機械創(chuàng)新設(shè)計大賽組織與實施探討

1、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽組織與實施探討系統(tǒng)生命周期工程教育的目的是培養(yǎng)具有熟練技術(shù)基礎(chǔ)和廣泛專業(yè)能力的學生，在過去幾十年里，大學之外的社會一直在要求工程教育者改進工作以更好地滿足以上目標。1但是20世紀中期以來，我國的工程教育日漸脫離和輕視工程實踐，工程教育的教師越來越多的由工程科學家擔任，他們其中多數(shù)人從來沒有做過工程師，他們思考、工作、教學都是在其所熟知的工程研究環(huán)境中。工程研究固然是一個很重要的領(lǐng)域，但問題是，它實際上逐漸取代工程實踐環(huán)境而變成了工程教育環(huán)境。這樣，我們就不知不覺地開始把我們的學生培養(yǎng)成為工程研究者，而不是工程師。據(jù)麥肯錫季刊的一項分析報告指出，在中國160萬名青年工程師中，只有

2、16萬能勝任跨國公司的工作，能達到跨國公司用人標準的合格畢業(yè)生比例不到工科畢業(yè)生的10%，與印度的25%、馬來西亞的35%、波蘭的50%、比利時的80%以及其他發(fā)達國家差距甚大。據(jù)瑞士洛桑國際管理開發(fā)研究院（IMD）公布的國際競爭力排名可知，我國整體實力排名由2005年的第31位大幅上升到了2006年的第19位，但在同一排名榜上，我國培養(yǎng)的可獲得資格的工程師數(shù)量卻連年忝居末座。2因此，中國的工程教育迫切需要進行深層次改革，以適應(yīng)全球經(jīng)濟快速發(fā)展的需要。 一、國際工程教育大潮中的CDIO 全世界對工程教育的改革都很迫切，無論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家。在過去的10年里，美國的企業(yè)界人士開始致力于縮

3、小當前工程教育中的理論和實際操作能力之間的差距，對工程教育提出了新的目標和要求。四所前沿的工程大學（美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學院、瑞典林克平大學、瑞典皇家技術(shù)學院）從2000年起組成跨國研究項目組合，經(jīng)過4年探索，他們合作開發(fā)了一個新型的工程教育模型，稱為CDIO。其名字的靈感來源于產(chǎn)品/系統(tǒng)的生命周期過程。該生命周期可分為四個階段：構(gòu)思、設(shè)計、實施、操作。它是“做中學”原則和“基于項目的教育和學習”的集中體現(xiàn)。它以工程項目（包括產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng)）從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動實踐、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來的工程教育

4、改革理念，更重要的是提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實施指導(dǎo)、完整的實施過程和嚴格的結(jié)果檢驗的12條標準，具有很強的可操作性。3CDIO標準是直接參照工業(yè)界的需求（如波音公司的素質(zhì)要求和ABET的EC2000標準）制定的，因而能完全滿足產(chǎn)業(yè)對工程人才質(zhì)量的要求。迄今已有幾十所著名大學加入CDIO國際組織，麻省理工學院已有兩屆CDIO學生在畢業(yè)后得到工業(yè)界的好評。一些公司甚至專門為CDIO畢業(yè)生制定了高于其他教育模式畢業(yè)生15%的工資標準。 二、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽中的“做中學”模式 2006年初北京石油化工學院在組織第三屆首都高校機械創(chuàng)新設(shè)計大賽時，大多數(shù)師生根本沒有聽說過CDIO，因為要參賽而且想拿

5、出成功的作品參賽，教師帶領(lǐng)學生“在做中摸索、在做中學習、在做中提高”。第三屆首都機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的主題是“健康與愛心”，大賽要求從這一主題出發(fā)，由學生設(shè)計、制作、提交相關(guān)機械產(chǎn)品的樣機進行比賽。機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的設(shè)計遠不只是圖紙上的設(shè)計，還包括從調(diào)研到構(gòu)思、設(shè)計、制造、裝配、調(diào)試、使用，乃至改進設(shè)計這樣又一輪的實踐活動。這是一套完整的實踐活動，是一套出真知、出創(chuàng)新、出成果的實踐活動。42006年是我們學生包括部分教師第一次親臨一種全新機械產(chǎn)品開發(fā)和制作全過程的體驗，開頭真是無從下手，產(chǎn)品都不知如何確定，更不用說設(shè)計與制作了。在教師的指導(dǎo)下，考慮到我國需助殘、康復(fù)、健身的人群現(xiàn)狀，學生們開展了廣

