基于CDIO工程教育模式的自動化專業(yè)實驗教學(xué)改革

1、 基于CDIO工程教育模式的自動化專業(yè)實驗教學(xué)改革 徐銀梅+王尚君+王國霞Summary：本文簡要地介紹了CDIO工程教育模式及能力培養(yǎng)目標(biāo)，分析了進行教學(xué)改革的必要性以及傳統(tǒng)教育模式下實驗教學(xué)的不足，從實驗教學(xué)體系建設(shè)、實驗內(nèi)容設(shè)計、實驗教學(xué)方法的改進及教師CDIO能力的提高等方面進行了改革，形成了新的教學(xué)模式，加強了對學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)。Key：CDIO;實驗教學(xué)改革;工程實踐能力;自主學(xué)以能力;團隊寫作能力：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A ：1674-9324（2015）20-0243-02CDIO模式是2000年由美國麻省理工學(xué)院以美國工程院院士Ed.Crawley教授為首的團隊和瑞

2、典皇家工學(xué)院等3所大學(xué)發(fā)起，經(jīng)過4年的跨國研究而創(chuàng)立了一種新型工程教育模式1-3。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），該教育模式以構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的全生命周期為教育背景，通過有機聯(lián)系的課程體系和CDIO教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的制定，使學(xué)生主動地學(xué)習(xí)，從實踐過程中通過經(jīng)驗學(xué)習(xí)來獲取工程能力4。CDIO工程教育模式由汕頭大學(xué)于2005年率先引入國內(nèi)，目前全國已有39所高校被批準(zhǔn)成為CDIO試點高校。北京科技大學(xué)自動化學(xué)院于2013年被批準(zhǔn)成為教育部第二批CDIO電氣類試點高校，基于此自動化專業(yè)全面展開了CDIO模式

3、的教學(xué)探索與實踐5。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達到預(yù)定目標(biāo)。針對CDIO工程教育模式的要求，我們對課程的實驗教學(xué)內(nèi)容、方法及手段進行了改革，在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上做了一些有益的嘗試，使實驗教學(xué)內(nèi)容更緊密結(jié)合工程實際，更注重學(xué)生工程能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為學(xué)生就業(yè)打下了良好基礎(chǔ)，提高了畢業(yè)生的就業(yè)競爭力。一、改革完善實驗教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，滿足CDIO工程教育模式的要求通過近幾年的實驗教學(xué)體系建設(shè)，實驗中心建立了“以驗證實驗為本、綜合設(shè)計實驗為主、創(chuàng)新實驗為優(yōu)”的“三層式”實驗教學(xué)體系。第一層

4、次以基礎(chǔ)驗證性實驗為主，主要在專業(yè)基礎(chǔ)課程中開設(shè)，確保學(xué)生掌握本專業(yè)的基本實驗技能，提高其實踐動手能力，如各專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程。第二層次以綜合設(shè)計性實驗為主，該類實驗融合多門專業(yè)課程或一門專業(yè)課程的多個知識點，重在培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)完整的知識結(jié)構(gòu)與綜合實踐技能，如自動化實訓(xùn)實驗項目。我們自主研制的自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)平臺，以實際工業(yè)系統(tǒng)為原型，涵蓋完整的自動化工廠實訓(xùn)系統(tǒng)，包括過程控制、運動控制和制造自動化等多個行業(yè)子系統(tǒng)。進一步強化了教學(xué)體系當(dāng)中的工程實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的就業(yè)競爭力，體現(xiàn)了實驗教學(xué)緊密聯(lián)系實際生產(chǎn)過程的工程特色。第三層次以創(chuàng)新性實驗為主，主要在專業(yè)課程中設(shè)置，啟迪學(xué)生的專業(yè)設(shè)計與創(chuàng)

