CDIO自動控制理論課程的探討

劉鎮(zhèn)章，陳從桂，李東煒

(廣州大學(xué) 機(jī)電工程系，廣東 廣州 510006)

CDIO自動控制理論課程的探討

劉鎮(zhèn)章，陳從桂，李東煒

(廣州大學(xué) 機(jī)電工程系，廣東 廣州 510006)

傳統(tǒng)工程教育偏重理論研究，培養(yǎng)模式陳舊，教育活動局限于課堂授課，學(xué)生成為教學(xué)活動的配角，在經(jīng)過長達(dá)四年的工程培養(yǎng)后，成為解決習(xí)題的高手而不是解決實際工程問題的能手。鑒于工程教育改革的迫切性，CDIO培養(yǎng)模式由于其強(qiáng)調(diào)工程實踐的重要性而日益受高教界重視。以廣州大學(xué)自動控制課程為討論對象，介紹CDIO自控課程的相關(guān)改革，探討CDIO理念在課程改革中的實施。

CDIO;自動控制;課程改革

一 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。2001年麻省理工學(xué)院、瑞典皇家技術(shù)學(xué)院、瑞典查爾姆斯技術(shù)學(xué)院、瑞典林克平大學(xué)組成的跨國研究，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了CDIO國際合作組織。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn) (Implement)和運作(Operate)，它以工程項目為載體，讓學(xué)生以主動鉆研的方式學(xué)習(xí)工程知識，掌握解決實際工程問題的方法。CDIO工程教育模式具備大工程理念、注重綜合素質(zhì)的培養(yǎng)、密切聯(lián)系產(chǎn)業(yè)、系統(tǒng)的工程教育改革［1］等特點，強(qiáng)調(diào)綜合的創(chuàng)新能力，與社會大環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展;同時更關(guān)注工程實踐，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。CDIO工程教育模式中國化的實踐將成為培養(yǎng)創(chuàng)新型工程人才的有效途徑［2］。

二 傳統(tǒng)工程教育存在的問題

McKinsey Global Institute 2005年10月發(fā)表的一份報告稱，我國2005年畢業(yè)的約60萬工程技術(shù)人才中適合在國際性公司工作的只有不到10%。而這其中的原因，其分析為“中國教育系統(tǒng)偏于理論，中國學(xué)生幾乎沒有受到項目和團(tuán)隊工作的實際訓(xùn)練，相比之下歐洲和北美學(xué)生以團(tuán)隊方式解決實際問題。”［3］導(dǎo)致該種現(xiàn)象的根本原因，可以認(rèn)為是我國的工程教育體系嚴(yán)重滯后于快速發(fā)展的國際形勢。

我國傳統(tǒng)工程教育主要存在的問題可歸結(jié)為:

1.培養(yǎng)模式陳舊，工程教育局限于課堂授課，學(xué)生被動接受知識，課后完成作業(yè)，期末參加考試，而學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計也僅僅通過空洞的論文來應(yīng)付了事，大學(xué)工程教育成為初、高中應(yīng)試教育的升級版。

2.以教師為中心，以教材為中心，以課堂授課為中心，忽視學(xué)生的實際情況和實際需要;教師在教學(xué)中滔滔不絕地傳授知識，學(xué)生被動地接受知識，在課堂教學(xué)中學(xué)生參與的機(jī)會少，學(xué)生成為教學(xué)活動的配角。

3.授課內(nèi)容偏重理論研究，采用的教材內(nèi)容與現(xiàn)時工業(yè)情況差距較大，偏離實際工程應(yīng)用，學(xué)生經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)仍然不能解決工程問題，學(xué)生成為解決習(xí)題的高手，而不是解決實際工程問題的能手。

以自動控制理論課程為例，該門課程可說是實踐性很強(qiáng)的核心課程，無論是對機(jī)械專業(yè)，或者是電子電氣專業(yè)的學(xué)生來說，在學(xué)習(xí)完該門課程后，應(yīng)該具備基本的解決工程控制問題的能力，然而事實卻與我們的期望大相徑庭。根據(jù)調(diào)研，學(xué)生接受傳統(tǒng)的自控課程學(xué)習(xí)后，仍然有相當(dāng)部分不理解傳遞函數(shù)是如何獲得的、不能根據(jù)瞬態(tài)響應(yīng)曲線來調(diào)制控制器、甚至沒碰過工程控制系統(tǒng)，更不用說自己開發(fā)機(jī)電控制系統(tǒng)了。

