基于CDIO的自動化卓越人才培養模式研究

陸華才+凌有鑄

摘要：分析了CDIO工程教育理念及其特點，闡述了CDIO工程教育模式在自動化專業卓越工程師教育中的成功應用，以安徽工程大學自動化專業為例，介紹了基于CDIO的自動化專業卓越計劃校內和企業培養方案，指出了運行過程存在的問題和進一步努力的方向。

關鍵詞：CDIO；自動化專業；卓越計劃；培養方案

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）32-0082-02

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。本文以自動化專業為例，探討如何利用CDIO的教育理念，改革自動化專業的人才培養模式。

一、CDIO工程教育理念及其特點

CDIO工程教育模式中“構思”指明確客戶的需求，考慮技術、企業戰略和制度等因素，不斷改進概念、技術和商業計劃；“設計”指制定開發產品系統所需的各種計劃、圖紙和算法；“實施”指把設計轉變為產品的過程，包括硬件制造、軟件編程、測試、檢查和驗證；“運行”指對產品系統的維護、優化和淘汰。CDIO的理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。2010年，教育部為貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》提出了“卓越工程師教育培養計劃”。“卓越計劃”的理念和CDIO的教育理念有異曲同工之妙，它們都是要面向工業界、面向世界、面向未來，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為建設創新型國家、實現工業化和現代化奠定堅實的人力資源優勢，增強我國的核心競爭力和綜合國力。

二、基于CDIO的自動化專業校內培養方案

1.培養目標。培養適應社會主義現代化建設需要，德智體美全面發展，社會責任感強，具有創新意識和解決實際工程問題能力的自動化應用技術人才；培養的學生具有較強的獲取知識和綜合運用知識的能力，能在運動控制、過程控制、計算機控制以及信息處理、管理與決策等方面從事運行與維護、開發與設計、管理與服務等工作。在制定培養目標時，充分考慮我校辦學特色和優勢，致力于高素質應用型人才培養、注重科學研究成果轉化和產學研結合；充分考慮學科建設成果和地方經濟建設需求，培養目標要能適應安徽省重點發展產業，如電子信息、節能環保、新能源、高端裝備制造、新材料、汽車及關鍵零部件、家電等，無論是這些產業的自動生產線，還是這些產業的產品研發、制造都與運動控制系統息息相關。

2.課程體系。以工程能力培養為核心的自動化專業課程體系設置應該充分體現CDIO環境教學，注重培養學生的個人能力與協同能力，尤其是項目組織、設計、開發和實施能力，以及較強的溝通能力和協調能力，從而培養學生的創新意識、協作精神和理論聯系實際的學風。因此基于CDIO的卓越工程師培養的課程體系要以項目為主線構建。我校自動化專業主要方向是運動控制，主干學科為控制科學與工程、計算機科學與技術、電氣工程。目前開設的主干課程包括高等數學、大學英語、電路分析、模擬電子技術、數字電子技術、傳感器原理及技術、電機與拖動基礎、電力電子技術、自動控制理論、微機原理及應用、計算機控制技術、運動控制系統等。主要實踐教學環節包含電工電子技術綜合實踐、工程師基礎訓練、企業實踐、課外學術科技活動、金工實習、社會實踐等。

這里以設計一個閉環運動控制系統的項目為例，介紹相關課程體系。首先，要完成運動控制相關項目，必須擁有堅實的基礎理論。其次，要了解控制對象，相關課程有電機與電力拖動；要設計好控制器，必須掌握自動控制原理、現代控制理論和智能控制理論；反饋環節涉及的課程有傳感器及其原理、信號分析與處理；驅動控制環節涉及的課程主要是電力電子技術。最后，控制系統的硬件實現可以選擇單片機、PLC、DSP、FPGA等。整個課程體系就是圍繞被控對象、控制方法、檢測環節、控制系統硬件實現幾個方面開設。

三、基于CDIO的自動化專業企業培養方案

1.培養目標。企業學習階段是自動化專業的工程教育不可或缺的階段，是整個教學計劃的重要組成部分，也是實施“卓越工程師教育培養計劃”的重要環節，使學生通過企業學習階段的工程學習，學習企業的先進文化和職業道德、掌握企業的先進設備、技術和管理經驗，具備控制系統工程方面的管理、應用、維護能力，并具有的基本設計和開發能力。基于CDIO教育理念，自動化專業在企業學習階段培養目標就是要培養學生理論聯系實際的解決企業實際工程問題的能力，使學生通過企業學習階段的實踐，學習企業先進文化、職業道德和先進技術，掌握運動控制系統和設備的工程管理、應用和維護，并具有基本的設計開發能力。培養學生靈活運用自動化專業知識，掌握自動控制領域的規范，具備團隊協作、跨文化環境交流、競爭與合作的能力，并具備較強的創新意識和進行產品開發設計、技術改造與創新的能力。同時通過相關企業的實踐，掌握基本的自動控制領域知識，具備解決自動控制中實際工程問題的能力。

2.教學環節。根據CDIO工程教育理念，我們制定的自動化專業卓越工程師企業培養教學環節包括：（1）認知實習：學生到企業現場感受企業的運營、應用、維護和管理的流程，感受企業的工程設計、開發、測試、工程實施的流程。（2）基本能力實踐：電工電子技術綜合實踐，使學生具備電路理論、模擬和數字電子技術的系統知識，熟練使用常用電子電氣實驗儀器；熟練掌握常用電子電氣電路原理和分析方法、具有設計、調試一般電子電氣電路的能力。（3）行業工程標準和規范：學生到企業現場，由企業導師指導，學習自動化專業領域的設計標準、生產標準、使用規范和管理規定。（4）專業應用能力實訓：學生以小組形式進入企業，學習企業的職業道德和安全規范、管理模式和行業特點；學習自動控制系統和設備的應用、維護和管理技能。（5）專業開發能力實訓：學生以小組形式進入企業，由企業工程師帶領學生項目小組對整個實踐過程進行崗前訓練；參與自動控制系統設備的設計、生產、研制和測試過程。（6）工程設計能力實訓：由企業導師指導學生小組，結合具體工程，按照自動化系統設計要求完成具體的設計。（7）通過聯合培養使學生了解企業的全部生產運營流程，了解行業的基本規范和發展需求，學習企業的先進技術、專業技能和企業文化。（8）由企業和學校制定詳細的畢業設計計劃，企業根據具體工程任務提供畢業設計課題。這一階段由企業和學校對其進行考核。

四、結束語

CDIO工程教育理念和卓越工程師教育培養計劃都是要創新高校與行業企業聯合培養人才的機制，改革工程教育人才培養模式，提升學生的工程實踐能力、創新能力和國際競爭力，構建布局合理、結構優化、類型多樣、主動適應經濟社會發展需要的培養模式。基于CDIO的自動化卓越人才培養模式就是要將CDIO的“做中學”理念和卓越計劃思想緊密結合起來，培養適應地方經濟建設需要的高質量工程技術人才。

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基金項目：安徽工程大學教學研究項目（2012xjy31），本科教學質量提升計劃項目（2013jcjxzz03）。

作者簡介：陸華才（1975-），男，安徽滁州人，博士，副教授，研究方向：電機控制。endprint