基于CDIO的項目教學法在集散控制系統(tǒng)課程中的應用

◆盧均治

作者：盧均治，廣東石油化工學院自動化系講師，主要從事自動控制原理及應用研究（525000）。

CDIO是國際工程教育與人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式。2000年10月以來，由美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等四所大學組成的工程教育改革研究團隊提出、并持續(xù)發(fā)展和倡導了全新的CDIO（Conceiving-Designing-Implementing-Operation）即構思—設計—實現(xiàn)—運行的工程教育理念和以能力培養(yǎng)為目標的CDIO理念，并于2004年成立了CDIO國際合作組織。CDIO模式強調(diào)綜合的創(chuàng)新能力，與社會大環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展；同時更關注工程實踐，加強培養(yǎng)學生的實踐能力[1]。

CDIO的理念是：以盡可能接近工程實際，涉及技術、經(jīng)濟、企業(yè)和社會的團隊綜合設計大項目為主要載體，結(jié)合專業(yè)核心課程的教學，使學生在CDIO的全過程中不斷地在一名現(xiàn)代工程師應具備的能力與素質(zhì)方面得到全面的訓練和提高。

目前，我國工程教育普遍存在強調(diào)理論學習，不重視工程實踐的問題。引入CDIO的先進理念，對我國的工程教育具有重要意義。因此，如何使CDIO理念得到有效的貫徹和實施是學生培養(yǎng)中面臨的一個重要問題，也是日常教學中要引起思考的一個問題。

本文在CDIO理念指導下，結(jié)合集散控制系統(tǒng)課程特點，對具有工程應用背景的項目教學方法進行了有益的探討。

1 CDIO能力大綱

CDIO教學模式以產(chǎn)品從研發(fā)到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間存在有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO培養(yǎng)大綱如表1所示，對受教育者所要達到的能力提出四個層面的要求。為了使這些要求具有可操作性，CDIO還制定了實施和評價的12條標準[2-3]。因此，把CDIO教育理念引入課堂教學時，可以根據(jù)這12條標準實施教學過程以及進行相應的質(zhì)量評價。

表1 CDIO能力培養(yǎng)教學大綱考察內(nèi)容

2 集散控制系統(tǒng)項目教學

集散控制系統(tǒng)是自動化類專業(yè)的一門主要專業(yè)課程。集散控制系統(tǒng)是以微處理器為基礎，綜合運用計算機技術、圖形顯示技術、信息處理技術、網(wǎng)絡通信技術和自動控制技術，對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的一種計算機綜合控制系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)是一門應用性很強的技術，但在一般課堂教學中，集散控制系統(tǒng)課程主要從理論上介紹系統(tǒng)的相關內(nèi)容、軟硬件結(jié)構；列舉幾種型號的集散控制系統(tǒng)，進行具體講解；最后，如果有相應的實驗設備，還會根據(jù)課程中主要的內(nèi)容，讓學生做幾個獨立的實驗。這樣下來，學生雖然理論知識看起來可能掌握得不錯，但會對其所學的知識產(chǎn)生零碎感，并且這些知識沒有實際的“落腳點”，會有很“虛”的感覺。因此，其所掌握的內(nèi)容來得快，遺忘得也快，最后所剩無幾。

引入CDIO教育理念以后，可以采用基于工作過程的教學模式和教、學、做相結(jié)合的項目教學方法，來進行課堂教學。這種基于工作任務完成所需而組織與安排的課程內(nèi)容，打破了傳統(tǒng)教學理論與實踐的界限，為“教、學、練、做”一體化教學奠定了基礎[4]。

根據(jù)課程的教學大綱、教學內(nèi)容以及課程特點，選擇有工程背景的項目鏈條爐集散控制系統(tǒng)設計為例，進行項目教學。根據(jù)項目目標，按照工藝和設計要求，把該項目分為四個相對獨立的小項目，從完成每個小項目入手，及至完成整個項目。

課堂中講解知識時切入所對應的小項目，這樣課本內(nèi)容完成的同時，小項目也基本完成。集散控制系統(tǒng)項目的完成除了集散控制系統(tǒng)課程本身所涉及的內(nèi)容外，還包括很多過往期所學的專業(yè)課或?qū)I(yè)基礎課上的內(nèi)容。例如：項目里的控制方案組態(tài)，組態(tài)的內(nèi)容是新學的，但控制方案的設計與選擇就涉及自動控制原理、過程控制、現(xiàn)代控制理論等相關課程的內(nèi)容。這些都需要在完成小項目的時候進行串講復習，喚起學生對這些知識的回憶。此外，項目的完成是要盡可能接近企業(yè)實際工程項目的完成過程，所以實際工程項目的完成流程、期間要涉及的項目文檔等內(nèi)容，也是需要進行專題講解的，或引導學生進行課外資料收集。這樣才能保證小項目的完成，也就保證大項目的最終完成。

