基于CDIO的自動(dòng)控制儀表課實(shí)驗(yàn)教學(xué)

李珍

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)人才培養(yǎng)重要組成部分，是提高學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力、獨(dú)立性、合作精神和創(chuàng)新精神具有積極的效果。

目前，我國(guó)高等院校培養(yǎng)的測(cè)控方面的高技能人才畢業(yè)后不具備馬上就任工作崗位的職業(yè)技能水平和職業(yè)行為能力，這主要是與當(dāng)前高等院校課程體系和教學(xué)組織方式有關(guān)。將CDIO工程教育模式引入測(cè)控人才培養(yǎng)過(guò)程，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中參與設(shè)計(jì)、實(shí)施、檢查和評(píng)價(jià)的行動(dòng)教學(xué)與CDIO培養(yǎng)學(xué)生的通識(shí)能力相結(jié)合起來(lái)，從而為學(xué)生后續(xù)自我技能發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。我們?cè)谧詣?dòng)控制儀表課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，遵循CDIO以工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向、綜合工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教育模式，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、強(qiáng)化協(xié)作能力、革新考核評(píng)價(jià)機(jī)制。實(shí)踐結(jié)果表明，上述改革措施使學(xué)生的綜合能力得到提高，取得了良好的教學(xué)效果。

CDIO工程教育模式是由美國(guó)與瑞典等四所工學(xué)院從2000年起開(kāi)始探索，經(jīng)過(guò)4 年的研究創(chuàng)立起來(lái)的。CDIO是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)作（Operate）四個(gè)英文單詞的縮寫，它是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”（Project based educati on and learning）的集中概括和抽象表達(dá)。它以工程項(xiàng)目為載體讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)踐，在實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的崗位職業(yè)技能和職業(yè)行為，從而有效地實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

一 教學(xué)中存在的問(wèn)題

自動(dòng)控制儀表是我校測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門專業(yè)方向選修課，是一門和生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系非常緊密的一門課，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)驗(yàn)證課程開(kāi)設(shè)效果。目前，高等院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)多數(shù)是對(duì)課程規(guī)定的單個(gè)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)方法操作的訓(xùn)練。這雖然對(duì)學(xué)生從事測(cè)控崗位職業(yè)技能的培養(yǎng)起到一定作用，但對(duì)學(xué)生的綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力沒(méi)起到應(yīng)有的作用。具體表現(xiàn)如下：

第一， 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。目前，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以驗(yàn)證核心理論知識(shí)為主，學(xué)生只需按部就班接線，觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式很難真正培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

第二，教學(xué)方式和考核方式單一。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師講解實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)。教師根據(jù)提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核實(shí)驗(yàn)情況，忽略了實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程。

第三，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)薄弱。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)只作為理論課程的輔助部分，沒(méi)有形成完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生僅加深了對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，缺乏對(duì)知識(shí)的深入掌握及應(yīng)用，尤其是缺乏啟發(fā)其在工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。有些學(xué)生因此覺(jué)得課程枯燥乏味，失去學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。

第四，缺乏團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的培養(yǎng)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容簡(jiǎn)單，強(qiáng)調(diào)學(xué)生獨(dú)立完成，這樣不利于團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的培養(yǎng)，不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)對(duì)工程人才的要求。

二 教學(xué)改革思路

第一，調(diào)研周邊企業(yè)測(cè)控方向的實(shí)際需求，結(jié)合教學(xué)大綱，合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能夠盡可能地貼近企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。

第二，遵循CDIO以工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向、工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的教育模式，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，增加設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容。實(shí)驗(yàn)的設(shè)置要體系化，充分體現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生初步掌握整個(gè)生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵問(wèn)題。

第三，項(xiàng)目以團(tuán)隊(duì)合作形式完成，增設(shè)項(xiàng)目討論、項(xiàng)目報(bào)告等教學(xué)環(huán)節(jié)。培養(yǎng)學(xué)生合作意識(shí)、項(xiàng)目管理能力、組織能力、語(yǔ)言表達(dá)能力等個(gè)人能力及團(tuán)隊(duì)能力。貫徹以學(xué)生為主體的思想，每個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣和主動(dòng)解決問(wèn)題的積極性。

第四，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的分析，發(fā)現(xiàn)教學(xué)工作中存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)的改進(jìn)意見(jiàn)。

三 教學(xué)改革的實(shí)施

我校的機(jī)電檢測(cè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心為學(xué)生提供了良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件，提供了必備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、速凍自動(dòng)制冷系統(tǒng)、雙蹤示波器、信號(hào)發(fā)生器、直流電源、萬(wàn)用表以及常用的工具以便學(xué)生及時(shí)申請(qǐng)儀器使用，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，確保了教學(xué)改革的順利完成。

