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CDIO工程教育与CDIO创新实践中心 2010 10 CDIO中心公共邮箱 xiagongcdio 邮箱密码 12345615659982821唐晓明 它是现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程CDIO工程教育理念就是要以这个全过程为载体培养学生的工程能力 其能力不仅包括学科知识 而且包括学生的终身学习能力 团队交流能力和在企业和社会环境下的构思 设计 实施 运行能力 什么是CDIO CDIO 构思 Conceive 设计 Design 实施 Implement 运行 Operate 学院引入CDIO工程教育理念的目的就是要对传统的工程教育模式进行改革 是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等大学经四年摸索 并成立了CDIO国际合作组织 什么是CDIO CDIO 构思 Conceive 设计 Design 实施 Implement 运行 Operate CDIO工程教育与CDIO创新实践中心 CDIO创新实践中心工作室的管理 CDIO创新实践中心 CDIO工程教育模式 工程教育改革的必要性 工程教育改革的必要性 传统工程教育的弊端 教育的根本问题 教育的根本问题 基础知识的理解设计与制造过程的理解具有多学科系统观点具有很强的交流能力具有高的道德标准 理解如何构思 设计 实施 运行创造复杂 高附加值的工程系统置身于现代团队协作的工程环境中 工科毕业生所需的品质 培养学生能 教育的根本问题 What 在这个服务过程中他们不仅需要学科知识 而且包括学生的终身学习能力 团队交流能力和和在企业和社会环境下的构思 设计 实施 运行能力 现代工程师总是在领导或具体从事产品 过程或系统的构思 设计 实现和运行中的某个环节或全部过程 教育的根本问题 What 大部分工程师的学习都是从具体到抽象 例如 从操作物件到理解理论概念刚踏进大学的学生缺乏建造和修理的经验 动手能力 设计 实现活动及其它形式的体验式学习为学生建立认知框架 学生需要具有这种认知框架才能对基本理论有更深的理解这样的学习方式对学习产品 过程和系统的构建能力和对加深技术知识的理解具有双重的作用 教育的根本问题 How 工程教育存在的问题 传统的授课方式不能满足 需要学生缺乏自主学习 自主实践的能力实践教学脱离工程实际教师队伍工程背景欠缺 教学脱离工程实际 毕业生不能满足社会和工业界的要求 工程教育的弊端 CDIO工程教育模式 什么是CDIO CDIO的基本内容 它是现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程CDIO工程教育理念就是要以此全过程为载体培养学生的工程能力 此能力不仅包括学科知识 而且包括学生的终身学习能力 团队交流能力和在企业和社会环境下的构思 设计 实施 运行能力 什么是CDIO CDIO 构思 Conceive 设计 Design 实施 Implement 运行 Operate 1个愿景 vision 1个大纲 对学生4个层面的能力要求12条标准 对是否实践CDIO教学理念的判定标准 对培养计划 课程结构 教学方法 教学评估和学生考核等方面进行指导 CDIO的基本内容 CDIO教育在产品 过程或系统的构思 设计 实施 运行的背景环境下强调基础知识学习 这个愿景的突出特点是 教育是基于明确的 经利益相关者确认的专业目标和学习效果目标学习效果目标通过一系列一体化的学习经验来实现 让学生体验真正的工程师在职业生涯所经历的问题精心设计的一体化学习经验产生双重影响 既能提高学生的能力又能加深基础知识的学习 CDIO的愿景 vision CDIO大纲的四个层面构思 设计 实现 运行 CDIOlearningtodo 复杂的工程系统 技术learningtoknow 基于工程环境的现代团队 团队交流learningtolivetogether 和有成熟思维的个体 个人learningtobe CDIO教学大纲 1 1基础科学知识1 2核心工程基础知识1 3高级工程基础知识 CDIO教学大纲 1技术知识和推理 2 1工程推理和解决问题的能力2 1 1发现问题和系统的表述问题2 1 2建模2 1 3估计与定性分析2 1 4带有不确定性的分析2 