摘 要 科技竞赛是大学生科技创新能力培养的重要载体。将CDIO模式引入科技竞赛教育中，探索构建培养方案、实施项目化教学、建设多层次竞赛和评价体系等，着力培养大学生的卓越工程能力和综合素质。
关键词 科技竞赛；创新能力；CDIO；教学实践
中图分类号：G642.0 文献标识码：B 文章编号：1671-489X(2012)06-0053-02
Technology Competition and Practice in Innovation Capability Training for College Students on CDIO Model//Liu Baojun, Peng Fang, Li Ping, Liu Jinhua
Abstract Technology competition is an important medium for college students to train their technology innovation capability. CDIO teaching mode is introduced into the education of technology competition to cultivate their excellent engineering competence and total capability via constructing training program, implementing project-based teaching and building up multi-level competition and evaluation system and etc.
Key words technology competition; innovation capability; CDIO; teaching practice
Author’s address Zhongshan College, University of Electronic Science and Technology of China, Zhongshan, Guangdong, China 528402
科技竞赛作为当代大学生创新素质教育的重要载体，已经得到高等院校广泛的认同和支持。如今的大学生普遍具有思维活跃、乐于动手实践、勇于创新、善于展现的特点，在科技竞赛的带动下积极开展学生科技创新活动，更能激发学生的参与性、挑战性、竞争性和成就感[1]。机器人竞赛和机械创新设计大赛等因其符合自动化及机电类专业特点，与专业培养目标相一致，得到学校机电学院学生的普遍欢迎。
CDIO（Conceive Design Implement Operate）是国际流行的先进工程教育思想，强调以完成项目的形式通过“构思――设计――实现――运行”这一产品全生命周期过程来培养大学生的工程师能力和素质[2]。借鉴此前采用CDIO理念所进行的传感检测技术课程教学改革的成功经验，经过深入研究，在科技竞赛的培训过程中，仍选择CDIO模式来训练大学生的科技创新能力，以期将大学生培养成为具有卓越工程能力的高素质复合型和应用型人才。
1 构建科技竞赛的CDIO培养方案
科技竞赛的培养方案应当与相应行业、自动化和机电专业对学生的知识、技能和素质的要求相吻合，包括学生的专业知识体系、个人素质、团队精神以及竞赛作品的工程能力，并将其作为培养目标[3]。因此，不同的科技竞赛应重视构建与之相适应的多样化培养方案，培养方案按照CDIO理念，根据竞赛的性质来设置关联课程群，注重知识间的递进和融合，经过基础技能训练、高级能力训练和综合创新能力训练，加强分析问题和解决问题的能力，能够完成具有一定难度的综合性项目，发掘潜力以培养大学生的工程师素养。
1.1 培训课程建设系列化
科技竞赛活动是课堂知识的综合运用和延伸，但更注重知识的灵活运用。以擂台机器人竞赛为例，为保证竞赛活动的顺利发展，学生的知识培养分为3个阶段：首先是基础阶段，主要包括机械CAD、工程力学、工艺制作、模拟和数字电路、电子CAD、电子工艺等课程；然后是机械设计、单片机控制技术等具有一定难度的高级能力课程；最后是综合创新能力训练阶段，主要为以武术擂台机器人为对象的机电一体化的整体训练。上述各阶段的培养中，学生按照专业和兴趣爱好主要分成机械、控制、创新及策略3个组别同步进行。随着培训内容的递进，学生的基本理论知识逐渐丰富，实践能力得到系统性训练, 自然就成为科技竞赛活动的骨干，从而保证科技创新活动的顺利进行。例如，2009年至今，学校参加中国机器人大赛及RoboCup公开赛的学生队伍就是以大四年级学生为核心、以大三学生为主力队员的有良好梯队组织的队伍，多次获得全国一等奖，学生竞赛作品的技术水平也逐年稳步提升。