在課堂進行過程期間，設置與課堂小項目內(nèi)容相同的實驗內(nèi)容，讓學生親自動手，獨立完成每個小項目，加深學生對所學知識的理解。在課程最后，引入幾個不同的項目，把學生分成幾個小組，讓每一個小組的學生分工協(xié)作、共同完成一個項目。這個最后項目的完成，以學生為主導，學生遇到什么問題和困難，鼓勵學生自己查找、查閱相關資料，找出解決問題的方法。教師主要起引導學生如何解決問題的作用。學生在掌握、運用知識的同時，自我解決問題，自主學習的能力得到鍛煉，團隊精神也得到加強。

項目完成以后，還可以成立以任課教師和學生代表組成的答辯小組，讓每個項目小組的學生都進行項目答辯的過程。通過答辯，可以進一步加深學生對項目內(nèi)容的理解與掌握；可以鍛煉學生的語言組織能力與表達能力；還可以方便教師對小組成員進行評價，減少濫竽充數(shù)的情況發(fā)生。

整個課程下來，學生就會對所學知識有一個系統(tǒng)的、全面的理解，也不會再產(chǎn)生“零碎感”；對知識的用途和去向有清楚明白的了解。學生的各種能力也在這個過程中得到有效鍛煉。

上述的項目過程只是模擬企業(yè)里完成項目的過程，畢竟與企業(yè)實際完成項目的過程有區(qū)別，還達不到“實戰(zhàn)”的狀態(tài)。因此，利用校企合作的機會，在學生到企業(yè)進行生產(chǎn)實習的時候，邀請企業(yè)技術人員對學生進行集散控制系統(tǒng)的專題講座，內(nèi)容可涉及企業(yè)集散控制系統(tǒng)項目如何從立項到投產(chǎn)運行的一系列過程。講座結(jié)束以后，緊接著安排學生到現(xiàn)場實地參觀、了解企業(yè)集散控制系統(tǒng)的運行情況。條件允許的情況下，還可以進一步安排學生進行相關崗位的頂崗實習。通過在企業(yè)的這段時間，使學生的工程能力得到更加有效的鍛煉和提高，能夠完成企業(yè)實際的工作任務，實現(xiàn)個人能力與崗位要求的“接軌”。

3 項目教學與“卓越計劃”

廣東石油化工學院電氣及其自動化專業(yè)已經(jīng)成為“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）試點專業(yè)。“卓越計劃”是2010教育部啟動的一項著力提升學生的工程素養(yǎng)，重點培養(yǎng)學生的工程實踐能力、工程設計能力和工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)計劃?！白吭接媱潯迸cCDIO雖然內(nèi)容表述不同，實施過程也有不同，但其核心思想都是為了更好地培養(yǎng)學生的工程能力。

“卓越計劃”中有一個重要的要求是參加該計劃的學生，在大學四年中必須累計在企業(yè)實習滿一個學年。這就對試點專業(yè)的校企合作提出一個很高的要求。因此，可以把前文提到在集散控制系統(tǒng)課程結(jié)束后安排學生到企業(yè)進行參觀、實習的內(nèi)容，納入到“卓越計劃”的實習教學安排中來。這樣就可以從整個專業(yè)培養(yǎng)的角度來進行這一塊實習內(nèi)容的最優(yōu)安排與設置，增加了實習安排的可操作性。所以，項目教學延伸到企業(yè)實習階段，既豐富了CDIO理念的實踐內(nèi)容，又使“卓越計劃”得到更充分的實施。這對“卓越計劃”的推廣與執(zhí)行落實也具有一定的意義。

4 結(jié)束語

根據(jù)集散控制系統(tǒng)課程特點，采用基于CDIO理念的項目教學法，很好地滿足工程教育的發(fā)展要求。教學實踐表明，該教學方法把“教、學、練、做”有機結(jié)合起來，有助于學生更好地掌握課程知識，更好地理解課程內(nèi)容，能把課程理論知識跟知識的實際工程應用有機結(jié)合起來，有利于學生工程實踐能力的培養(yǎng)。此外，根據(jù)“卓越計劃”注重實踐能力培養(yǎng)、注重課堂教學與企業(yè)職業(yè)能力要求的聯(lián)系的理念，項目教學法也有助于“卓越計劃”的具體實施?！?/p>

[1]康全禮,陸小華,熊光晶.CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].高等教育研究學報,2008(4):15.

[2]郭小勤,曹廣忠.基于項目的CDIO理念在課程教學中的應用[J].實驗科學與技術,2010(3):84.

[3]陸小華,熊光晶,陳珠琳.設計導向的工程教育改革理念[J].高等工程教育,2007(6):83-87.