2]。

如2014 年竞赛的具体内容是设计一种无碳小车，驱动其行走及转向的能量是根据能量转换原理，由给定重力势能转换而得到的。该给定重力势能由竞赛时统一使用质量为1Kg 的标准砝码(Φ50×65 mm，碳钢制作)来获得，要求砝码的可下降高度为400±2mm。标准砝码始终由小车承载，不允许从小车上掉落。小车示意图如图1 所示。

2009 年6 月在大连举行首届全国大学生工程训练综合能力竞赛，2014 年已经是第四届，此次大赛特色鲜明，影响力逐步提高。综合来说，工程训练竞赛的命题紧扣时代主题——低碳生活与个性发展；综合性强，与工程训练教学目标紧密结合；参赛面广，为参赛队伍提供了很好的学习交流平台；竞赛模式新颖，有助于推动优秀工程师的素质培养。

三、CDIO 工程教育模式简介

CDIO 工程教育模式是近年来国际工程教育改革的新成果，在世界各地多所大学已实施并取得很好的成效。自2000 年至2004 年，MIT(Massachusetts Institute of Technology)与瑞典查尔摩斯工业大学(Chalmers University ofTechnology)、林雪平大学(Link ping University)、瑞典皇家工学院(Royal Institute of Technology)共同探索研究，创立了CDIO 工程教育模式。国际CDIO 工程教育组织自2004 年正式成立以来已发展到世界五大洲超过25 个国家[3]。

CDIO 代表构思(Conceive)、设计(Design)、实施(Implement)和运行(Operate)。其以产品研发到产品的运行、维护和废弃的全生命周期为载体，建立一体化的相互支撑和有机联系的课程体系，让学生以主动的、实践的方式学习工程。CDIO能力大纲和12 条标准是实施CDIO 工程教育模式两个最重要的指导性文件[4]。CDIO 工程教育模式自2005 年引入中国以来，对中国工程教育产生了深远的影响。

四、CDIO 模式与工程训练竞赛融合及实践的意义

以2014 年全国大学生工程训练综合能力竞赛为例，大赛要求每组为三名学生，一名指导教师。以CDIO 工程教育模式来指导组织竞赛过程，可将整个竞赛过程分为构思、设计、实施和运行四个阶段。在构思阶段，学生在教师指导下需对竞赛内容进行细致分析，明确可用的资源和要达到的目标，并查阅相关文献，分析对比无碳小车的常用设计方案及设计原则，初步明确设计方案；在设计阶段，在设计方案的基础上分配任务，进行无碳小车的总体结构设计、零件设计计算和三维建模；在实施过程中，主要任务是对设计结果进行运动仿真，了解和检验设计方案的可行性和运动效果，以对设计进一步优化。确定最终设计方案后，参赛学生需了解学院加工设备的性能参数和使用方法，编制主要零部件的加工工艺卡，采购相关的标准件，完成无碳小车的零件加工及装配；在运行阶段，主要对无碳小车进行调试和试运行，参加选拔比赛和正式竞赛。CDIO 模式贯穿从竞赛准备到比赛结束的全过程，以CDIO 模式组织和指导竞赛，取得了良好的效果。

（一）激发了学生的参与兴趣

传统教学模式中，教学过程相对单一，不利于激发学生的学习积极性。而在工程训练竞赛过程中，学生按竞赛任务，有针对性地进行学习和研究，目标明确，同时在每一个阶段完成时，学生都能看自己的阶段性成果或作品，会产生一定的成就感，激发了学生的学习热情。

（二）培养了学生的团队协作精神

在团队中能有效工作和沟通是对学生就业非常重要的能力，CDIO 大纲中也对学生的人际交往和团队协作能力有明确的要求。在工程训练竞赛中，因任务繁重，参赛学生为三名，必须分工合作才能完成。因此，此竞赛为学生提供了一种教学计划之外的学习体验，不仅让学生学到相互支持的各种学科知识及其在专业上的应用，而且有明确的计划能让学生在学习和比赛过程中增强有效沟通、人际交往以及专业知识的综合运用能力。

（三）增强了学生的学习能力

参赛学生均为刚完成大学二年级课程学习的机械设计制造及其自动化专业学生，对CAD 二维软件、3D 建模的使用都有一定的了解，能较熟练使用。但对计算机仿真软件、数控机床的性能和使用、零件加工的工艺编制等内容基本没有接触，必须在整个竞赛准备过程中边学边用，需要自主学习、合作式学习与研究式学习相结合，是一种“做中学，学中用”的工学结合模式。这同学生长期以来的传统学习方式不一样，在不断的实践过程中增强了学生的自我学习能力。

