基于CDIO工程教育模式的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

徐銀梅+王尚君+王國(guó)霞

摘要：本文簡(jiǎn)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(jìn)行教學(xué)改革的必要性以及傳統(tǒng)教育模式下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改進(jìn)及教師CDIO能力的提高等方面進(jìn)行了改革，形成了新的教學(xué)模式，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：CDIO;實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革;工程實(shí)踐能力;自主學(xué)以能力;團(tuán)隊(duì)寫(xiě)作能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）20-0243-02

CDIO模式是2000年由美國(guó)麻省理工學(xué)院以美國(guó)工程院院士Ed.Crawley教授為首的團(tuán)隊(duì)和瑞典皇家工學(xué)院等3所大學(xué)發(fā)起，經(jīng)過(guò)4年的跨國(guó)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(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），該教育模式以構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)的全生命周期為教育背景，通過(guò)有機(jī)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(dòng)地學(xué)習(xí)，從實(shí)踐過(guò)程中通過(guò)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)來(lái)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(guó)內(nèi)，目前全國(guó)已有39所高校被批準(zhǔn)成為CDIO試點(diǎn)高校。北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院于2013年被批準(zhǔn)成為教育部第二批CDIO電氣類(lèi)試點(diǎn)高校，基于此自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)全面展開(kāi)了CDIO模式的教學(xué)探索與實(shí)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(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。針對(duì)CDIO工程教育模式的要求，我們對(duì)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法及手段進(jìn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更緊密結(jié)合工程實(shí)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(jìng)爭(zhēng)力。

一、改革完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足CDIO工程教育模式的要求

通過(guò)近幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)，實(shí)驗(yàn)中心建立了“以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為本、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為主、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為優(yōu)”的“三層式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

第一層次以基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，主要在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程中開(kāi)設(shè)，確保學(xué)生掌握本專(zhuān)業(yè)的基本實(shí)驗(yàn)技能，提高其實(shí)踐動(dòng)手能力，如各專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。

第二層次以綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主，該類(lèi)實(shí)驗(yàn)融合多門(mén)專(zhuān)業(yè)課程或一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，重在培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)與綜合實(shí)踐技能，如自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我們自主研制的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，以實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)為原型，涵蓋完整的自動(dòng)化工廠實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，包括過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制和制造自動(dòng)化等多個(gè)行業(yè)子系統(tǒng)。進(jìn)一步強(qiáng)化了教學(xué)體系當(dāng)中的工程實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的工程特色。

第三層次以創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為主，主要在專(zhuān)業(yè)課程中設(shè)置，啟迪學(xué)生的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力，此外還通過(guò)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目和科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室鍛煉學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。學(xué)院近幾年先后建成了三個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室面向全院學(xué)生全天候開(kāi)放，結(jié)合學(xué)科專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，購(gòu)置必要的研究設(shè)備和相關(guān)圖書(shū)，為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（SRTP）項(xiàng)目活動(dòng)及各類(lèi)學(xué)科競(jìng)賽提供了一些基本的硬件條件及場(chǎng)地。通過(guò)完成創(chuàng)新項(xiàng)目的過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，提高了其實(shí)踐動(dòng)手能力，培育了其團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)室、專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室到實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室的一體化實(shí)踐教學(xué)鏈，進(jìn)一步強(qiáng)化了教學(xué)體系當(dāng)中的創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，以滿(mǎn)足CDIO工程教育模式的要求。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該是學(xué)生親歷驗(yàn)證新理論、充實(shí)新知識(shí)、嘗試新方法、掌握新技術(shù)的過(guò)程，是學(xué)生專(zhuān)業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的重要途徑。所以，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要滿(mǎn)足CDIO工程教育模式要求，要改變過(guò)去重知識(shí)灌輸、輕能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)方法，要積極引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)學(xué)習(xí)，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

在過(guò)去的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在一些問(wèn)題，如實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容偏重于理論驗(yàn)證，與工程實(shí)際脫節(jié);實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有充分重視學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng);實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、手段單一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有待提高。針對(duì)這些問(wèn)題，我們從以下三方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與改革。

