CDIO项目式教学在《机械创新实践》课程中的探索与实践

李文慧 杜文俊 连 迅 樊 姗

（文华学院机械与电气工程学部 湖北武汉 430074）

学生在学习《机械创新实践》课程时，通常会觉得创新设计难下手，缺乏良好的自主学习方法，专业知识及技能掌握应用的不够熟练，难以谋求较好的职业或岗位。在“强特色、重实践、个性化”专业建设思想的指导下，理论与实践一体化，促进学生将学习知识与应用知识结合起来，主动适应社会和企业对人才培养的岗位技能要求[1]。

一、调整教学内容——教师“教什么”

以培养应用创新型人才为目标，在2016级、2017级、2018级机械设计制造及自动化专业学生作为教学改革试点，采用多样化与生活化的选题、围绕产品设计制造的一般过程、引入计算机辅助设计等方法、将机械创新大赛与科技创新活动相结合。在完成课程的压力下，学生会进行有针对性的自主学习，遇到问题也会自己主动查资料或者相互交流，有解决不了的问题则会主动向教师请教。

二、巧用教学方法——教师“怎样教”

在机械创新实践教学过程中，围绕产品设计制造的一般过程（如图1），将项目分解为了若干任务作为驱动，从市场需求分析调研、设计对象功能定位、学习创新设计方法来形成总体方案设计（如TRIZ中40个发明原理、形态学矩阵法等），将设计对象与生活实际紧密联系在一起，引导学生把创新思维融于设计方案中。利用计算机辅助设计CAD加以实现，完成产品设计过程中的各项工作（如零件设计、装配仿真、优化设计、模拟加工等），从而达到提高设计质量、缩短开发周期、降低成本的目的，并极大地锻炼学生能力，培养机械类专业应用型创新人才。

图1 产品设计制造过程

在文华学院个性化教育理念下，CDIO项目式教学，按照构思、设计、实施、运行机电产品全生命周期系统化要求，一般开展过程为：①项目的选定与团队协作：发现问题——提炼有一定挑战性的现实问题。确保每位学生积极参与，自由组队（3～5人），分工协作。②项目方案的设计与实施：分析问题——挖掘与利用多样化资源——模仿现有产品——改进不足——提出创新方案——设计结构——优化结构。学生负责项目实施，教师引导学生尝试各种方法解决问题。学生团队可以相互“PK”，站在不同角度指出对方团队项目存在的缺点与不足。③项目评价与结果：解决问题——设计虚拟数字化样机，对创新较好的作品，可以申请将实物制作出来，为参加“挑战杯”、“大学生创新创业项目”、“机械创新设计大赛”等各类科技创新活动奠定一定基础。

三、强化实践教学——学生“怎样用”

育人为本，创新是魂。通过《机械创新实践》课程，学生能够在实践中发现问题，又能够回到理论课堂补充能量，可以体会到理论与实践结合的重要性，也解决了学习兴趣和效率的问题[2]。

例如，学生设计立式自行车停车架（如图2），围绕CDIO项目式教学过程开展：①作品产生由来：发现现有自行车存在摆放不规范、停放姿势繁杂、偷窃现象严重、损耗及运维成本高昂等问题。②方案设计：如今相继出现的双层停车架、螺旋式停车架等产品，因此想要脱颖而出，产品必须价格低廉，还能省更多空间，且方便使用和维护，故学生采用纯机械化设计立式自行车停车架，可以省力有序地停放和取用自行车。③产品设计：整个机器由固定滑道、碰撞解锁装置、自行车车轮锁定装置、自行车滑板及承载板四个部分构成，实现了停放存取自行车的功能。学生利用三维数字化技术，设计虚拟数字化样机，分析优化结构。④实物加工：根据合理虚拟数字样机，由三维生成二维工程图纸，加工制造零件，进行装配、测试，做成实物样机。

总而言之，针对教学中存在的问题，对机械创新实践课程在教学内容、教学方法、实践教学方面不断地进行个性化教育探索实践，有利于学生学会在实践中运用知识解决实际问题。