1 5解决方法和建议2 2实验和发现知识2 2 1建立假设2 2 2查询印刷资料和电子文献2 2 3实验性的探索2 2 4假设检验与答辩2 3系统思维2 3 1全方位思维2 3 2系统的显现和交互作用2 3 3确定主次与重点2 3 4解决问题时的妥协 判断和平衡 2 4个人能力和态度2 4 1主动性与愿意承担风险2 4 2执着与变通2 4 3创造性思维2 4 4批判性思维2 4 5了解个人的知识 能力和态度2 4 6求知欲和终身学习2 4 7时间和资源的管理2 5职业能力和态度2 5 1职业道德 正直 责任感和负责任2 5 2职业行为2 5 3主动规划个人职业2 5 4与世界工程发展保持同步 CDIO教学大纲 2个人能力 职业能力和态度 3 1团队工作3 1 1组建有效的团队3 1 2团队工作运行3 1 3团队成长和演变3 1 4领导能力3 1 5形成技术团队 3 2交流3 2 1交流的策略3 2 2交流的结构3 2 3书面的交流3 2 4电子及多媒体交流3 2 5图表交流3 2 6口头表达和人际交流 3 3使用外语的交流3 3 1英语3 3 2其他区域工业国的语言3 3 3其他语言 CDIO教学大纲 3人际交往能力 团队工作和交流 4 1外部和社会背景环境4 1 1工程师的角色与责任4 1 2工程对社会的影响4 1 3社会对工程的规范4 1 4历史和文化背景环境4 1 5当代课题和价值观4 1 6发展全球观 4 2企业与商业环境4 2 1重视不同的企业文化4 2 2企业战略 目标和规划4 2 3技术创业4 2 4成功地在一个组织中工作 4 3系统的构思与工程化4 3 1设立系统目标和要求4 3 2定义功能 概念和结构4 3 3系统建模和确保目标实现4 3 4开发项目的管理 4 4设计4 4 1设计过程4 4 2设计过程的分段与方法4 4 3知识在设计中的利用4 4 4单学科设计4 4 5多学科设计4 4 6多目标设计 DFX 4 5实施4 5 1设计实施过程4 5 2硬件制造过程4 5 3软件实现过程4 5 4硬 软件集成4 5 5测试 证实 验证和认证4 5 6实施过程的管理 4 6运行4 6 1运行的设计和优化4 6 2培训与操作4 6 3支持系统的生命周期4 6 4系统改进和演变4 6 5弃置与 产品或系统 寿命终结问题4 6 6运行管理 CDIO教学大纲 4在企业和社会环境下构思 设计 实施 运行系统 重新安排当前的实践和资源 课程体系设计 实现经验及工程工作空间教学 学习及考核方法提高教师能力评估与提高 设计一种教学模式 使现有资源能更好地应用与提升学生的学习能力 如何做 CDIO的标准 CDIO创新实践中心 CDIO的项目分级 CDIO的平台建设 华侨大学厦门工学院CDIO创新示范中心的创建本着以华侨大学厦门工学院的实际情况为出发点 以CDIO教学大纲为依据 整合院内所有各系现有实验室 实践资源创建CDIO创新实践平台 支持学院 专业和学科课程三个不同层次的项目和实验的实施以及创新实践活动的开展 建设综合性 系统性 多层次的实验教学基地和院系两级的学生创新实践中心 形成以学生为主的多学科交叉团队自主创新设计平台 面向院内外学生开放 学生可以跨专业 跨年级选择开放项目 激发学生参加各类工程实践活动的热情 从机制上保证学生创新精神和创新能力的培养 实现实践教学和理论教学的无缝连接 共同为工程知识 能力和素质的一体化培养服务 学院CDIO创新实践中心 根据CDIO以项目为导向的培养模式 将CDIO项目划分为三级 1 级为包含本专业主要核心课程和能力要求的项目 2 级为包含一组相关核心课程 能力要求的项目 3 级为单门课程内为增强该门课程能力与理解而设的项目 3级项目的设立由各门课程大纲根据需要确 各系CDIO创新中心 1 负责2级涉及核心课程组能力要求的项目 2 2级项目则以相关核心课程群和相关能力要求为基础 作为1级项目的支撑 2级项目既是对相关课程群的综合 也是对整个教学体系的补充 主要培养学生综合应用相关课程内容的能力 特别注重学生的创新思维能力与终生学习能力的培养 CDIO以项目为导向分三级 院级CDIO创新实践中心主要的两类项目 1 1级项目要求能完整的贯穿于整个本科教学阶段 使学生系统地得到构思 设计 实现 运作的整体训练 2 负责综合跨学科类或交叉类项目 使学生系统培养综合复杂交叉项目的构思 设计 实现 运作的整体强化训练 为了使综合 