6、泛的市場調(diào)研，深入到大興康復(fù)醫(yī)院、海淀康復(fù)機構(gòu)等觀察采訪，結(jié)合不同的康復(fù)人群的需要，擬訂了“多功能電動輪椅”、“人性化擔架和康復(fù)助力拐”等產(chǎn)品的選題組成產(chǎn)品開發(fā)小組。開發(fā)小組的分組以學生自愿組合為基礎(chǔ)，并考慮了專業(yè)和男女同學的合理搭配，以便于最大限度發(fā)揮每個人的特長。過02級學生馬強、機電02級學生龔月圓和機電02級學生楊雄在進行“多功能電動輪椅”的功能設(shè)計構(gòu)思時，為突出“多功能”的特點，對各種機構(gòu)進行了深入的研究和學習，最后運用機構(gòu)學原理設(shè)計了靠背、桌面和遮陽翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，設(shè)計思路新穎，結(jié)構(gòu)精巧簡單，將簡單的靠背根據(jù)殘疾人需要，經(jīng)機構(gòu)變換可巧妙變化成書桌或遮陽機構(gòu)（該成果已獲得實用新型專利授權(quán)）

7、。楊雄同學在調(diào)試電動輪椅時，面對項目中驅(qū)動與控制問題，在請教自動化專業(yè)教師的基礎(chǔ)上，自學掌握了控制工程原理、制定了合理的啟動方案，并且利用網(wǎng)絡(luò)查詢小型步進電機及其驅(qū)動器的價格，為了節(jié)省開支，跑遍了大興的各機電產(chǎn)品市場（包括舊貨市場），不但購買到可用于該項目的小電機和驅(qū)動器，還學到了一些實用的技術(shù)、方法。在實際制作中，學生們虛心請教工程教育中心的師傅，改進原設(shè)計中的不足，自己動手加工零件，組裝出所設(shè)計的產(chǎn)品，圓滿完成設(shè)計制作任務(wù)。過03級學生姚明、鐘云青在設(shè)計制作“人性化擔架”作品時，出于最大限度保護傷殘病人的愿望，巧妙運用四桿機構(gòu)原理設(shè)計了可自由開合式擔架，為準確規(guī)劃擔架的運動軌跡，并自學了W

8、orkingModel機構(gòu)設(shè)計分析軟件，從理論上保證了機構(gòu)尺寸的精確性，為進一步的設(shè)計制作奠定了良好的基礎(chǔ)（該成果已獲得實用新型專利授權(quán)）。每一個作品的后期制作，都是考驗學生團隊能否團結(jié)協(xié)作、有無鍥而不舍精神的關(guān)口。內(nèi)行都知道，設(shè)計工作量為一，那么制造工作量就為十，這表明，后天的制作量是十分大的。學生們頂著酷暑紛紛自己動手，有的到廢舊市場尋找原材料，有的到工廠進行加工、組裝、調(diào)試，反復(fù)修改，以求制造操作上易于實現(xiàn)。這真正體現(xiàn)了“做中學、學中做”相互結(jié)合、相得益彰。在以往單純理論教學中，學生只是知識的接受者，而不是知識的主動索取者，學習沒有明確目的，知識教師學生是一種直線單向式關(guān)系。而在機械創(chuàng)新

9、設(shè)計大賽的實施過程中，圍繞課題的實踐，學生獲取知識的欲望被激發(fā)，學生能夠有目的地自學或在教師的指導(dǎo)下用知識解決實際問題，學生真正懂得了“學”與“用”的關(guān)系。同樣教師通過實際課題的錘煉增長了工程實踐能力，因此這是一種互動的三角雙向式關(guān)系。 三、CDIO理念的運用 2008年初我們在準備第四屆首都高校機械創(chuàng)新設(shè)計大賽時，已經(jīng)在CDIO的實踐中嘗到了甜頭，已經(jīng)真正能將CDIO應(yīng)用于大賽的規(guī)劃和組織。在這一過程中我們更加強調(diào)產(chǎn)品生命周期開發(fā)和使用作為知識和能力培養(yǎng)的載體及環(huán)境，更加強調(diào)的是知識和能力之間的關(guān)聯(lián)，而不是具體內(nèi)容。因此依據(jù)此次大賽的主題“綠色與環(huán)境”“環(huán)境機械、環(huán)保機械和廚衛(wèi)機械”，我們首

