基于CDIO的自動控制儀表課實驗教學

李珍

實驗教學是測控技術與儀器專業人才培養重要組成部分，是提高學生就業競爭力的重要手段。實驗教學對提高學生的工程應用能力、獨立性、合作精神和創新精神具有積極的效果。

目前，我國高等院校培養的測控方面的高技能人才畢業后不具備馬上就任工作崗位的職業技能水平和職業行為能力，這主要是與當前高等院校課程體系和教學組織方式有關。將CDIO工程教育模式引入測控人才培養過程，使學生在課程學習過程中參與設計、實施、檢查和評價的行動教學與CDIO培養學生的通識能力相結合起來，從而為學生后續自我技能發展打下良好的基礎。我們在自動控制儀表課的實驗教學中，遵循CDIO以工程項目設計為導向、綜合工程能力培養為目標的教育模式，優化實驗結構及實驗環節、強化協作能力、革新考核評價機制。實踐結果表明，上述改革措施使學生的綜合能力得到提高，取得了良好的教學效果。

CDIO工程教育模式是由美國與瑞典等四所工學院從2000年起開始探索，經過4 年的研究創立起來的。CDIO是構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）四個英文單詞的縮寫，它是“做中學”和“基于項目教育和學習”（Project based educati on and learning）的集中概括和抽象表達。它以工程項目為載體讓學生主動參與實踐，在實踐過程中培養學生的崗位職業技能和職業行為，從而有效地實現人才培養目標。

一 教學中存在的問題

自動控制儀表是我校測控技術與儀器專業的一門專業方向選修課，是一門和生產實際聯系非常緊密的一門課，需要通過實驗教學環節驗證課程開設效果。目前，高等院校的實驗教學多數是對課程規定的單個實驗檢測方法操作的訓練。這雖然對學生從事測控崗位職業技能的培養起到一定作用，但對學生的綜合運用能力和創新能力沒起到應有的作用。具體表現如下：

第一， 實驗內容偏重驗證性實驗，缺少設計性實驗。目前，大多數實驗項目以驗證核心理論知識為主，學生只需按部就班接線，觀察記錄實驗現象。這種實驗教學模式很難真正培養學生的動手能力和創新能力。

第二，教學方式和考核方式單一。傳統的教學方式是教師講解實驗原理及實驗要點，學生在老師的指導下完成實驗。教師根據提交的實驗報告考核實驗情況，忽略了實驗的具體過程。

第三，實驗環節薄弱。實驗環節只作為理論課程的輔助部分，沒有形成完善的實驗教學體系。實驗后，學生僅加深了對相關知識的理解，缺乏對知識的深入掌握及應用，尤其是缺乏啟發其在工程系統設計中的應用。有些學生因此覺得課程枯燥乏味，失去學習的興趣和動力。

第四，缺乏團隊合作意識的培養。驗證性實驗項目內容簡單，強調學生獨立完成，這樣不利于團隊合作意識的培養，不適應現代企業對工程人才的要求。

二 教學改革思路

第一，調研周邊企業測控方向的實際需求，結合教學大綱，合理設置實驗項目，使實驗項目能夠盡可能地貼近企業生產實際。

第二，遵循CDIO以工程項目設計為導向、工程能力培養為目標的教育模式，優化實驗結構，增加設計性、綜合性、創新性實驗項目內容。實驗的設置要體系化，充分體現企業生產過程的各個環節，通過實驗使學生初步掌握整個生產流程中的關鍵問題。

第三，項目以團隊合作形式完成，增設項目討論、項目報告等教學環節。培養學生合作意識、項目管理能力、組織能力、語言表達能力等個人能力及團隊能力。貫徹以學生為主體的思想，每個實驗過程充分發揮學生的主觀能動性，通過實驗調動學生對專業的興趣和主動解決問題的積極性。