1.2 规定与自选实验实践项目相结合
培训课程内容规定的实验和实践项目学生必须首先完成，然后学生可以按照实验室所设立的开放性、设计性、综合性实验项目，自我开展实验，提高自主学习和研究的兴趣和能力。如在机械创新设计大赛教学中，要求学生必须完成各种基本机械传动形式和汽车传动机构的实验项目，但学生可以自选缝纫机结构、自动分拣机构等项目来增加综合实践能力。
1.3 自主合作学习与研究性学习互相促进
每个大学生都应具备自主学习能力，同时应该积极学会合作性学习。在各类科技竞赛活动中，采用合作性学习可以提高学习的深度和广度，加快学习的进度，对自主学习能力的提高也有极大的帮助。而顺应时代需要的研究性学习，着力培养学生的探究能力，提倡学生主动参与、勤于动手、乐于探究，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析问题和解决问题的能力以及交流与合作的能力。各学习方式之间可以互相补充，有机结合，互相促进。
2 基于CDIO的项目化教学方式
区别于传统的课堂教学，科技竞赛的培训课程内容主要采用项目教学法进行。项目是指针对某个教学内容而设计、由学员独立完成的小任务。在项目教学法中，学生以小组为单位，在相应的知识内容范围内开展学习，实施项目。如在机器人竞赛的培训中，所培训的传感器内容就包括红外光电传感器项目、超声波测距项目、数字编码器项目、加速度传感器项目、颜色传感器项目和图像传感器项目、多传感器信息融合项目等；而自动控制部分内容则有简单开关控制、PID控制原理及实验、数字舵机控制、模糊控制策略等。
随着技术的发展和高校参与度的迅速提高，科技竞赛的难度不断提升，对新技术的应用和理论知识的综合能力都提出越来越高的要求。武术擂台机器人比赛项目从最初的1对1发展为2对2对抗形式，机器人单体体重由3 kg增至6 kg，擂台场地中央也拟在灰度差异的平面上增加立体障碍台，仿人机器人的攻击动作有效性判定更加严格，这些无疑对机器人的自主识别能力、电机驱动能力、场地环境识别和处理能力、快速攻防能力等要求都在不断提升。成立相应的机械结构设计、控制技术、综合创新及策略项目组的教师指导小组，与学生的教学内容相呼应，取得良好的效果。
3 建立多层次的科技竞赛和评价体系
按照CDIO大纲，教学应建立良好的教学评价机制。为了有效搞好科技竞赛的教学培训工作，科技竞赛活动应把握好科技创新活动的普及性和优秀竞赛选手的选拔培养两个方面。科技创新活动首先应面对所有相关专业的大学生提高普及性，壮大基础学生队伍规模。同时应积极认真选拔优秀选手，提高培训的难度、强度和深度，组成有战斗力的竞赛团队。
为此，学校设置校内协会级竞赛、校级竞赛、国家级竞赛三级科技竞赛及评价体系，作为对教学效果的反馈。就机器人竞赛而言，校自动化科技协会负责基础训练阶段的赛前宣传培训并组织自动巡线小车的竞赛，学生以个人形式参赛，主要考核学生的基础知识能力，激发学习兴趣，培养自主学习能力；机电工程学院则承办校级的机器人竞赛，要求学生组成竞赛团队，主要考察学生的综合应用能力、团队合作能力，并从中选拔参加全国大赛的优秀队员；对于参加全国大赛的队员，主要从高难度项目入手加强训练，培养新技术应用能力、创新能力、竞赛策略等，以全国大赛的成绩来衡量和考核。机械创新设计竞赛也采取相似的竞赛和评价体系，并取得良好效果。2010年第四届全国大学生机械创新设计大赛以紧急救援和避难逃生机械为参赛主题，学校选拔的学生作品生命之星探险救援机器人以广东省第一名的优异成绩，作为全国仅有的4家参赛独立学院作品之一参加了南京全国总决赛，荣获全国二等奖，作品因其精巧设计和创新性受到国防科技大学和西安交通大学等传统强校的高度关注和一致好评。
基于CDIO的多层次的科技竞赛评价体系，能够及时发现教学过程中的不足，积累好的经验，反馈到教学团队和学生，不断改善CDIO教学成效。
4 结束语
在机器人竞赛和机械创新设计大赛等科技竞赛活动中，引入CDIO教学模式并构建相应的培养方案，教学中实施项目化教学，并建设多层次的科技竞赛评价体系等，有力地促进和完善了科技竞赛活动的教学实践，提高了大学生的实践能力、创新能力和团队精神，培养了大学生的卓越工程能力和综合素质。实践和竞赛成绩表明，基于CDIO理念的大学生科技创新能力教育取得良好的成效。
参考文献
[1]田野.以科技竞赛为龙头 构建机电类学生科技创新活动体系[J].中国林业教育,2009(2):43-45.
[2]刘保军.CDIO模式下的传感检测技术教改实践[J].中国教育技术装备,2010(6):48-51.
[3]周燕.电子设计竞赛中CDIO教学模式的设计与实践[J].苏州市职业大学学报,2010(2):71-73.