10、先在校內(nèi)成立大學生課外科技活動小組（URT小組），以項目的形式為組織、以多年級多學科共同合作為要求、以運用知識解決問題為目標來實施產(chǎn)品全生命周期的工程實踐，通過讓參與的學生明白他們在構(gòu)建的并非其特定產(chǎn)品的設(shè)計模式，“構(gòu)思-設(shè)計-實施-操作”這四個詞可表達更廣泛的工程師行為，不論是網(wǎng)絡(luò)工程師、機械工程師、建筑工程師或生產(chǎn)工程師，都要遵循。此次大賽的組織更加開放，多個URT小組都是學生自行管理和實施。組長安排討論構(gòu)思、組長分配任務(wù)，對于不懂或需用到的知識，組長聽從教師的建議，分別安排同組學生選修相關(guān)課程或向教師請教。實際上，在有限的學制中，任何工程教育專業(yè)都不可能將今后工作中所需的知識完全教給學生

11、，而只能按照項目訓(xùn)練的方式組織知識，教給學生在“做中學”，在基于項目的反復(fù)學習訓(xùn)練中，獲得能力，提高工程素質(zhì)。學生在此實踐訓(xùn)練過程中學到知識，但更重要的是獲得自學能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力，進而提高其走入社會的自信心，這才是他們終身取之不盡用之不竭的寶貴財富。第四屆首都高校機械創(chuàng)新設(shè)計大賽學生設(shè)計開發(fā)制作完成了戶外折疊式玻璃清潔器、節(jié)能型高壓汽霧清潔車、超聲節(jié)水洗碗機和手動式戶外清潔車等六件作品，項目執(zhí)行過程中各小組多名學生有計劃選修了機械創(chuàng)新設(shè)計、PRO/E三維設(shè)計、產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計實踐等具有創(chuàng)新設(shè)計理念和介紹先進設(shè)計工具手段的課程。所有設(shè)計開發(fā)制作的產(chǎn)品更注重學科上的綜合性，學生的不少作品充

12、分融合了機械、電子、光學、控制、材料等多學科知識。參加制作的學生來自不同的院系與專業(yè)，各人根據(jù)自己的專業(yè)與特長，分工合作，彼此協(xié)調(diào)，體現(xiàn)了良好的團隊精神。2010年、2012年、2014年我們又先后組織學生參加了第五屆、第六屆、第七屆首都高校機械創(chuàng)新設(shè)計大賽。假設(shè)前幾屆參加的學生只是學生群體當中學有余力、主動性強、成績優(yōu)秀的佼佼者，從2010年起我們把參加大賽作為學生評定機械設(shè)計課程成績、機械課程設(shè)計課程成績的一項必要內(nèi)容，學生的成績一部分參考學生在參加大賽中的表現(xiàn)，逐漸摒棄了那種一次期末考試成績確定學生課程結(jié)業(yè)成績的做法，而且獲得一等獎、二等獎的學生還可以申報創(chuàng)新學分。這一系列措施極大激發(fā)了

13、學生參加大賽的積極性和主動性，尤其是那些平時愛玩、學習成績不理想、自信心不足的學生，他們覺得這種學習、動手、實踐不再枯燥，還可以依據(jù)自己興趣，在“玩中學、做中學”。2010-2014年參加大賽的學生逐年增加，在校內(nèi)形成了品牌、形成了傳統(tǒng)，學生們都知道，一、二年級都要到學姐、學哥的大賽項目小組“打打醬油”、學習學習，三、四年級就要成為主力隊員，用產(chǎn)品說話了。通過機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的組織和實施，不但培養(yǎng)鍛煉了一批具有自學與組織能力、勇于實踐善于創(chuàng)新、樂于動手與協(xié)作的工程技術(shù)人才，而且加強了教師的CDIO技能，使學生在真正學到鍛煉工程技能的同時，教師在此過程中也彌補了工程經(jīng)驗不足的缺憾，為將來的實踐教

14、學打下了基礎(chǔ)。正如溫家寶總理曾經(jīng)講過“做中學才是真正的學，做中教才是真正的教”?！皢柷牡们迦缭S？為有源頭活水來?！眲?chuàng)新之水來自實踐之源。作為新時期的教育工作者，我們只有不斷為學生提供實踐之源，我們的學生才能成為社會需要之材，才能成為國家興旺之材。 參考文獻 1陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創(chuàng)新的啟示J.中國高教研究，2006（11）：81-84. 2顧佩華，沈民.從CDIO到EIP2CDIO汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探索J.高等工程教育研究，2008（11）：12-15. 3EdwardF.Crawley，查建中，JohanMalmqvist，DorisR.Br-odeur.工程教育的環(huán)境J.高等工程教育研究，2008（4）：13-16. 4楊叔子，吳昌林，彭文生.機械創(chuàng)新設(shè)計大賽很重要J.高等工程教育研究，2007（2）：1-5. 5楊叔子.三論創(chuàng)新之根在實踐J.高等工程教育研究.2003（2）：1-4. 6NationalAcademyofEngineering，TheEngineerof2020DB/OL.http：.Av