基于OBE-CDIO的測控專業(yè)人才培養(yǎng)方案探索*

徐小玲，劉　美

(廣東石油化工學院，廣東　茂名　525000)

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基于OBE-CDIO的測控專業(yè)人才培養(yǎng)方案探索*

徐小玲，劉美

(廣東石油化工學院，廣東茂名525000)

針對我校測控技術(shù)與儀器專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，對當前儀器儀表產(chǎn)業(yè)人才需求及學校特色進行分析，制定專業(yè)“學習產(chǎn)出”，設計一體化課程，建立課程與培養(yǎng)目標之間的匹配矩陣，配以適應的基于CDIO的教學策略，實現(xiàn)預期的“學習產(chǎn)出”。最后，通過評估“學習產(chǎn)出”，考查學生知識掌握、能力培養(yǎng)以及態(tài)度養(yǎng)成的情況，從而進一步完善教學。

測控專業(yè)；培養(yǎng)方案；學習產(chǎn)出；CDIO

為提高應用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，我校提出了以成果導向教育(outcomes-based Education，OBE)理念為指導，深化教學方法改革，促進優(yōu)勢轉(zhuǎn)化，提高教育質(zhì)量，重新制定專業(yè)人才培養(yǎng)方案的要求。其中，基于OBE的教育模式是以預期學習產(chǎn)出為中心來組織、實施和評價教育的結(jié)構(gòu)模式，主要有四個步驟：定義學習產(chǎn)出、實現(xiàn)學習產(chǎn)出、評估學習產(chǎn)出和使用學習產(chǎn)出[1]。通過設定預期學習產(chǎn)出，所有的教學計劃和課程內(nèi)容都是遵循“回溯式設計”原則，實現(xiàn)完整的匹配矩陣。而CDIO工程教育改革主要著力培養(yǎng)學生的基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力[2]。測控專業(yè)人才培養(yǎng)方案采用基于“學習產(chǎn)出”的工程教育模式，以CDIO工程教育改革實踐為基礎，制定專業(yè)層面的預期“學習產(chǎn)出”，通過一體化課程設計，建立課程與培養(yǎng)標準的匹配矩陣，確定課程層面的預期“學習產(chǎn)出”，并設計相適應的教學策略，實現(xiàn)專業(yè)層面與課程層面的實際“學習產(chǎn)出”評估[3]。

1　儀器儀表產(chǎn)業(yè)對人才需求分析

1.1儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展及人才需求現(xiàn)狀

在人類社會進入知識經(jīng)濟時代、信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，儀器儀表及測控技術(shù)得到日益廣泛應用，經(jīng)過近十年來的發(fā)展，我國已經(jīng)成為亞洲除日本以外第二大儀器儀表生產(chǎn)國。然而我國儀器儀表仍處于發(fā)展中階段，計量儀器儀表產(chǎn)業(yè)水平發(fā)展滯緩，大型和高檔儀器設備幾乎全部依賴進口，許多急需的專用儀器還是空白，中低檔產(chǎn)品質(zhì)量上還有許多難關(guān)需要攻克。產(chǎn)品差距主要體現(xiàn)在：(1)產(chǎn)品可靠性差。(2)數(shù)字化、智能化、集成化水平低。(3) 國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)更新周期長，往往通過國外技術(shù)來實現(xiàn)新一代產(chǎn)品的更新。(4)產(chǎn)品精密度差。其中，科技創(chuàng)新及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展滯緩，是制約我國儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個瓶頸[4]。

在人才培養(yǎng)上，儀器儀表類專業(yè)發(fā)展的速度是空前的，在不到10年的時間內(nèi)，其辦學規(guī)模大約翻了兩番[5]。但根據(jù)調(diào)查，我國目前儀器制造人才數(shù)量與國外差距仍然明顯，缺乏高層次的復合型人才，缺乏熟悉、精通各學科交叉的綜合型人才，特別是高端人才短缺已成為阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，這無疑也成為國產(chǎn)儀器儀表與進口產(chǎn)品差距的重要原因。因此，根據(jù)現(xiàn)代儀器儀表產(chǎn)業(yè)對人才培養(yǎng)的要求，測控專業(yè)應以光、機、電、算為學科基礎的人才知識結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)基礎厚、知識面廣的寬口徑人才，造就具有可持續(xù)發(fā)展能力的，適應性強，符合市場經(jīng)濟需要的人才。

