CDIO工程实践场所的设计与实现.ppt

CDIO工程实践场所的设计与实现,汕头大学工学院,什么是设计-实现,设计-实现的经验可让学生对实际的产品、过程、系统或一些合理的替代品进行设计、实施(构建、书面表达、制造)和测试。这些经验有时也称为设计建造、设计建造测试、或是设计建造飞行。在软件设计方面，学生通常是先设计，然后再写代码。基于竞赛而设置的课程包含了设计建造竞赛的各个方面，与传统的基于“纸面”的设计课程相比，本质上这种经验就是让学生实际建造自己的设计并检验其有效性。 设计-实现的经验就是让学生通过一个产品、过程或系统的开发而进行学习的一系列活动。这一经验主要要求通过设计和设施，创造一个能让学生进行具体测试的条件。在这种条件下，学生可以检验产品、过程或系统是否符合实际需求，然后明确可能改进的地方。,项目设计-实现经验的重要性,设计-实现的经验具有双重效果，可以培养学生的个人、团队能力，以及产品、过程和系统的设计与实施能力，同时还能加强所学的学科知识； 通过在课程计划中引入设计-实现项目，可以加强对基础知识的学习，并可为学生提供实际应用的机会； 设计-实现的经验包括主动学习和经验学习；主动学习方式让学生掌握操作、应用以及对构思的评价，而经验学习则是让学生扮演在专业工程实践中的各种角色，从而获取经验； 能够激发学生的学习兴趣，由此吸引学生参加工程实践，并让学生在进入工程专业学习的过程中，一直充满热情和兴趣。,产品项目开发周期与成本举例,设计-实现经验的过程,明确客户的需求，考虑技术、企业战略和制度，并不断改进概念、技术和商业方面的计划,给出将要实现的产 品、过程和系统所需的各种计划、图纸以及算法。,把设计转变为产品的过程，其中包括硬件制造、软件编程、测试、检查和验证。,把已实现的产 品、过程和系统的价值表现出来，包括系统的维护、优化和淘汰。,构思,设计,实现,运行,产品生命周期的核心,在理想的情况下，学生应接触到有关实际操作的各个方面。但经验表明，这种做法很难在一个学术环境下做到面面俱到，因此，我们都应该把重点放在构思、设计和实施上，并把它们作为学生所应该了解的产品生命周期的主要活动。,项目设计的实现标准5设计实现的经验,在课程计划中包括两个或更多的设计实现的经验，其中一个为初级的，一个为高级的 。 初级：导论，以及1级项目的初级部分； 高级：毕业设计,2、3级项目,2、3级项目,2、3级项目,2、3级项目,导论项目,项目的性质与目标 首先探讨工程师的职责，然后以一个设计制作的竞赛过程为载体学习设计过程管理，会议组织、讨论探讨方法、因果分析、决策方法、总结报告书写和口头表达能力。学完本课程后学生应能： 理解工程师的社会和历史责任与义务 初步了解设计过程管理 具备良好的团队合作精神 能对较复杂的情况作出合理的判断 具备初步的口头和文字交流能力,内 容 工程师的责任和义务(Roles & responsibilities of engineers) 确定设计主体(Find the design opportunities) 制定计划(Planning) 因果分析(Cause & effect analyses) 设计概念与目标的确定(concepts & objectives) 完成设计(Design & prototyping) 运行总结(Operation summary) 总结报告 (Final report),一级项目（project）第一阶段范例电子工程系,并通过一个电子通信产品实例，由专业教师及工程师，介绍电子产品的构成与设计，以及其与所学课程的关系，使学生理解我们的课程设计是与产品项目密切相关的，使学生一开始就以一个工程师的角度去面对即将开始的专业课学习，并提前了解即将所学课程与实际产品的关系。,全数字彩色多普勒超声诊断系统,脉冲超声多普勒血流仪与课程关系,电路分析，模拟电子技术，电子测量，电磁兼容，数字数字电路,电路分析，高频电子技术，数字电路电磁兼容,基础科学，传感器与检测技术,信号与系统、数字信号处理、自适应信号处理,自动控制原理，计算机控制技术，微型计算机系统，单片机系统，嵌入式系统,数字图像处理，随机信号处理,一级项目（project）范例电子工程系,1级项目的第二阶段（产品的构思）,产品开发要遵循一定的过程程序 规划 概念开发 系统级设计 详细设计 测试与提炼 生产启动 产品的维护、优化 产品淘汰,项目的构思,项目的设计,项目的实现,项目的运行,规划的一般步骤,市场调研，确认市场机遇 项目评估和排序 技术领先、成本领先、以客户为中心、模仿？ 分配资源、安排时间 完成项目前期规划 任务书：指定产品的目标市场、商业目标、关键性假设条件与约束,概念开发,产品的形态、功能和特性的描述,概念开发过程,1级项目的第三、四阶段（产品的设计）,将学生组成10人左右的团队，教师也组成指导团队，并由经验及责任心都较强的教师担任组长，在前期调研的基础上指导学生尝试构思并设计一个较大产品。 由于学生还没有开始专业课的学习，所以该项目一开始主要注重于构思（C）阶段，侧重于学生的框图及系统的蓝图设计能力的培养； 随着专业课程的进展，再逐步加强在设计(D)与实现(I)方面的训练。在不同的阶段，我们都要求学生在查阅大量文献、资料的基础上，通过团队内部的研讨、交流，并在导师的指导下不断地完善构思与设计，并在不同的阶段接受质量评估，从而最终达到要求。