5、新能力，此外還通過實驗室開放項目和科技創(chuàng)新實驗室鍛煉學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。學(xué)院近幾年先后建成了三個創(chuàng)新實驗室，創(chuàng)新實驗室面向全院學(xué)生全天候開放，結(jié)合學(xué)科專業(yè)特點，購置必要的研究設(shè)備和相關(guān)圖書，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（SRTP）項目活動及各類學(xué)科競賽提供了一些基本的硬件條件及場地。通過完成創(chuàng)新項目的過程，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提高了其實踐動手能力，培育了其團隊協(xié)作精神。按照三層次教學(xué)體系，我們構(gòu)建了從基礎(chǔ)課實驗室、專業(yè)實驗室到實訓(xùn)實驗室的一體化實踐教學(xué)鏈，進一步強化了教學(xué)體系當(dāng)中的創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)，以滿足CDIO工程教育模式的要求。二、實驗教學(xué)的改革實驗教學(xué)應(yīng)該是學(xué)生親歷驗證新理論、

6、充實新知識、嘗試新方法、掌握新技術(shù)的過程，是學(xué)生專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的重要途徑。所以，實驗教學(xué)要滿足CDIO工程教育模式要求，要改變過去重知識灌輸、輕能力培養(yǎng)的實驗方法，要積極引導(dǎo)學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力和分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。在過去的實驗教學(xué)中存在一些問題，如實驗教學(xué)內(nèi)容偏重于理論驗證，與工程實際脫節(jié);實驗過程中沒有充分重視學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng);實驗教學(xué)方法、手段單一，實驗教學(xué)效果有待提高。針對這些問題，我們從以下三方面進行了實驗教學(xué)研究與改革。1.調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的CDIO工程能力。針對實驗教學(xué)與工程實際相脫節(jié)的問題，除了增加

7、自動化專業(yè)工程實訓(xùn)內(nèi)容外，還在專業(yè)課實驗內(nèi)容中增加介紹實際應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)容，如電機及運動控制實驗中增加了介紹數(shù)控機床電機控制系統(tǒng)的內(nèi)容，教師對系統(tǒng)的組成、功能、工作原理給學(xué)生做詳盡地介紹，學(xué)生可以看到實際的控制板、電機，能自己動手操作，了解系統(tǒng)的軟硬件的構(gòu)成，并就相關(guān)問題與教師直接交流。這一實驗結(jié)束后，學(xué)生反響熱烈，大大激發(fā)了學(xué)生深入學(xué)習(xí)的熱情。此外，我們在網(wǎng)絡(luò)實驗平臺資源庫中還給學(xué)生提供了一些典型的運動控制系統(tǒng)的案例，如變頻空調(diào)控制系統(tǒng)、軋鋼過程中的張力控制系統(tǒng)等，從而分析系統(tǒng)工作原理及軟硬件的實現(xiàn)。學(xué)生在課下通過學(xué)習(xí)了解實際生產(chǎn)過程中電機是如何控制的、控制系統(tǒng)是什么樣子的，彌補了實驗設(shè)備與工

8、程實際相脫節(jié)的問題，也開闊了學(xué)生的眼界。2.實驗教學(xué)方法改革與創(chuàng)新。傳統(tǒng)的注入式教育方式，重知識灌輸、輕能力培養(yǎng)，學(xué)生難以積極主動地參與教學(xué)活動，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力6，不能滿足CDIO工程教育模式的能力培養(yǎng)要求。所以我們要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，進行教學(xué)改革實踐，將主動式教學(xué)理念、任務(wù)設(shè)定教學(xué)法教學(xué)等應(yīng)用到實驗教學(xué)過程中。任務(wù)設(shè)定教學(xué)法是在學(xué)生實驗前根據(jù)運動控制系統(tǒng)的運行情況設(shè)定問題7，在實驗前學(xué)生通過所學(xué)知識自己尋找解決方案，教師對學(xué)生的方案進行審核把關(guān)，確保實驗過程的安全性。在實驗過程中學(xué)生驗證解決方案的正確性，并要對實驗的現(xiàn)象和結(jié)果進行分析。這種方式改變了過去按照實驗指導(dǎo)