1.2測控專業(yè)人才就業(yè)分析

廣東石油化工學院是由廣東省人民政府與中國石油化工集團公司、中國石油天然氣集團公司、中國海洋石油總公司共建的本科高校，是石油石化行業(yè)人才培養(yǎng)的重要基地。2004年我校創(chuàng)辦測控技術(shù)與儀器專業(yè)，根據(jù)學校辦學目標，人才培養(yǎng)旨在使學生在具有專業(yè)理論知識的基礎上，配以石化特色，使學生具有從事化工自動化儀表、計算機測控系統(tǒng)、先進工業(yè)網(wǎng)絡控制研究、開發(fā)、應用和運行管理等方面工作的能力。從第一屆畢業(yè)生至今，測控專業(yè)學生就業(yè)方向十分廣泛，近三年測控專業(yè)學生就業(yè)情況如圖1所示。他們或是進入石化企業(yè)，從事各種機械的專業(yè)檢測及儀器維護，或是進入企業(yè)從事自動控制、自動化檢測，或是在研發(fā)單位從事儀器儀表的開發(fā)和設計等，還有一部分學生開始從事儀器儀表的銷售工作等等。

圖1　近三年測控專業(yè)學生就業(yè)情況

近幾年，由于大學的招生數(shù)量逐年增多，該專業(yè)畢業(yè)生每年呈上升趨勢，但是，相關(guān)行業(yè)對畢業(yè)生的要求卻沒有呈現(xiàn)出增長勢頭，尤其是就業(yè)主體的國營企業(yè)，導致近年來測控專業(yè)學生就業(yè)艱巨，一些學生開始從事其他行業(yè)。另一方面，一些企業(yè)的市場競爭能力下降，導致其在生產(chǎn)、研發(fā)方面能力下降，企業(yè)效益滑坡，導致招收畢業(yè)生需求下降。于是，近幾年IT行業(yè)成為測控專業(yè)人才的一個較大吸納點。

1.3人才培養(yǎng)的反饋

通過用人單位反饋信息表明，測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)生相比于計算機、通信技術(shù)、電氣工程等專業(yè)畢業(yè)生的優(yōu)勢表現(xiàn)在知識面較廣、對不同崗位的適應能力較強。測控專業(yè)人才既適于從事儀器的開發(fā)與研究，生產(chǎn)制造，又適于儀器的使用維護等各個層面的工作。但在對企業(yè)中測控技術(shù)與儀器工程技術(shù)人員的調(diào)查評價中，當前測控專業(yè)教育中仍存在的一些突出問題：

(1)專業(yè)知識的儲備與學習

除專業(yè)知識儲備外，還應具有一定的機械加工、生產(chǎn)工藝、電氣技術(shù)基礎知識，了解控制系統(tǒng)的實際背景和主要應用。針對化工企業(yè)，要了解化工過程與工程技術(shù)行業(yè)的交叉學科知識。其次，理論知識與實際存在一定的脫軌，因此，要求畢業(yè)生有較強的學習能力，隨時關(guān)注和學習專業(yè)范圍內(nèi)的最新科技成果，快速適應瞬息萬變的社會節(jié)奏。

(2)創(chuàng)新能力和適應環(huán)境能力

對專業(yè)知識掌握不夠扎實，缺乏較強的學習意識和對知識的消化能力，不具備豐富的想象力和創(chuàng)造力，分析和解決工程技術(shù)問題的能力較弱。欠缺運用文化和個人魅力形成團隊凝聚力的能力，對工作的敬業(yè)、拼搏和合作的精神不夠。

(3)語言、文字表達能力

現(xiàn)今的大學生自然科學的文字功底淺，對事件或具體工程技術(shù)狀況表述不清、甚至詞不達意，其次，還需提高外語水平，具備了解世界科技發(fā)展動態(tài)的能力。