,1级项目Cornerstone的实现流程,1级项目（project）范例土木工程系为例,1、 原理及拓展训练 向即将开始专业学习的一年级学生介绍基于CDIO理念的教学大纲内容，使学生了解未来学习的专业课程及各种实践活动，灌输CDIO注重培养学生的个人能力与协同能力，尤其是项目组织、设计、开发和实施能力，以及较强的沟通能力和协调能力的思想，从而培养学生的创新意识、协作精神和理论联系实际的学风。 请企业家上课交流，出去实习参观的方式，使学生初步了解现代企业的运转过程，了解现代企业对人才的要求，从而有目的的、系统的规划未来的学业。,2、团队设计项目 能力培养和知识应用与提高的主要载体。时间10周，以汕头市旧城更新的一个地块乌桥岛重建为对象。,1级团队设计项目第1阶段,汕头市破旧的老区乌桥,1级团队设计项目第2阶段,1）以汕头旧城乌桥岛重建为对象，以“我的梦中家园”为题，给定人口规模和市区经济结构等条件； 2）每3名学生组成1个团队，各自进行新区的规划，包括住宅、学校、商业区、行政中心的布局，并考虑交通流向、流量、道路和桥梁的建设等； 3）每队从自己的规划中自选一个工程项目，如一栋建筑或一座桥梁进行初步设计，确定它的主要尺寸、结构形式、建筑材料等。,乌桥岛规划用地总平面图,1级团队设计项目第2阶段,1）学生团队进行探究式学习和工作，教师仅指导，促使学生完成一次CDIO（构思设计评估改进）的全过程。 2）第一阶段为“CDI”阶段:每个团队对城市规划、交通规划和单体建筑（或桥梁）做总体构思、并完成设计；然后参加三次全班的交流。每次交流各团队展示其设计，然后评估和辩论，最后形成评价意见供该团队修改参考。 3）第二阶段为“O”阶段：各团队修改设计后再进行一次交流，同学和老师们再一次进行评价。如此强调评估成果的“O”过程，是为了使同学更深刻地认识到其重要性。我国当前设计水平不够高的主要原因之一就是因为“O”环节薄弱。,2级、3级项目,以相关课程群为基础，构建二级项目 通过多个个2级项目将整个课程体系有机地结合起来，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。,工程实践场所,为学生提供成功的设计-实现经验需要一个具有合适工作空间、设备和工具的学习环境，我们把这些设施条件称为工程实践场所，以将其与创造性的工程开发联系起来，而与科研需要的传统实验室区分开来。实践场所可以是新建的楼房或对其它使用功能进行重新定位的实验室和房间。它们能够支持简单及复杂的个人或小组项目进行构思设计实施运行的全过程。同时还建立了相关的基础设施，其目的是对主动学习和动手学习策略的支持。,工程实践场所的角色和益处,如果学生要理解构思设计实施运行就是他们的教育环境背景，那么，他们必须融入到围绕C、D、I、O而组织的实践场所。我们可以利用这些实践场所向学生说明这些环境对他们的重要性，并利用这些实践场所加强对他们的教育。 工程实践场所是实施CDIO专业计划的一个关键因素。工程实践场所以及其它提供学生动手学习的环境对于提高学生的设计、建造以及测试产品、过程和系统的能力都是极为重要的资源。标准6的重点就是工程实践场所。,实践场所的设计,工程实践场所的设计是让学生积极地进行创造性和实践性的学习，并支持整个课程计划，这与传统的实验室不同，因为传统的实验室基本上是围绕一个学科和(或)希望学生在项目中充当一个比较被动的角色。传统的工程实践场所往往是让学生学习特定的能力，例如Lab-View实验环境、项目工作室、与工程实践场所相关的CAD/CAM/CAE实验室、以及多媒体环境，而不是一体化的实践场所。另外，传统的学生实验室主要以演示性实验为主，而没有为构思、设计以及团队建设提供支持条件。,构思讨论室,设计中心,实施实验室,运作中心,学习资源,社会,展品,个人交流,网络,存储设备,CDIO实践场所的概念模型,工程实践场所通常在四种不同空间中支持学生学习整个产品生命周期的四个阶段,构思,构思工程实践场所使学生能够构思新的系统，理解用户需求和发展概念，它们包括个人与团队的实践场所，以鼓励概念的形成和优化。典型的设备与资源包括白板、网络接入、图书馆资源以及数据放映机。这种工程实践场所基本上是不涉及到技术的大型空间，其主要目标是让学生通过交谈、倾听及反思的过程相互互动。,设计,设计工程实践场所支持新的协作模式和数字化设计；使学生能够进行设计、模拟设计、分享设计和相互交流。典型的设备包括安装有计算机辅助设计软件、辅助制造软件以及开发、仿真软件的计算机。还有其它设备，如视频会议和共享数据库，能够支持世界各地学生团队相互协作。设计工程实践场所还要在课余时间开放，因为学生会经常利用晚上和周末的时间进行设计工作。,实施,实施工程实践场所可以让学生建造小型、中型和大型的系统，包括机械、电子和软件系统。典型的设备包括金属加工机械、手工工具、测量设备、制造电路板的设备、以及可将软件集成到产品的计算机。学生进行的项目范围必须有较大的灵活性，但安全性和可用性也是很重要的。,运行,运行工程实践场所可为学生提供学习运行产品的机会，这种学习是通过实验和做出他们所设计的产品来实现的。在学术化的培养环境背景下，学生是很难学会运行这一环节的，但学生能学会如何运行自己的实验和班级的实验。实际操作的模拟以及实际操作环境下的电路连接可直接为学生提供操作方面的经验。,CDIO实践场所的教与学模式,小 结,1、 每一次设计-实现的经验就是一次学习的过程，学生通过建造产品、过程和系统进行学习。 2、这些经验学习是CDIO教学模式的核心内容，除了教育学生如何对产品、过程和系统进行