1.調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的CDIO工程能力。針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程實(shí)際相脫節(jié)的問(wèn)題，除了增加自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工程實(shí)訓(xùn)內(nèi)容外，還在專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中增加介紹實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)容，如電機(jī)及運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中增加了介紹數(shù)控機(jī)床電機(jī)控制系統(tǒng)的內(nèi)容，教師對(duì)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(shí)際的控制板、電機(jī)，能自己動(dòng)手操作，了解系統(tǒng)的軟硬件的構(gòu)成，并就相關(guān)問(wèn)題與教師直接交流。這一實(shí)驗(yàn)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?cè)诰W(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)資源庫(kù)中還給學(xué)生提供了一些典型的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的案例，如變頻空調(diào)控制系統(tǒng)、軋鋼過(guò)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(shí)現(xiàn)。學(xué)生在課下通過(guò)學(xué)習(xí)了解實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中電機(jī)是如何控制的、控制系統(tǒng)是什么樣子的，彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工程實(shí)際相脫節(jié)的問(wèn)題，也開(kāi)闊了學(xué)生的眼界。

2.實(shí)驗(yàn)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(shí)灌輸、輕能力培養(yǎng)，學(xué)生難以積極主動(dòng)地參與教學(xué)活動(dòng)，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(mǎn)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(jìn)行教學(xué)改革實(shí)踐，將主動(dòng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中。

任務(wù)設(shè)定教學(xué)法是在學(xué)生實(shí)驗(yàn)前根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況設(shè)定問(wèn)題[7]，在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生通過(guò)所學(xué)知識(shí)自己尋找解決方案，教師對(duì)學(xué)生的方案進(jìn)行審核把關(guān)，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全性。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生驗(yàn)證解決方案的正確性，并要對(duì)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行分析。這種方式改變了過(guò)去按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)按部就班的情況，學(xué)生變?yōu)閷?shí)驗(yàn)的主導(dǎo)者，著重在學(xué)生分析和解決問(wèn)題能力以及工程設(shè)計(jì)思想和知識(shí)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(tuán)隊(duì)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(gè)層面能力之一，是學(xué)生未來(lái)走向社會(huì)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(tuán)隊(duì)合作精神與能力。實(shí)訓(xùn)平臺(tái)借鑒了企業(yè)員工的培訓(xùn)方式，以項(xiàng)目組的形式開(kāi)展項(xiàng)目研究，項(xiàng)目組包括負(fù)責(zé)人和組員，按照各自身份參與項(xiàng)目實(shí)施，輪換項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和組員身份，保證每個(gè)學(xué)生都參與過(guò)負(fù)責(zé)人的角色，注重學(xué)生個(gè)人能力和團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)合作能力，也使得實(shí)驗(yàn)考核更加規(guī)范客觀[8]。

三、加強(qiáng)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(shí)際工程應(yīng)用背景，教師本身工程基礎(chǔ)知識(shí)和能力的欠缺也會(huì)造成理論與工程實(shí)際的脫節(jié)，直接影響實(shí)踐教學(xué)的效果。所以，用CDIO的教學(xué)模式展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)，要求教師必須有較強(qiáng)的工程知識(shí)和能力[9]。針對(duì)教師理論與實(shí)踐脫節(jié)的問(wèn)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(jìn)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(shí)習(xí)，去生產(chǎn)一線(xiàn)進(jìn)行工程實(shí)踐;同時(shí)，通過(guò)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師的指導(dǎo)及通過(guò)其他途徑進(jìn)修，以勝任CDIO人才培養(yǎng)模式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平。

四、結(jié)語(yǔ)

基于CDIO模式的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐，解決了原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與工程實(shí)際脫節(jié)、沒(méi)有充分重視學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、手段單一的問(wèn)題，注重了CDIO工程教育模式所要求的工程基礎(chǔ)知識(shí)、自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面的能力培養(yǎng)，為培養(yǎng)高素質(zhì)的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)工程應(yīng)用型人才打下了良好的基礎(chǔ)[10]。

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