(4)市場意識和市場需求分析能力

在市場經(jīng)濟社會中，工程技術(shù)人員的創(chuàng)新源泉大都來自市場需求，現(xiàn)今相當一部分工程技術(shù)人員對此尚未形成強烈、迫切的認識。也缺乏基本的經(jīng)濟分析和市場需求預測分析的教育與訓練。

2　測控專業(yè)改革

2.1培養(yǎng)目標定位

結(jié)合學校定位，通過對教師、學生、校友、用人單位等利益相關(guān)者調(diào)查，測控專業(yè)采用基于OBE的工程教育模式，以CDIO工程教育改革實踐為基礎，參照《中國工程教育認證》“通用標準”[6]，制定專業(yè)層面的預期“學習產(chǎn)出”。即以電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、控制技術(shù)為基礎，使學生掌握信息感知、處理、傳輸與顯示的基本理論與方法，具有測試測量技術(shù)與控制工程方面的基礎知識與應用能力，配以相應的石油化工特色，使學生具有從事化工自動化儀表、計算機測控系統(tǒng)、工業(yè)網(wǎng)絡先進控制研究、開發(fā)、應用和管理等方面工作的能力。在知識和能力上要求學生：

(1)工程知識：能運用數(shù)學，自然科學，及工程基礎與專業(yè)知識，具有構(gòu)建工業(yè)測控系統(tǒng)經(jīng)驗。能熟悉建模、控制算法，能利用軟件開發(fā)工業(yè)測控系統(tǒng)；能夠熟悉傳感器信號調(diào)理電路設計，能按性能指標需求設計測控電路，能獨立繪制電路原理圖、PCB圖及調(diào)試硬件。

(2)問題分析：具有利用電路、復變函數(shù)、信號與系統(tǒng)、自動控制原理等理論知識分析測控電路、測控系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)響應過程，調(diào)整電路或系統(tǒng)參數(shù)，并獲得有效結(jié)論的能力。具有利用計算機原理、軟件技術(shù)基礎、復變函數(shù)、信號與系統(tǒng)、自動控制原理、計算機控制技術(shù)等課程知識分析工業(yè)測控代碼性能的能力。

(3)設計/開發(fā)解決方案：能綜合運用工業(yè)測控系統(tǒng)工程的基本理論和技術(shù)手段設計模擬、數(shù)字及功率電路，構(gòu)建數(shù)據(jù)采集、信號處理系統(tǒng)；能利用定點數(shù)學、非線性校正補償、PID、非線性補償設計等知識進行底層測控軟件設計。

(4)研究：針對復雜測控系統(tǒng)工程問題，能夠依據(jù)科學原理進行設計和實施工程實驗，并能利用初步的矩陣分析、數(shù)值分析理論對實驗結(jié)果進行分析處理，能夠采用科學分析方法對復雜問題進行研究，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

(5) 使用現(xiàn)代工具：能夠針對復雜測控工程問題，使用Matlab、Cadence Orcad等技術(shù)獲取相關(guān)信息，包括對復雜測控工程問題的預測與模擬，并理解其局限性；能使用科技文獻檢索、資料查詢及其他現(xiàn)代信息技術(shù)工具獲取相關(guān)信息；

(6) 工程與社會：了解與測控類專業(yè)相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)、設計、研究與開發(fā)、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展等方面的方針、政策和法津、法規(guī)，能正確認識工程對于客觀世界和社會的影響；

(7) 環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展:能夠理解環(huán)境保護問題對社會可持續(xù)發(fā)展的重要性，在測控系統(tǒng)設計過程中能夠綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素；

(8)職業(yè)規(guī)范：具有良好的人文社會科學素養(yǎng)、有社會責任感和工程職業(yè)道德；重視生命和健康，掌握體育運動的一般知識和基本方法，形成良好的體育鍛煉和衛(wèi)生習慣，達到國家大學生體質(zhì)健康標準。

(9)個人和團隊：具有一定的組織管理能力、表達能力和人際交往能力以及在團隊中發(fā)揮作用的能力；

(10)溝通：能夠就復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括有良好的電路設計風格、代碼編寫風格和文檔編寫習慣，撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。

