基于CDIO 的大學生創新思維訓練研究*
——以隴東學院過程控制工程課程為例

鄭耐琴

隴東學院 甘肅慶陽 745000

0 引言

2020年國務院辦公廳印發的《關于提升大眾創業萬眾創新示范基地帶動作用進一步促改革穩就業強動能的實施意見》中提到要“提升高校學生創新創業能力，夯實國家創新能力基礎”[1]。教育部副部長吳巖（時任教育部高教司司長）在北大新工科論壇2021 開幕式上指出：新工科是中國高等工程教育對世界高等工程教育給出的中國答應，創新教育要貫穿于新工科人才培養的全過程，學生創新創業能力的培養必須滲透在專業教育中，教師的教學思想、方法、情感中應增加創新觀念。培養的大學生不能只是一個“知識的存儲器”和“移動的工具箱”，培養的社會主義事業建設者和接班人是“價值理性視野下人格健全、品行端正的‘自由人’”[2]。

過程控制工程課程主要通過對工業四大熱工對象的建模分析，采用自動化儀器儀表，運用學過的所有控制理論與方法，對工業過程中的系統進行分析和設計。學生通過本課程的學習，努力成為行家里手，養成工匠精神。地方高校隴東學院的過程控制課程存在以下需改進的地方。

1）過程控制工程是一門理論與工程實踐相結合，設計性很強的課程，也是牽涉學科內容最多、最難學、最難教的專業課程之一，在平時教學中缺乏針對性，學生主體地位凸顯不強。

2）新工科背景下，學生工程實踐能力和設計創新能力差。隴東學院在迎合新經濟發展趨勢、反映隴東地方經濟與產業發展的前沿地帶和核心需求上需要協調好創新的發展觀、人才觀、課程觀和行動觀，培養立足地方創新創業的人才。

3）學生對此課程的思政教育不感興趣。在不改變專業課程本來屬性的基礎上引入思政元素，確保與專業元素相互融合；強化課程設計，教師要探索更多的教學手段與方法，強化思想和價值引領，合理地進行課程設計，真正喚醒學生的認同感。

設計、開發一套基于CDIO 的雙閉環教學方案，如圖1 所示。將CDIO 的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運行（Operate）融入教學目標、教學內容、教學方法及評價模式等環節，讓學生獨立思考，以提高學生的創造能力。凝練課程思政內涵，提升學生的時代責任感和愛國熱情。

圖1 雙閉環教學模式

1 外環教學：基于CDIO 的工程實踐教學體系設計

CDIO 的一體化課程計劃（標準3）和一體化學習經驗（標準8）強調“一體化”思想[3]。在教學中采用項目式教學方法，結合過程控制課程特點，融入CDIO 理念，以一個項目為基礎，讓學生模擬企業硬件工程師的角色，按照項目構思、系統方案設計、系統實現、系統優化改進、作品成型的步驟培養學生的工程實踐和創新能力。

首先，在課程引入時要讓學生了解過程控制工程的學習任務和學習方法，即為什么設計過程控制系統，如何設計過程控制系統，激發學生學習興趣。

其次，項目的實施依托教師科研或者各項學科競賽設計項目任務，依據圖2 所示的教學規劃，控制CDIO 生命周期規則，完成項目設計。在實施過程中，教師通過任務書的形式將項目任務提前布置給學生，讓學生根據項目任務分解的知識鏈接自由組隊，利用工程思維，不斷發現問題、思考問題，尋找幫助，相互協作，共同完成設計任務。

圖2 教學規劃

最后，每完成一次系統的方案設計，系統仿真和優化之后，提交項目設計報告書，通過項目匯報、答辯、學生自評和教師評價綜合評定學生的項目成績。該方案只是一個初步的思路，在具體的教學活動中，需根據教學過程中出現的問題不斷完善。

同時以學生為中心，教學、科研及學生工作三位一體的形式積極構建創新創業教育體系。圍繞“互聯網+”復合型人才培養主旋律，將學生工程能力培養和服務社會思政教育相融合，經過多年的探索與改革，初步構建創新創業實踐新體系，如圖3 所示。