第四，通過對實驗效果的分析，發現教學工作中存在的問題，提出相應的改進意見。

三 教學改革的實施

我校的機電檢測教學實驗中心為學生提供了良好的實驗環境和條件，提供了必備的實驗設備，如傳感器綜合實驗臺、速凍自動制冷系統、雙蹤示波器、信號發生器、直流電源、萬用表以及常用的工具以便學生及時申請儀器使用，完成設計任務，確保了教學改革的順利完成。

自動控制儀表實驗課程中開設的設計項目屬于CDIO教育模式中的三級項目。學生作為完成項目設計的主體，進行項目管理、構思、設計、實現， 指導教師進行項目指導，雙方形成積極的互動。

學生以團隊合作形式選擇不同項目，明確項目的設計需求，對項目進行分析，建立目標指標，對各種不同解決方案進行討論交流以及可行性分析，選擇最優設計方案。除規定的基本要求外，學生可提出自己的觀點，增加項目的新功能。培養學生的團隊合作能力、工程系統能力及自主創新能力。

設計階段是進行系統級設計及系統的詳細設計。系統級設計主要是指各個功能模塊的描述以及模塊之間重要的交互關系的說明。系統的詳細設計包括傳感器的選擇、電氣原理圖設計、系統的性能分析優化。培養了學生自控系統設計、分析等工程基礎知識及項目設計能力。

實現階段要求學生對構建的實際控制回路進行調試和測試。學生應掌握相關設備的使用和操作，利用示波器等設備進行功能和性能測試，調整系統的PID參數、上下偏差值、最大輸出值等，直到滿足項目設計要求的指標。

調試成功后，進行系統演示及項目驗收。各項目成員演示并介紹項目設計情況，展現設計成果，讓學生之間進行互相學習、互相吸取經驗、互相評價。采取自評和互評的方式進行項目評價，打破了以往只由老師進行評價的方式。豐富了教學方式，培養了學生的語言表達能力。

項目驗收后，要求撰寫項目設計技術報告，培養編寫技術文檔的能力。報告的內容包括項目目標、設計方案、系統回路及工作原理、結果分析、設計創新點、設計過程中存在的主要問題及解決方法等。從而培養了學生的寫作能力。

通過實驗項目的構思、設計、實現和運作，使學生深入掌握相關工程基礎知識的同時， 培養了學生的個人能力、團隊能力和工程系統能力，達到CDIO模式的培養目標要求。

四 教學改革的效果

基于CDIO以工程項目設計為導向的工程教育理念，調整和優化了實驗結構和實驗內容，教學方法和教學思路上也進行了優化和創新，豐富了實驗教學形式。從實驗內容、實驗要求、教學形式、考核方式及能力培養等方面都做了很大的改進，在注重學科基礎知識的情況下，更加注重學生的團隊合作能力、工程能力、創新能力的培養，符合CDIO工程教育理念的要求，也符合現代企業對人才培養的要求。具體改革措施在測控技術與儀器專業中實施，學生表現出高度的積極性，順利完成了項目設計及實施，相應能力得到提高，取得良好的教學效果。

總之，本文分析了目前高校實驗環節普遍存在的現象，探討了基于CDIO理念的自動控制儀表課實驗教學新模式，從課程結構、實驗內容、教學形式、考核方式、能力培養等方面進行改革。實踐結果表明，在自動控制儀表實驗課程中采用以項目設計為導向的CDIO教學模式，較好地培養CDIO所要求的四大能力，即學生作為工程師必備的工程基礎知識，協調溝通能力、創新思維、語言表達、文字寫作等個人能力，項目組織、設計、開發和實施的工程系統能力，良好的團隊合作能力，取得了良好的教學效果，對同類課程教學的改進具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]鄧子新，夏有為.實驗室重在培養創新型的人才[J].實驗室研究與探索，2007，26（3）：1-3.

[2]凌芳，呂恬生，范成杰，等.以 CDIO 模式推進工程實踐教學改革[J].實驗室研究與探索，2010，29（10）：141- 142.

[3]吳勤勤.控制儀表與裝置（第3版）[M].北京：化學工業出版社，2007.