(11) 項目管理：理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。

(12) 終身學習：對自主學習和終身學習有正確認識，具有不斷學習和適應發(fā)展的能力。

2.2課程體系優(yōu)化

課程體系作為實現(xiàn)培養(yǎng)目標的載體，是保障和提高教育質(zhì)量的關(guān)鍵[7]。為實現(xiàn)培養(yǎng)目標，課程體系的優(yōu)化主要通過分析課程與目標間的相互作用，建立課程與培養(yǎng)目標的匹配矩陣，建立課程與課程之間的交互作用關(guān)系矩陣，并設計相適應的教學策略，實現(xiàn)課程層面的預期“學習產(chǎn)出”。同時，確定課程對培養(yǎng)目標的支持程度，獲取優(yōu)化課程體系的依據(jù)。繼而通過計算支持目標的課程多少和支持程度，來確定培養(yǎng)目標實現(xiàn)的程度[8]。

表1　測控專業(yè)培養(yǎng)目標與課程體系關(guān)系

表1從專業(yè)層面給出簡單的專業(yè)培養(yǎng)目標與課程體系關(guān)系。課程體系從理論教學體系和實踐教學體系兩個部分進行設置。理論教學體系包括公共基礎、公共選修、學科基礎、專業(yè)領域四個層次；實踐教學體系包括實踐教學、專業(yè)技能、素質(zhì)拓展三個層次。教學安排中[9]體現(xiàn)文理滲透、理工結(jié)合、學科交叉。在課程內(nèi)容的優(yōu)化上，刪除課程間重復出現(xiàn)的內(nèi)容，建立起緊密的銜接，內(nèi)容上體現(xiàn)石油化工特色。在實踐教學中，采用基礎實驗—專業(yè)綜合實驗—實習實訓—項目實戰(zhàn)逐步培養(yǎng)學生對工程問題的認知，及在信息監(jiān)測和控制工程領域的設計能力，動手能力以及創(chuàng)新能力。同時在實踐課程體系中，加強石化方向的工程應用能力培養(yǎng)。

針對具體課程，綜合學生、專家、用人單位給出課程目標產(chǎn)出，將學習產(chǎn)出與知識點關(guān)聯(lián)，形成矩陣整合課程[10]，修訂課程體系。表2給出了傳感器技術(shù)課程與課程學習產(chǎn)出的關(guān)系圖，舉證清晰顯示培養(yǎng)目標的某一指標與課程模塊的對應關(guān)系，并提出課程的設計、整合及評價方式。如表2所示，教學內(nèi)容以項目設計方式來介紹傳感器和測量電路的基本知識，來體現(xiàn)專業(yè)領域?qū)W習內(nèi)容的普適性?？己谁h(huán)節(jié)采用包含筆試、操作、論文、答辯等方式，評估課程層面的“學習產(chǎn)出”。在實踐類課程中，企業(yè)積極參與審核學生的實踐實習環(huán)節(jié)、畢業(yè)設計的實踐部分，提高學生對實習、實踐環(huán)節(jié)質(zhì)量，促使學生重視實踐課程。

表2　傳感器技術(shù)課程與學習產(chǎn)出關(guān)系

2.3理論教學改革和實踐環(huán)節(jié)及工程訓練

理論教學精選教學內(nèi)容，每個知識點以項目為載體，系統(tǒng)化設計教學情境，采用CDIO工程培養(yǎng)模式[11]，培養(yǎng)學生工程基礎知識、個人能力、團隊合作和工程系統(tǒng)能力。例如根據(jù)傳感器技術(shù)課程，每一知識點從典型檢測對象著手，每個學習情境都安排不同檢測任務，學生對傳感器從內(nèi)部到外部通過不同載體進行訓練，進而完成整體電路設計和安裝，實現(xiàn)學生技能的拓展和遷移，為學生可持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎。

在實踐環(huán)節(jié)，針對培養(yǎng)目標，將實驗分為信號檢測與調(diào)制、數(shù)據(jù)處理、儀表設計開發(fā)及自動控制理論、計算機控制、網(wǎng)絡化控制的設計開發(fā)等。在課程中提高設計性、綜合性實驗的比重。實驗實施過程以問題為導向，以學生為主體，通過對實驗的探討，研究，讓學生通過分析問題、解決問題來獲取知識。加大管理力度，嚴格監(jiān)管考核。并充分利用實驗室資源，開辟第二課堂，實現(xiàn)專業(yè)理論課程與實踐的巧妙過渡。同時，利用學校資源，積極邀請石化企業(yè)技術(shù)人員，講授化工儀表，石油加工過程控制系統(tǒng)流程，相關(guān)DCS系統(tǒng)的應用配置、控制方案及組態(tài)等，緩解學生對企業(yè)生產(chǎn)不知曉的尷尬局面，為人才專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)提供了保障。