圖3 大學生創新訓練體系

2 內環教學：課程思政設計

在單純的外環教學上未彰顯課程思政的隱性教育，在“立德樹人”根本任務的基礎上，缺少閉環反饋，沒有做到新工科與課程思政同向同行。所以在過程控制課程講授的同時需要再增加一個內閉環，在“啟大智”同時兼顧內部思政知識反饋環節，圍繞新技術、新產品、新業態和新模式，讓“引大道”教育學生成為一個自控意義下的內部環節。在內部環節作用下，專業課教師可以轉向專業知識的講授，通過學生對專業知識掌握情形的積極反饋，感知學生的專業知識掌握情形，積極調節專業知識點的講授深度與速度，實現良好的教學效果。通過課程思政項目，挖掘過程控制工程專業課程中思政教育資源，課程思政主題如表1 所示。

表1 過程控制工程的課程思政主題

教師、教材和教法直接影響新工科課程思政的實施效果，實施課程思政對工科專業教師來說既是機會，也是挑戰。專業課教師要轉變教師角色，激活課程思政項目，在提高教學質量的同時提升思想政治素養。

3 創新評價考核體系

為充分激發學生實踐創新能力，結合隴東學院軟硬件資源，建立自動化專業“教—賽—研”體系。學科競賽是連接教學和科研的紐帶，通過“教—賽—研”，教師不僅可以協調好科研和教學的矛盾，還可以激發和培養學生的創新力。“教—賽—研”中競賽的主體是學生，學生從“要我學”轉變成“我要學習”；主導是教師，教師可以隨時關注學生，師生互動加強，實現全過程育人。為保障“教—賽—研”教學模式的開展，做出以下改進。

3.1 改革現行的課程考核體系

為凸顯應用能力的考核，需要對現有的單一考核模式進行改進，突出考核的實用性和實踐性。考核內容重知識更重能力，例如：在考查自動化專業學生理論知識的同時重點培養其理解能力、系統設計能力、軟件應用能力、創新設計能力以及溝通表達能力、團隊精神等綜合能力與素質，所以課程的考核相比于之前考試的大量客觀題，調研報告、技能訓練、實驗測試及過程考核比重增加。

3.2 建立學科競賽機制

學科競賽是培養大學生創新實踐能力的動力，建立學生參加學科、行業競賽活動的新機制，學院加強師資支持、經費支持和心理支持，極大提高師生參加各類競賽的積極性和主動性。另外，設置競賽專門學分，如表2 所示。

表2 自動化專業學生競賽學分

應用型地方高校要服務當地城鄉經濟的發展，通過調研地方企業，了解用人需求，開展就業創業實踐，整合校企資源，以培養滿足產品市場需求的學生為目標，產學研用緊密融合，在過程控制課程設計、畢業設計過程中貫穿市場人才技能需求，畢業設計內容要針對行業、產業急需解決的問題，采用“真題真做”模式，構建良性互動畢業設計與產業需求的閉環系統。同時與慶陽石化、甘肅電器科學研究院建立校企合作關系并簽訂戰略合作協議，為學生提供優質的一線專業知識和現代化的實訓課堂，為地方社會經濟發展培養出更多更好的應用型人才。安排學生赴國家電網許繼集團、崇信電廠、西峰330 變電所等企業開展專業實習活動，有助于學生將所學專業理論知識與生產實踐相結合，為學生就業奠定堅實基礎。

隴東學院近幾年取得《基于示教再現與主動跟隨家庭助手機器人設計與實現》等國家級創新創業項目4 項，省級創新創業項目《基于自動化專業的職業信息與行業需求的數據挖掘與動態數據庫建設》等8 項，指導學生完成校級創新創業項目若干項，先后完成四旋翼飛行器、六自由度雙機械臂辦公機器人、330 kV 變電站室內巡檢機器人、800 kW燃燒機、室內自主巡檢消防機器人、花椒收采烘干整套設備、三軸建筑機器人等原型機研制。

4 結束語

新的社會環境和經濟形式要求高校培養創新能力的應用型人才，地方高校在新工科背景下面臨轉型發展。CDIO 教育模式倡導以工程為背景，以項目為載體，以培養學生的工程實踐能力、創新能力等為目標，符合當下社會發展需求。將CDIO 基本理論與隴東學院過程控制工程課程特點相結合，充分調動學生的積極性，培養學生的團隊合作精神，提高學生的工程實踐能力。2019—2020年，學院16項創新創業作品參加國家級省級創新創業競賽，其中1 項獲國家級創新創業項目，9 項“大學生創新創業訓練計劃”項目獲準省教育廳立項；參加全國大學生電子設計競賽，獲得省級一等獎1 項，二等獎4 項；參加首屆“甘青寧”高校創新創業大賽，獲二等獎1 項、三等獎2 項；組織培訓150 多人次參與到學科競賽中，獲省級獎勵15 項。