交叉的贯穿性的院级CDIO创新实践项目具有实际可操作性 院级CDIO创新实践中心通过全院各系部专业选拔品学兼优的学生组建十多个高级实践班 学生被分成不同的兴趣小组 对诸多领域一些前沿课题和老师一起进行专题讨论和实施 完成科技项目和论文写作的实施 使得学生在本科阶段有了做科研的经历 此外组织实践班的同学还应积极参加各级别的科技竞赛 组织实践班的同学进行创新发明 申请专利并选择应用前景好 技术水平高的项目学院给予各方面的支持 孵化和转化 真正使学院培养各类创新型拔尖人才成为可能 CDIO创新实践中心负责的项目 CDIO创新实践中心的平台建设主要从四个方面展开 1 逐步建立健全一支结构合理 相对稳定 教育理念先进 学术水平高 教学科研能力强 实践经验丰富 熟悉实验技术 勇于创新的实验教学队伍 科学规划 合理配置中心人员 同时要采取措施鼓励高水平教师投入实验教学 使实验教学与理论教学队伍互通 教学 科研 技术兼容 2 提供15间CDIO工作室 为了给学生提供一创新学习 讨论的良好环境 组建众多的学习小组 小组由专业老师和工作室教师统一管理 成员是大一至大四的学生按梯队比例组成 并且按兴趣分成了多个小组 每组都有明确的任务 由老师监督完成 CDIO创新实践中心的平台建设 3 分批组建十多个高级实践班 数十个较高水平综合 交叉支撑项目的硬件平台 4 建立学院CDIO创新实践中心综合网站 包括各创新实践班及项目组的活动管理 创新理念 各学科前沿知识 创新论坛 各及竟赛的组织 发明专利的申请与实施 资料下载 成果展示等栏目 使之真正成为学院CDIO创新实践的软平台 5 中心以营造校园创新氛围 培养我校大学生的创新意识为宗旨 为广大同学打造科技创新的平台 中心为学生提供与竟赛 专利 创新思维有关的报纸 图书 杂志等 中心通过讲座 参观 沙龙 竟赛等多种方式 为会员提供创新思维成长的土壤 为有力调动学生的创新积极性 鼓励学科交叉 CDIO创新实践中心 开放十五间CDIO创新工作间 为各CDIO项目小组提供研讨 资料共享的独立空间 CDIO创新实践中心的平台建设 CDIO中心设置 1 结构与金工综合工作室2 RoboCup机器人 工业机器人实验室3 微机综合应用实验室4 机电一体化设备实验室 5 新材料实验室6 新能源实验室7 电子电路设计制造综合实验室8 汽车电子实验室9 智能建筑实验室10 建筑与结构实验室11 微机控制与智能网络实验室12 多媒体工作室13 组装模型的创新发明工作室14 SIFE商务工作室 CDIO创新实践中心的综合实验室 CDIO创新实践中心的综合实验室 各工作室均配有技术含量高 但价格不贵的适应于各种不同实验室的多功能嵌入式开发套件等 具备相当的综合实践的条件 CDIO创新实践中心实行团队项目负责制 教师与学生共同管理 专业教师进行技术指导 积极探索应用性 开发性的学生科技创新实践模式 以全面提升学生的CDIO能力为目标 切实为学院各专业学生的协作创新提供优越的硬件环境 结构性问题采用已知的制作方法非团队工作所有学生存在的共同问题短期工作 例 用成套材料制做飞机模型 麻省理工学院 国外高校的CDIO教学实践 结构性的问题采用已知的制作方法团队工作所有团队中共同存在的问题短期工作 例 用可乐瓶和吸管制做火箭模型 美国海军学院 国外高校的CDIO教学实践 复杂的问题制作方法已知 未知团队工作每个团队遇到的不同问题几个星期或几个月 林雪平大学 例 机器人制作 国外高校的CDIO教学实践 复杂的问题未知的制作方法团队工作多团队合作项目多于一学期的时间 瑞典皇家理工学院 例 构思 设计 制造并运行一个潜水艇 国外高校的CDIO教学实践 模型车竞赛 贝尔法斯特女王大学 国外高校的CDIO教学实践 废弃物回收装置 贝尔法斯特女王大学 国外高校的CDIO教学实践 我院CDIO中心拟展开的机电一体项目 1 由方院长亲自牵头的基于DSPEPS硬发泡材料自动切割机 该项目专题设计本身涉及机械 DSP控制系统设计 其产品可用泡沫塑料代替金属制作机械零件 可以很方便地使学生从设计到制造的全过程进行实际操作 具有制造费用低 涉及学科面广 与机械 电气工程及其自动化专业多门课程结合紧密的特点 我校CDIO中心拟展开的机电一体项目 2 基于单片机高速直流无刷数控绕线机该高速直流无刷数控绕线机是当前变压器行业比较先进 实用的设备 其项目包括机械设计 单片机控制系统设计 直流无刷马达控制与驱动技术 步进电机控制与驱动技术 相关电路及软件可使学生掌握较多实用技术 