在工程訓練環(huán)節(jié)[12]，與高校講師相比，企業(yè)技術(shù)人員憑借豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗可以對具體問題有針對性的講解，將枯燥無味的理論通過視頻、圖片進行介紹，使理論更好地被學生理解和吸收。利用我校地處中國華南地區(qū)最大的石化基地的優(yōu)勢，積極推行學生在茂石化培訓基地與現(xiàn)場交替生產(chǎn)實習，采用在茂石化儀表車間、石油化工協(xié)作檢測基地、石油化工過程與裝備狀態(tài)檢測與故障診斷研發(fā)中心進行定崗、定師傅的畢業(yè)實習模式，由技術(shù)人員根據(jù)實際班組任務，針對生產(chǎn)現(xiàn)場具體問題、案例進行講授，將企業(yè)實際項目從構(gòu)思、設計、實現(xiàn)在實習過程中實現(xiàn)全方位培養(yǎng)。

2.4“學習產(chǎn)出”評估

OBE是以結(jié)果為基礎的教育，“學習產(chǎn)出”的評估尤為重要，評價分為課堂層面、專業(yè)層面和學校層面，涉及到同行、專家、學生和用人單位。主要通過確定的培養(yǎng)目標和專業(yè)標準，通過收集資料(教學日志、教育總結(jié)、學生反饋)，觀察、測量學生的學習結(jié)果，通過不斷分析、評價預期的學習目標與實際學習成果的差異，給出評估結(jié)果，附以評估證據(jù)。尤其注重學生的自我評價，培養(yǎng)學生自我管理意識和增強學生的責任感。在專業(yè)層面和學習層面，由用人單位，學生、校友及教師等從專業(yè)定位、培養(yǎng)目標、課程質(zhì)量、課程考核、教學質(zhì)量進行評價，重點考核學生知識增長，技能和能力的提高，實現(xiàn)培養(yǎng)目標、培養(yǎng)計劃和課程內(nèi)容持續(xù)改進，共同促進教學質(zhì)量的提高和教學目標的實現(xiàn)。

3　結(jié)　語

本文通過對儀器儀表產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及人才需求分析，了解儀器儀表產(chǎn)業(yè)人才需求狀況，同時，針對近幾年我校測控專業(yè)人才就業(yè)情況了解，提出了測控專業(yè)儀器儀表人才培養(yǎng)方案的改進方案，采用基于OBE-CDIO的培養(yǎng)模式，制定“學習產(chǎn)出”，進行課程體系優(yōu)化和課程教學改革，最后通過評估“學習產(chǎn)出”來促進測控專業(yè)人才培養(yǎng)。

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Exploration of Measurement and Control Technology and Instrumentation Training Program Based on OBE-CDIO*

XU Xiao-ling,LIU Mei

(Guangdong University of Petrochemical Technology,Guangdong Maoming 525000,China)

Aiming at the development of measurement and control technology and instrument specialty in GUPT,learning output of the specialty was set by the analysis on the talents demand of instrument industry and the characteristics of our university,the desired "learning output" was achieved when the matching matrix between training objectives and curriculum was established through the integration of curriculum design,and the teaching strategy based on CDIO was used.The knowledge,ability and attitude of student were examined to improve the teaching by evaluating "learning outcomes".

measurement and control technology and instrumentation;training program;outcomes-based education;CDIO

廣東省高等學校高層次人才項目 (粵財教[2013]246號152);2014廣東省高等教育教改項目(GDJG20142405)。

徐小玲 (1984-)，女,講師/碩士,主要從事測控技術(shù)與儀器專業(yè)教學與科研。

劉美(1967-)，女，教授，博士，主要從事自動化學科專業(yè)教學與科研。

G642.0

B

1001-9677(2016)04-0139-05