基于CDIO理念的高職《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程創(chuàng)新與實(shí)踐

陳慧群

摘要： 文章研究分析了高職院?！稒C(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了基于CDIO工程教育理念的《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》教材和教學(xué)方法改革與創(chuàng)新。該改革與創(chuàng)新已經(jīng)在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了測(cè)試。教學(xué)改革與創(chuàng)新取得了一些成績(jī)，提高了機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

Abstract： This paper studies and analyzes the problems occurred in the "Mechanical Innovation Design" teaching of higher vocational colleges. The teaching material and teaching method reform & innovation of "Mechanical Innovation Design" based on CDIO engineering education concept are proposed. The reform & innovation which has made some achievements， improved the innovation ability of the mechanical engineering students， has been tested in the teaching practice.

關(guān)鍵詞： CDIO；高職院校；機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)；教材；教學(xué)方法

Key words： CDIO；higher vocational colleges；mechanical innovation design；teaching material；teaching method

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）14-0240-02

0 引言

《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》是高職院校機(jī)械類專業(yè)的專業(yè)選修課。該課程實(shí)用性非常強(qiáng)[1]。然而，《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》的教學(xué)內(nèi)容一直強(qiáng)調(diào)機(jī)械創(chuàng)新方法理論的教學(xué)。授課方法以講課為主，過(guò)于簡(jiǎn)單、實(shí)踐環(huán)節(jié)少。與高職教育要突出應(yīng)用性和實(shí)踐性的教學(xué)特點(diǎn)相差甚遠(yuǎn)，不符合中國(guó)實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型要求[2]。本文探討了CDIO工程教育理念在《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程改革中的使用，研究?jī)?nèi)容涵蓋教材和教學(xué)方法的改革，努力培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力，以及提高他們?cè)趯?shí)際工作崗位中的創(chuàng)新能力。

1 教材改革與創(chuàng)新

1.1 基于CDIO理念重新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)順序

CDIO理念是近幾年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，由麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院、瑞典查爾默斯技術(shù)大學(xué)和瑞典林雪平大學(xué)共同創(chuàng)立的工程教育改革模式[3]。其愿景是為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)并且建立在真實(shí)環(huán)境背景下產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思——設(shè)計(jì)——實(shí)施——運(yùn)行的工程教育模式[4]。現(xiàn)行《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》教材的主要內(nèi)容是機(jī)械創(chuàng)新方法[5]。課程教學(xué)中學(xué)生很難掌握機(jī)械創(chuàng)新方法，更難以將其應(yīng)用于實(shí)際工作，形成創(chuàng)新能力。這樣的教材不利于以學(xué)生為中心的教學(xué)方法應(yīng)用。經(jīng)過(guò)兩年的教學(xué)實(shí)踐，筆者重新設(shè)計(jì)了本課程的主要內(nèi)容和順序。

如圖1所示，第一部分是構(gòu)思，其主要內(nèi)容是獲得創(chuàng)新主題思想。主題可以根據(jù)社會(huì)需求、科技進(jìn)步、生產(chǎn)發(fā)展來(lái)定。為學(xué)生提供一些可供選擇的主題，如歷屆全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的主題，或其他與學(xué)生緊密相關(guān)的身邊主題。團(tuán)隊(duì)成員可以使用頭腦風(fēng)暴法、提問(wèn)法、集思廣益法、類比發(fā)明法確定一個(gè)新穎的主題。一旦課題確定了，每個(gè)小組都可以使用各種新穎的方法進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)。

第二部分是設(shè)計(jì)。學(xué)生可以運(yùn)用各種新穎的設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行所提出的“構(gòu)思”設(shè)計(jì)。創(chuàng)新技術(shù)有多種，如方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、建模（造型）創(chuàng)新設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)等。然后每個(gè)小組討論創(chuàng)新活動(dòng)的結(jié)果，并記錄下報(bào)告、修改和完善的結(jié)果。

第三部分是實(shí)施。該方案被細(xì)化，然后產(chǎn)生創(chuàng)新產(chǎn)品、原型或模型。這部分的課程是開放式教學(xué)，大部分的工作需要課堂后完成，主要依托深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院國(guó)家數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)領(lǐng)域技能型緊缺人才培養(yǎng)培訓(xùn)基地、國(guó)家制造業(yè)信息化中心之三維CAD教育培訓(xùn)基地、廣東省數(shù)控技術(shù)高職教育實(shí)訓(xùn)基地、深圳市高技能人才培訓(xùn)基地、學(xué)校教師工作室和各類開放實(shí)訓(xùn)室。這些地方為創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐提供了場(chǎng)所和實(shí)驗(yàn)。團(tuán)隊(duì)成員協(xié)作完成創(chuàng)新產(chǎn)品的生產(chǎn)，每個(gè)人都有自己負(fù)責(zé)的任務(wù)，這也是在訓(xùn)練團(tuán)隊(duì)成員的實(shí)際工作能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，編寫說(shuō)明書，必要時(shí)對(duì)部分產(chǎn)品進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，撰寫實(shí)用新型專利申請(qǐng)書。