（四）提高了学生的实践动手能力

相对传统的理论教学，CDIO 工程教学模式强调教学与实践一体化。工程训练竞赛过程中需要学生讨论确定设计方案、亲自动手加工零件及装配调试，有些过程需进行多次改进，以进一步优化无碳小车性能，从而提高了学生的实践动手能力。

五、CDIO 模式与学科竞赛相结合培养学生创新实践能力

与机械学科联系紧密的竞赛除了国家大学生工程训练综合能力竞赛之外，还主要包括全国大学生机械创新设计大赛、全国大学课外学术科技作品竞赛(挑战杯)、全国三维数字化创新设计大赛、全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛、大学生创新与实验性项目等，这一系列竞赛可作为机械类本科生工程教育体系中非常重要的实践教学环节的一部分。以这一系列竞赛为基础，结合工程训练能力竞赛中的经验和启示，将CDIO 工程教育模式融入学科竞赛的全过程，通过竞赛培养学生的工程实践能力、创新意识和合作精神，对培养机械类大学生创新实践能力的途径是一种补充和探索。

（一）构建基于CDIO 模式的学科竞赛管理体系

学科竞赛名目较多，各有特色，需在对机械类大学生各种学科竞赛进行广泛调研和分析的前提下，以培养创新实践能力为目标，有效分配学科建设资源，建立基于CDIO 模式的学科竞赛体系。由于CDIO 教学大纲对于工程教育的普适性，所有的竞赛都可以分为构思(C)、设计(D)、实施(I)和运行(O)四个阶段进行管理。需要指出的是，CDIO 并不是一个固定的样板，在实际的管理和执行过程中，并不一定要刻板的按照CDIO 四个步骤依次进行，可以在某个过程中思考前一个过程是否有不足，以对其进行修改与完善，在不断的优化与更新过程中，不断提升竞赛方案的功能或价值，让竞赛过程成为一个不断满足学生创新学习需求的发展过程。

（二）构建开放式学科竞赛平台

以学科竞赛来培养学生的创新实践能力难在长期坚持，难在广泛参与。参与各项竞赛需要校方投入大量人力和物力，而且参与的只是少量较优秀的学生，同时教师的积极性也不高，因此需要建立开放式的学科竞赛平台，让更多的学生更广泛地参与进来。

平台的建设首先要建立基地，稳定的实践基地是深入开展学科竞赛的重要支撑条件。可考虑校内实验室通过校级竞赛或实验性项目、省级以上竞赛项目的选拔与培训等形式向学生开放，并依托学科建立相应学生创新基地，覆盖到全学科学生。

其次加强经费投入是学科竞赛能够得以开展的重要保证。可考虑设立学生学科竞赛专项资金，支持学生广泛参与。另可积极利用社会力量参与学生实践创新能力的培养，与各种社会力量建立紧密的合作关系，在双方互惠互利的基础上，吸纳社会资金，形成学科竞赛经费或资源多元化筹措的渠道。

（三）课程实验与竞赛相融合，赛教结合深化改革

由于竞赛的广泛性参与较难，可以考虑专业培养计划内的规定实验项目与学科竞赛相融合。对实验教学采用开放式和针对性的运作模式，减少部分实验项目或学生完成规定项目之外，分课程在实践教学中让学生接触不同竞赛的参与方式和内容，更早让学生树立工程意识，鼓励学生超前性的进行竞赛的准备和训练，提高学生参与竞赛的积极性。

六、结语

通过参与全国大学工程训练综合能力竞赛，学生从竞赛过程系统地了解了一个项目从设计制造到调试运行的基本流程，竞赛过程中CDIO 模式和比赛实践的结合，激发了学生的参与兴趣，培养了学生的团队协作精神，增强了学生的学习能力，提高了学生的实践动手能力。总结其中的经验，整合机械学科相关的竞赛项目，作为机械类学生实践教学环节的一部分，以CDIO 模式作为竞赛组织思想，是对培养机械类大学生创新实践能力途径的完善和有益探索。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献：

[1] 中国机械工程学会.中国机械工程技术路线图[M].北京:中国科学技术出版社,2011:1-3

[2] 全国大学生工程训练综合能力竞赛官方网站[EB/OL].http://www.gcxl.edu.cn/.

[3] 顾佩华,沈民奋,陆小华,等译.重新认识工程教育——国际CDIO 培养模式与方法[M]. 北京: 高等教育出版社,2009:30-32.

[4] 顾佩华,包能胜,康全礼,等.CDIO 在中国(上)[J].高等工程教育研究,2012(3):24-40.

[编辑:何彩章]