9、書按部就班的情況，學(xué)生變?yōu)閷嶒灥闹鲗?dǎo)者，著重在學(xué)生分析和解決問題能力以及工程設(shè)計思想和知識綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)上，符合CDIO教學(xué)模式工程能力的培養(yǎng)要求。 團隊協(xié)作能力是CDIO培養(yǎng)大綱中要求工程畢業(yè)生所具有的四個層面能力之一，是學(xué)生未來走向社會必須具備的能力。而分組教學(xué)法可以培養(yǎng)學(xué)生分工合作、交流協(xié)調(diào)、共同研討等團隊合作精神與能力。實訓(xùn)平臺借鑒了企業(yè)員工的培訓(xùn)方式，以項目組的形式開展項目研究，項目組包括負(fù)責(zé)人和組員，按照各自身份參與項目實施，輪換項目負(fù)責(zé)人和組員身份，保證每個學(xué)生都參與過負(fù)責(zé)人的角色，注重學(xué)生個人能力和團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。采用分組教學(xué)法，既培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作能力，也使得實驗考

10、核更加規(guī)范客觀8。三、加強教師自身的CDIO能力培養(yǎng)現(xiàn)在很多教師是從學(xué)生到教師的轉(zhuǎn)變，缺少實際工程應(yīng)用背景，教師本身工程基礎(chǔ)知識和能力的欠缺也會造成理論與工程實際的脫節(jié)，直接影響實踐教學(xué)的效果。所以，用CDIO的教學(xué)模式展開教學(xué)活動，要求教師必須有較強的工程知識和能力9。針對教師理論與實踐脫節(jié)的問題，學(xué)院組織教師參加一些應(yīng)用技術(shù)的短期培訓(xùn)班，學(xué)習(xí)一些先進的工程應(yīng)用技術(shù);和學(xué)生一起去企業(yè)參加生產(chǎn)實習(xí)，去生產(chǎn)一線進行工程實踐;同時，通過實踐經(jīng)驗豐富的老教師的指導(dǎo)及通過其他途徑進修，以勝任CDIO人才培養(yǎng)模式下的實驗教學(xué)工作，提高實驗教學(xué)的水平。四、結(jié)語基于CDIO模式的自動化專業(yè)實驗教學(xué)改革與實踐

11、，解決了原有實驗教學(xué)模式中存在的實驗內(nèi)容與工程實際脫節(jié)、沒有充分重視學(xué)生的知識綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)以及實驗教學(xué)方法、手段單一的問題，注重了CDIO工程教育模式所要求的工程基礎(chǔ)知識、自主學(xué)習(xí)能力、團隊協(xié)作能力及工程系統(tǒng)能力四個層面的能力培養(yǎng)，為培養(yǎng)高素質(zhì)的自動化專業(yè)工程應(yīng)用型人才打下了良好的基礎(chǔ)10。Reference：1Crawley E F，Malmqvist J，Ostlund S，etc.Rethinking Engineering Education：The CDIO ApproachM.Berlin：Springer，2007.2陶勇芳，商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創(chuàng)新

12、的啟示J.中國高教研究，2006，（11）：81-83.3康全禮，陸小華，熊光晶.CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)J.高等教育研究學(xué)報，2008，31（4）：15-18.4顧佩華，沈民奮，李丹平.從CDIO到EIP-CDIO.汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索J.高等工程教育研究，2008，（1）：12-20.5董冀媛，李曉理，董潔，等.CDIO模式下電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革的思考J.實驗室研究與探索，2008，27（8）：239-242.6張雪，李瑋，李慧.我國高等工程教育人才培養(yǎng)J.河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2013，13（1）：89-92.7董冀媛，孫昌國，王尚君.用于電梯控制模型設(shè)計的可編程控制器的教與學(xué)J.中國電力教育，2011，（35）：97-98.8李保銀.運