第四部分是運(yùn)行。這一部分包括報(bào)告、學(xué)生互評(píng)和教師評(píng)價(jià)。團(tuán)隊(duì)成員向同學(xué)們展示創(chuàng)新作品，并匯報(bào)工作計(jì)劃、工作原理、設(shè)計(jì)理念、工作流程等。其他團(tuán)隊(duì)成員可以在報(bào)告過(guò)程中提問(wèn)，并表達(dá)他們的意見和問(wèn)題，報(bào)告組成員將解釋這些問(wèn)題。每個(gè)小組選出一名隊(duì)員作為評(píng)委，根據(jù)報(bào)告和問(wèn)題的解釋進(jìn)行評(píng)分。最后，教師評(píng)語(yǔ)。展示創(chuàng)新的作品和報(bào)告，訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作技巧、表達(dá)技巧和書面溝通，并鼓勵(lì)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，申請(qǐng)專利。

1.2 以全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽作品充實(shí)教材案例

現(xiàn)有的《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》教材中的大多數(shù)教學(xué)案例都是成熟的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品一般都是技術(shù)水平較高，遠(yuǎn)離學(xué)生的生活環(huán)境，這使高職院校的學(xué)生感到恐懼、難以企及，感到很難做這樣的創(chuàng)新。被譽(yù)為TRIZ之父的G.S.Altshuler統(tǒng)計(jì)表明：最小的發(fā)明、小發(fā)明和中型發(fā)明三種發(fā)明占了人類總發(fā)明的95%[6]。這些發(fā)明是利用人類現(xiàn)有的多學(xué)科知識(shí)體系而實(shí)現(xiàn)的。全國(guó)高校大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的一些作品被選為教材案例可以使學(xué)生感到創(chuàng)新并不是遙不可及的，這些案例都是既有創(chuàng)新性又有可行性的；另一方面，它也能使學(xué)生產(chǎn)生一種緊迫感的信心：“其他人可以做的我也能同樣做到，并且我可以再做得好一點(diǎn)”。

另外，還需提高知識(shí)產(chǎn)權(quán)的培訓(xùn)?，F(xiàn)有的《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》教程沒有介紹知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的內(nèi)容，但創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要保護(hù)。為了提高學(xué)生的知識(shí)產(chǎn)權(quán)知識(shí)、行使知識(shí)產(chǎn)權(quán)的能力和專利撰寫技能，知識(shí)產(chǎn)權(quán)作為補(bǔ)充的知識(shí)在《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》教材中也應(yīng)要有所增加。

2 教學(xué)方法改革與創(chuàng)新

傳統(tǒng)的教學(xué)方法強(qiáng)調(diào)機(jī)械創(chuàng)新方法的教學(xué)，主要以課堂講授為主。學(xué)生是被動(dòng)接受的，整個(gè)教學(xué)過(guò)程是以教師為中心的，參與教學(xué)活動(dòng)的學(xué)生較少。這種教學(xué)方法忽視了培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，阻礙了學(xué)生的創(chuàng)新性創(chuàng)造性的發(fā)揮。即使學(xué)生掌握了創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的理論，也很難轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新創(chuàng)作的能力。這種教學(xué)方法使學(xué)生處于被動(dòng)地位，學(xué)生主動(dòng)性和創(chuàng)造性的發(fā)展是壓抑和有限度的，同時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)樂(lè)趣也下降了。所有這些都大大降低了教學(xué)效果。本文探討的《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)方法改革，可以改變這種現(xiàn)象。針對(duì)不同內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法。比如在“構(gòu)思”部分，采用以學(xué)生為中心的集思廣益教學(xué)方法，團(tuán)隊(duì)班子成員利用團(tuán)隊(duì)的各種技術(shù)、群策群力來(lái)選擇創(chuàng)新的主題；在“設(shè)計(jì)”部分，可以采用項(xiàng)目式驅(qū)動(dòng)的教學(xué)法；在“運(yùn)行”部分，采用開放式教學(xué)法，給學(xué)生更多的主動(dòng)權(quán)，學(xué)生可以自主完成自己的項(xiàng)目。

3 階段性的實(shí)際成果

本課程教學(xué)改革在深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院兩個(gè)公選課班的《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程上進(jìn)行了測(cè)試體驗(yàn)，學(xué)生的創(chuàng)新作品參加了各類各級(jí)比賽。知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和學(xué)生科技項(xiàng)目創(chuàng)新設(shè)計(jì)已初見成效。近一年來(lái)這兩個(gè)班學(xué)生學(xué)習(xí)《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程后的主要成果有：①參賽作品獲獎(jiǎng)：1件作品參加“挑戰(zhàn)杯”廣東省創(chuàng)新創(chuàng)效創(chuàng)業(yè)大賽終審決賽榮獲高職組創(chuàng)意設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)；2件作品參加廣東大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽終審決賽分別榮獲科技發(fā)明制作類一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)；②研究成果和知識(shí)產(chǎn)權(quán)：在教師的指導(dǎo)下，3項(xiàng)實(shí)用新型專利得到授權(quán)；③項(xiàng)目立項(xiàng)資助：2個(gè)項(xiàng)目在深圳市科創(chuàng)委個(gè)人創(chuàng)客項(xiàng)目申報(bào)中獲得了共計(jì)10萬(wàn)元的立項(xiàng)資助。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究分析了高職院?！稒C(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》課程教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了基于CDIO工程教育理念的《機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)》教材和教學(xué)方法改革與創(chuàng)新。該改革與創(chuàng)新已經(jīng)在學(xué)校教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了測(cè)試體驗(yàn)。教學(xué)改革與創(chuàng)新取得了一些成績(jī)，提高了機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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