傳統(tǒng)的工程教育模式必須改革以適應(yīng)快速發(fā)展的國際形勢，培養(yǎng)具備解決實際工程問題的優(yōu)秀工程師。廣州大學(xué)近年來運用CDIO工程教育理念，在各專業(yè)課程上進(jìn)行了大膽的改革與創(chuàng)新，現(xiàn)以自控課程為例，介紹廣州大學(xué)在CDIO自控課程的相關(guān)改革，探討CDIO理念在課程改革中的實現(xiàn)。

三 CDIO自動控制課程改革的探討

自控課程的特點是實踐性強(qiáng)，為了激發(fā)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力，同時也為了提高課堂的教學(xué)質(zhì)量，對傳統(tǒng)自控課程的設(shè)置內(nèi)容及實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行多方面的改革。詳細(xì)課程設(shè)置可見圖1課程設(shè)置框圖:

圖1 CDIO自控課程設(shè)置框圖

主要思路分述如下:

1.前置課程

設(shè)置前置課程，在前置課程中引入自動控制的概念，目的是讓學(xué)生對自控原理有感性認(rèn)識。前置課程的設(shè)置充分考慮學(xué)生掌握知識的客觀規(guī)律，從感性認(rèn)識開始，逐漸升華為理性認(rèn)識，避免過早、過多地引入晦澀的理論概念，打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生始終在興趣的引導(dǎo)下進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.信息手段的應(yīng)用

運用CDIO理念，跟上信息時代發(fā)展的步伐，減少學(xué)生手工計算量，大量采用計算機(jī)手段解決工程控制問題，如要求學(xué)生運用MATLAB SIMULINK或者 Control Toolbox等工具解決控制問題。值得注意的是，學(xué)生有選擇不同軟件來解決問題的自由，如學(xué)生可以選擇LABVIEW，只要學(xué)生有興趣使用的軟件，都鼓勵學(xué)生大膽采用。

3.工程項目的設(shè)置

自控課程實踐性強(qiáng)，學(xué)生應(yīng)通過工程項目鍛煉自控理論的運用，在課程改革中，把工程項目分為“軟項目”與“硬項目”。所謂的“軟項目”就是學(xué)生通過計算機(jī)軟件的應(yīng)用，對工程問題進(jìn)行模擬仿真分析。而“硬項目”則要求學(xué)生運用自控理論對機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行控制分析，如:控制倒立擺系統(tǒng)，控制工業(yè)機(jī)器人等。

4.基于團(tuán)隊的學(xué)習(xí)模式

傳統(tǒng)的教學(xué)模式往往要求學(xué)生獨立完成問題，而在企業(yè)中更加強(qiáng)調(diào)的是緊密的團(tuán)隊合作。因此，教學(xué)中要求學(xué)生自由選擇同學(xué)組成攻關(guān)團(tuán)隊，合作完成各種軟項目與硬項目，培養(yǎng)學(xué)生的合作能力、溝通能力、協(xié)調(diào)能力、項目管理能力與團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)能力。

5.后續(xù)課程

CDIO工程培養(yǎng)模式的核心是培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)、工程能力，而這種素養(yǎng)、能力不是一朝一夕就能形成的。自控課程作為實踐性較強(qiáng)的課程應(yīng)該起承上啟下，以點帶面的作用，因此我們除了設(shè)置前置課程外，還設(shè)置后續(xù)課程以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生運用自控理論解決工程問題的能力，并且設(shè)置的后續(xù)課程力求貼近工業(yè)應(yīng)用。

四 結(jié)語

以廣州大學(xué)自動控制課程為對象，介紹自控課程的相關(guān)改革，討論了CDIO理念在自控課程改革中的實施，給出了CDIO自控課程的設(shè)計與實施方案。

［1］王 剛.CDIO工程教育模式的解讀與思考［J］.中國高教研究，2009(5):86－87.

［2］唐全禮，陸小華，熊光晶.CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)［J］.高等教育研究學(xué)報，2008，31(4):15－18.

［3］Diana Farrell，Andrew J.Grant，China’s Looming Talent Shortage［J］.The McKinsey Quarterly，2005(4):70 －79.

G642.3

A

1674－5884(2012)07－0049－02

2012－05－05

國家特色專業(yè)建設(shè)基金(TS2479)

劉鎮(zhèn)章(1983－)，男，廣東潮州人，講師，博士，主要從事機(jī)器人主動嗅覺、智能控制、機(jī)電一體化等研究。

(責(zé)任編校 朱正余)