面向解決復雜工程問題的自動化專業實踐能力培養體系研究

尹航

摘要：實踐能力的培養不僅要從現代企業對人才的需求標準方面來考慮，還需要結合自動化專業的特點以及學校對人才的教育目標等因素。筆者以CDIO-OODA的教學模式為基礎開展實踐類教學，建立了自動化專業的實踐能力培養體系以提高學生實踐能力。

關鍵詞：復雜工程? 自動化專業? 實踐能力

中圖分類號：G718.5

為加強對學生解決實際問題能力的培養，筆者通過分析OBE、CDIO以及工程教育認證等模式，建立了培養自動化專業學生實踐能力的體系?？蚣苋鐖D1所示。

一、對復雜工程問題及實踐能力的界定

（一）復雜工程問題

（1）問題是實際存在的且和自動化專業相關的。（2）用常規方法無法解決，具有不確定性，隨時可能變化且發展沒有規律遵循，可能被已知因素或者未知因素影響。（3）需要用豐富的專業知識進行深入的分析才有可能解決。（4）解決問題的工作開展面臨很多約束，對技術的要求較高，需要符合多種指標且各指標間可能相互矛盾。（5）解決問題需要同時掌握多門課程的知識，使用單一的課程知識無法解決。

（二）需要的能力

針對復雜工程問題的內容，并結合目前解決這些問題的現狀可以了解，需要培養學生多方面的能力才有可能解決這些問題，主要包括：（1）學生要有敏銳的思路，有發現問題、正確提出問題的能力。（2）有較強的邏輯思維，能夠通過調查以及研究相關資料獨立的分析問題。（3）有豐富的知識體系，掌握多種理論與專業技能，能夠對工程進行設計。（4）掌握多種工具的使用方法，有多種技術實踐能力。（5）有良好的溝通能力，可以熟練的使用交流工具，有團隊協作意識。（6）在實踐中可以綜合環境、社會發展等因素進行創新。

二、反向設計

（一）實踐類課程內容的反向設計

當了解了復雜工程問題包含的內容，就可以根據解決這些問題需要的知識體系設計教學內容，課程從簡單逐漸變的復雜，使學生能夠循序漸進的掌握知識。比如學習嵌入式系統時，可以先讓學生了解關于這個系統的基本知識，然后布置一項規模較大的作業，并根據學生對知識的掌握情況設定最低完成目標;然后在實驗課程中指導學生完成大部分的作業 ^[1]。按照嵌入式系統的教學計劃，實驗類課程的學時在總學時中的比例應該約為25%，其中驗證試驗的學時在實驗類課程的總學時中占比為20%，設計試驗占比為60%，創新試驗占比為20%，并且根據每年的技術改進，實驗課程的內容也要進行優化。

（二）實驗類課程的配套教材

實驗類課程的配套書面教材和操作工具等需要根據教師以及實驗人員的設計，結合專家的建議以及生產廠家的意見選擇，要考慮到設備是否實用、是否先進等，綜合多種因素將意見完善后再由廠家生產^[2]。以北京科技大學為例，其自動化專業的配套實驗設備有一百余套，其技術成果獲得多個獎項。

三、CDIO-OODA模式的正向實施

（一）CDIO-OODA模式

從宏觀角度看，CDIO模式中C表示構思，即教師提出一個工程問題，鼓勵學生自己查找相關資料，并通過小組形式進行討論和構思，設計項目方案，教師在此過程中給予指導和建議;D 表示設計，學生根據項目設計需要的硬件、軟件、計算方法等內容，并將方案制作成報告，教師對報告內容進行評價和指導;I 表示實施，指學生給通過實驗來檢測項目方案的可行性，教師對此進行指導;O表示運行，學生根據實驗結果完善方案內容，教師設置干擾因素對方案進行檢測。從微觀角度看，OODA的四個步驟是對CDIO的分解，O表示觀察，與CDIO中代表構思的C程序對應，通過觀察現場及相關文獻了解項目有關內容，制定需求分析;第二個O表示確定，對分析報告進行研究并完善，調整相關內容;D表示決策，確定方案內容;A表示執行，是將方案進行最后的優化并形成報告。因此，CDIO的四個程序和OODA的四個步驟是相互對應的，將整體項目方案的制定形成了一個完整的周期，以此解決復雜的工程問題。

（二）豐富實踐教學的方法

實踐教學過程中，學?？梢酝ㄟ^多樣化的方式來開展教學工作，比如將較難的內容安排到課外時間來研究，將實驗室對學生定時開放以滿足學生的需求;或者將理論與實驗相結合進行教學，培養學生手腦并用的能力等。通過各種可行的方法來加強實驗教學的效果，為學生提供實踐機會，還可以增加多媒體信息支持，比如微信公眾號等為學生提供廣泛的知識內容供其學習。

四、結束語

CDIO-OODA 為基礎的實踐能力培養體系吸取了多種優秀的教育理念，從企業對人才的需求以及學校的教學目標出發，結合自動化專業的特點，通過多樣化的實驗教學手段有效提升學生解決復雜工程問題的能力，更培養了學生的創新意識。

參考文獻：

[1]謝勝利， 李衛軍， 蔡述庭，等. 以復雜工程問題解決能力培養為導向的課程體系改革——以廣東工業大學自動化專業為例[J]. 高教學刊， 2017（22）：4-9.

[2]李艷， 王海梅， 吳益飛，等. 面向復雜工程問題解決能力的多元化實踐教學體系構建[J]. 文教資料， 2017（1）：186-188.