CDIO自動控制理論課程的探討

劉鎮章，陳從桂，李東煒

(廣州大學 機電工程系，廣東 廣州 510006)

CDIO自動控制理論課程的探討

劉鎮章，陳從桂，李東煒

(廣州大學 機電工程系，廣東 廣州 510006)

傳統工程教育偏重理論研究，培養模式陳舊，教育活動局限于課堂授課，學生成為教學活動的配角，在經過長達四年的工程培養后，成為解決習題的高手而不是解決實際工程問題的能手。鑒于工程教育改革的迫切性，CDIO培養模式由于其強調工程實踐的重要性而日益受高教界重視。以廣州大學自動控制課程為討論對象，介紹CDIO自控課程的相關改革，探討CDIO理念在課程改革中的實施。

CDIO;自動控制;課程改革

一 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。2001年麻省理工學院、瑞典皇家技術學院、瑞典查爾姆斯技術學院、瑞典林克平大學組成的跨國研究，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO國際合作組織。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現 (Implement)和運作(Operate)，它以工程項目為載體，讓學生以主動鉆研的方式學習工程知識，掌握解決實際工程問題的方法。CDIO工程教育模式具備大工程理念、注重綜合素質的培養、密切聯系產業、系統的工程教育改革［1］等特點，強調綜合的創新能力，與社會大環境的協調發展;同時更關注工程實踐，加強培養學生的實踐能力。CDIO工程教育模式中國化的實踐將成為培養創新型工程人才的有效途徑［2］。

二 傳統工程教育存在的問題

McKinsey Global Institute 2005年10月發表的一份報告稱，我國2005年畢業的約60萬工程技術人才中適合在國際性公司工作的只有不到10%。而這其中的原因，其分析為“中國教育系統偏于理論，中國學生幾乎沒有受到項目和團隊工作的實際訓練，相比之下歐洲和北美學生以團隊方式解決實際問題。”［3］導致該種現象的根本原因，可以認為是我國的工程教育體系嚴重滯后于快速發展的國際形勢。

我國傳統工程教育主要存在的問題可歸結為:

1.培養模式陳舊，工程教育局限于課堂授課，學生被動接受知識，課后完成作業，期末參加考試，而學生的畢業設計也僅僅通過空洞的論文來應付了事，大學工程教育成為初、高中應試教育的升級版。

2.以教師為中心，以教材為中心，以課堂授課為中心，忽視學生的實際情況和實際需要;教師在教學中滔滔不絕地傳授知識，學生被動地接受知識，在課堂教學中學生參與的機會少，學生成為教學活動的配角。

3.授課內容偏重理論研究，采用的教材內容與現時工業情況差距較大，偏離實際工程應用，學生經過一段時間的學習仍然不能解決工程問題，學生成為解決習題的高手，而不是解決實際工程問題的能手。

以自動控制理論課程為例，該門課程可說是實踐性很強的核心課程，無論是對機械專業，或者是電子電氣專業的學生來說，在學習完該門課程后，應該具備基本的解決工程控制問題的能力，然而事實卻與我們的期望大相徑庭。根據調研，學生接受傳統的自控課程學習后，仍然有相當部分不理解傳遞函數是如何獲得的、不能根據瞬態響應曲線來調制控制器、甚至沒碰過工程控制系統，更不用說自己開發機電控制系統了。

傳統的工程教育模式必須改革以適應快速發展的國際形勢，培養具備解決實際工程問題的優秀工程師。廣州大學近年來運用CDIO工程教育理念，在各專業課程上進行了大膽的改革與創新，現以自控課程為例，介紹廣州大學在CDIO自控課程的相關改革，探討CDIO理念在課程改革中的實現。

三 CDIO自動控制課程改革的探討

自控課程的特點是實踐性強，為了激發學生的積極性，培養學生解決工程問題的能力，同時也為了提高課堂的教學質量，對傳統自控課程的設置內容及實踐環節進行多方面的改革。詳細課程設置可見圖1課程設置框圖:

圖1 CDIO自控課程設置框圖

主要思路分述如下:

1.前置課程

設置前置課程，在前置課程中引入自動控制的概念，目的是讓學生對自控原理有感性認識。前置課程的設置充分考慮學生掌握知識的客觀規律，從感性認識開始，逐漸升華為理性認識，避免過早、過多地引入晦澀的理論概念，打擊學生的學習積極性，讓學生始終在興趣的引導下進行學習。

2.信息手段的應用

運用CDIO理念，跟上信息時代發展的步伐，減少學生手工計算量，大量采用計算機手段解決工程控制問題，如要求學生運用MATLAB SIMULINK或者 Control Toolbox等工具解決控制問題。值得注意的是，學生有選擇不同軟件來解決問題的自由，如學生可以選擇LABVIEW，只要學生有興趣使用的軟件，都鼓勵學生大膽采用。

3.工程項目的設置

自控課程實踐性強，學生應通過工程項目鍛煉自控理論的運用，在課程改革中，把工程項目分為“軟項目”與“硬項目”。所謂的“軟項目”就是學生通過計算機軟件的應用，對工程問題進行模擬仿真分析。而“硬項目”則要求學生運用自控理論對機電系統進行控制分析，如:控制倒立擺系統，控制工業機器人等。

4.基于團隊的學習模式

傳統的教學模式往往要求學生獨立完成問題，而在企業中更加強調的是緊密的團隊合作。因此，教學中要求學生自由選擇同學組成攻關團隊，合作完成各種軟項目與硬項目，培養學生的合作能力、溝通能力、協調能力、項目管理能力與團隊領導能力。

5.后續課程

CDIO工程培養模式的核心是培養學生的工程素養、工程能力，而這種素養、能力不是一朝一夕就能形成的。自控課程作為實踐性較強的課程應該起承上啟下，以點帶面的作用，因此我們除了設置前置課程外，還設置后續課程以進一步強化學生運用自控理論解決工程問題的能力，并且設置的后續課程力求貼近工業應用。

四 結語

以廣州大學自動控制課程為對象，介紹自控課程的相關改革，討論了CDIO理念在自控課程改革中的實施，給出了CDIO自控課程的設計與實施方案。

［1］王 剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考［J］.中國高教研究，2009(5):86－87.

［2］唐全禮，陸小華，熊光晶.CDIO大綱與工程創新型人才培養［J］.高等教育研究學報，2008，31(4):15－18.

［3］Diana Farrell，Andrew J.Grant，China’s Looming Talent Shortage［J］.The McKinsey Quarterly，2005(4):70 －79.

G642.3

A

1674－5884(2012)07－0049－02

2012－05－05

國家特色專業建設基金(TS2479)

劉鎮章(1983－)，男，廣東潮州人，講師，博士，主要從事機器人主動嗅覺、智能控制、機電一體化等研究。

(責任編校 朱正余)