其产品也可做为电气工程专业实践绕制各种变压器 具有制造费用低 涉及学科面广 与电气工程及其自动化专业多门课程结合紧密的特点 我校CDIO中心拟展开的机电一体项目 3 PLC气动工业控制模型装置采用PLC气动工业控制模型装置 采用西门子PLC控制多种气动元件 模拟工业自动化生产线的流程及工序 机械工程及自动化专业 电气工程及自动化专业面向工业自动化方向必须深入了解的知识 我校CDIO中心拟展开的机电一体项目 4 微机X Y精密数控运动平台该项目专题采用当前最常用的微机数控的方式在微机控制的软件 硬件及机构上实现X Y精密数控运动 其项目包括机械设计 微机控制系统设计 步进电机控制与驱动技术 其样品可使学生真正掌握微机数控技术的精髓 具有制造费用低 与电气工程及其自动化专业多门课程结合紧密的特点 乐高机器人 我校CDIO中心拟展开的机器人项目 Bioloid百变机器人 我校CDIO中心拟展开的机器人项目 能力风暴机器人 我校CDIO中心拟展开的机器人项目 工业机器人 我校CDIO中心拟展开的机器人项目 我校CDIO中心拟展开的电子信息项目 1 基于DSP及ARM嵌入式平台的应用系统通过DSP及ARM嵌入式平台的应用系统 使难于掌握的DSP及ARM嵌入式的软硬件知识变得直接和容易 同时也可结合多种课程 提高学生的学习兴趣 引导教师 学生在DSP及ARM嵌入式系统应用技术方面进行深度研究 我校CDIO中心拟展开的电子信息项目 2 通讯基站节能智能通风系统通过单片机软硬件组成的系统实现对环境温度 湿度 烟雾 水沁 门禁进行监测 同时根据室内外温度情况智能的选择空调或风扇的开停 以达到节能的目的 该项目以成熟实用的单片机硬件设计和软件设计 使学生掌握真正实用的单片机硬件系统设计和软件系统设计 我校CDIO中心拟展开的电子信息项目 3 智能楼宇控制系统智能楼宇控制系统采用微机监控系统远程对各个下位子模块进行监测 控制和管理 下位子模块可分别对楼宇的配电 空调 各点温度 照明 安防 门禁 视频 通讯及节能系统等进行智能化控制 学生通过对该典型的智能楼宇控制系统的了解可以对智能楼宇控制技术进行全面深入的学习 我校CDIO中心拟展开的微机控制项目 1 基于微机的X Y数控运动平台控制系统2 基于微机的多自由度工业焊接机器人系统3 基于微机的智能机器人控制系统 我校CDIO中心拟展开的微机网络项目 1 厦门工学院CDIO创新实践中心信息系统网络平台开发2 用于河流污染的GIS网络分析系统3 智能楼宇监控系统网络管理平台4 Zigbee的智能传感系统网络管理平台 我校CDIO中心拟展开的创新发明项目 1 通过 慧鱼 模型 即机器组装模型 提升会员的动手能力 并能清楚的了解各种机械部件之间的运动或连接方式及力学理论原理 并通过熟练的动手而发展至创新 使会员可以完全自主独立的组装出各式各样的创新器械模型 然后希望能在不断的成长中塑建一支创新意识好 战斗力强的团队 并参加学校乃至国家的比赛 我校CDIO中心拟展开的竞赛项目 1 国际大学生数学建模竞赛包括数学建模竞赛 MCM 和交叉学科数学建模竞赛 ICM 2 飞思卡尔 智能汽车竞赛 RoboCup机器人竞赛等科技竞赛开展一系列科技创新活动 3 挑战杯 全国大学生系列科技学术竞赛 4 全国软件创新大赛 5 ACM ICPC ACMInternationalCollegiateProgrammingContest 国际大学生程序设计竞赛 6 全国SIFE赛扶经济 管理 商贸竞赛 CDIO工作室的管理办法为适应CDIO教学改革的需要 加强课程的综合性和实践性 培养学生的实际创新能力和组织能力 为学生提供一个课外CDIO创新活动的平台和空间 为规范 有序地用好各CDIO工作室 制定本办法 第一条课外CDIO创新活动由各班级分组进行 一般每组5 6人 CDIO工作室开放时间采用预约的方式进行 在条件成熟的情况下采用网上预约的方式进行 网上预约执行时间另行通知 第二条学生分组CDIO活动项目是在指导老师的指导下进行的 专业课教师及CDIO教师可随时对活动进行指导 CDIO工作室的管理规定 CDIO活动项目要以努力培养学生的创新意识 实践能力 主动学习 组织能力为目的 采取以学生为主 教师为辅的方式开展 要求有活动计划 活动记录及活动阶段成果总结 由专业教师 CDIO教师根据学生的表现结合学生自评互评的方式 为学生评定CDIO活动成绩 第四条各开放CDIO工作室实行轮