自動(dòng)控制儀表實(shí)驗(yàn)課程中開(kāi)設(shè)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目屬于CDIO教育模式中的三級(jí)項(xiàng)目。學(xué)生作為完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)的主體，進(jìn)行項(xiàng)目管理、構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)， 指導(dǎo)教師進(jìn)行項(xiàng)目指導(dǎo)，雙方形成積極的互動(dòng)。

學(xué)生以團(tuán)隊(duì)合作形式選擇不同項(xiàng)目，明確項(xiàng)目的設(shè)計(jì)需求，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析，建立目標(biāo)指標(biāo)，對(duì)各種不同解決方案進(jìn)行討論交流以及可行性分析，選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。除規(guī)定的基本要求外，學(xué)生可提出自己的觀點(diǎn)，增加項(xiàng)目的新功能。培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、工程系統(tǒng)能力及自主創(chuàng)新能力。

設(shè)計(jì)階段是進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)主要是指各個(gè)功能模塊的描述以及模塊之間重要的交互關(guān)系的說(shuō)明。系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)包括傳感器的選擇、電氣原理圖設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的性能分析優(yōu)化。培養(yǎng)了學(xué)生自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析等工程基礎(chǔ)知識(shí)及項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力。

實(shí)現(xiàn)階段要求學(xué)生對(duì)構(gòu)建的實(shí)際控制回路進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試。學(xué)生應(yīng)掌握相關(guān)設(shè)備的使用和操作，利用示波器等設(shè)備進(jìn)行功能和性能測(cè)試，調(diào)整系統(tǒng)的PID參數(shù)、上下偏差值、最大輸出值等，直到滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)。

調(diào)試成功后，進(jìn)行系統(tǒng)演示及項(xiàng)目驗(yàn)收。各項(xiàng)目成員演示并介紹項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況，展現(xiàn)設(shè)計(jì)成果，讓學(xué)生之間進(jìn)行互相學(xué)習(xí)、互相吸取經(jīng)驗(yàn)、互相評(píng)價(jià)。采取自評(píng)和互評(píng)的方式進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)，打破了以往只由老師進(jìn)行評(píng)價(jià)的方式。豐富了教學(xué)方式，培養(yǎng)了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力。

項(xiàng)目驗(yàn)收后，要求撰寫項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)報(bào)告，培養(yǎng)編寫技術(shù)文檔的能力。報(bào)告的內(nèi)容包括項(xiàng)目目標(biāo)、設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)回路及工作原理、結(jié)果分析、設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)、設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題及解決方法等。從而培養(yǎng)了學(xué)生的寫作能力。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，使學(xué)生深入掌握相關(guān)工程基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)， 培養(yǎng)了學(xué)生的個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力，達(dá)到CDIO模式的培養(yǎng)目標(biāo)要求。

四 教學(xué)改革的效果

基于CDIO以工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的工程教育理念，調(diào)整和優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教學(xué)方法和教學(xué)思路上也進(jìn)行了優(yōu)化和創(chuàng)新，豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)要求、教學(xué)形式、考核方式及能力培養(yǎng)等方面都做了很大的改進(jìn)，在注重學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的情況下，更加注重學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力、工程能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，符合CDIO工程教育理念的要求，也符合現(xiàn)代企業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的要求。具體改革措施在測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)中實(shí)施，學(xué)生表現(xiàn)出高度的積極性，順利完成了項(xiàng)目設(shè)計(jì)及實(shí)施，相應(yīng)能力得到提高，取得良好的教學(xué)效果。

總之，本文分析了目前高校實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)普遍存在的現(xiàn)象，探討了基于CDIO理念的自動(dòng)控制儀表課實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，從課程結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)形式、考核方式、能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行改革。實(shí)踐結(jié)果表明，在自動(dòng)控制儀表實(shí)驗(yàn)課程中采用以項(xiàng)目設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的CDIO教學(xué)模式，較好地培養(yǎng)CDIO所要求的四大能力，即學(xué)生作為工程師必備的工程基礎(chǔ)知識(shí)，協(xié)調(diào)溝通能力、創(chuàng)新思維、語(yǔ)言表達(dá)、文字寫作等個(gè)人能力，項(xiàng)目組織、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和實(shí)施的工程系統(tǒng)能力，良好的團(tuán)隊(duì)合作能力，取得了良好的教學(xué)效果，對(duì)同類課程教學(xué)的改進(jìn)具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧子新，夏有為.實(shí)驗(yàn)室重在培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26（3）：1-3.

[2]凌芳，呂恬生，范成杰，等.以 CDIO 模式推進(jìn)工程實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（10）：141- 142.

[3]吳勤勤.控制儀表與裝置（第3版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.