基于CDIO模式的“自動控制原理”重點課程教學改革實踐

王憲磊 張洪洲 裴玖玲 侯寶華 周丹 許曉東

摘? ?要：針對“自動控制原理”課程的特點，文章采用CDIO工程教育教學模式，在課程教學中注重理論聯(lián)系實際、優(yōu)化課程內(nèi)容、改革實驗教學、融入課程綜合訓練等，激發(fā)學生課程學習的積極性，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和團隊協(xié)作能力，提高學生的專業(yè)技能和實踐動手能力，實現(xiàn)工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標。

關(guān)鍵詞：CDIO;自動控制原理;重點課程;教學改革

“自動控制原理”是高校自動化、電氣工程及其自動化、機械電子工程、機械設(shè)計制造及其自動化、電子科學與技術(shù)、電子信息工程、農(nóng)業(yè)電氣化、農(nóng)業(yè)機械化及其自動化等專業(yè)的一門重要的核心基礎(chǔ)課程。該課程主要研究控制理論的基礎(chǔ)知識，熟悉自動控制的概念、組成、工作流程、分析設(shè)計等，為以后的自動控制實例積累理論知識。培養(yǎng)學生利用“自動控制原理”知識分析和解決工程實際問題的能力，為以后深入了解自動控制工程應(yīng)用和專業(yè)后續(xù)課程的學習打好基礎(chǔ)。該課程基礎(chǔ)理論性強，知識面寬廣，概念抽象，圖形多，公式多，數(shù)學知識要求高，實踐環(huán)節(jié)重要，學生不易學習。因此，必須重視該課程的教學改革，探索合適的教學模式，采用合適的教學方法，努力提高課程的教學質(zhì)量?！白詣涌刂圃怼弊鳛樯婕皩I(yè)面特別廣泛的課程，與眾多專業(yè)人才的培養(yǎng)目標緊密相連，得到了塔里木大學的重視，成功獲批學校本科重點課程建設(shè)項目。

1? ? CDIO工程教育模式

CDIO的4個字母分別代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）。CDIO工程教育模式是一種先進的工程教育理念，對于高校各工科專業(yè)的課程教學改革具有引領(lǐng)作用，是當前各高校工科專業(yè)課程教學研究的熱點，代表了從產(chǎn)品的研發(fā)到產(chǎn)品的運行整個過程，讓學生熟悉一個產(chǎn)品從最初的構(gòu)思，到設(shè)計，再到實施，最后到產(chǎn)品的運行實現(xiàn)，讓學生深刻體會一件作品的實現(xiàn)是何等的艱辛，也能體會到一件作品的實現(xiàn)是何其有成就感[1]。這種工程教育模式，可以發(fā)揮學生學習的主動性，讓學生參與到每一個具體環(huán)節(jié)，鍛煉學生的各種技能，提高學生分析和解決實際工程問題的能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力。“自動控制原理”作為電氣類、自動化類、機械類、農(nóng)業(yè)工程類等學科的核心技術(shù)課程，其重要性不言而喻。因此，在該課程教學中采用CDIO模式，有利于激發(fā)學生的學習興趣，提高學生分析和解決問題的能力，提高學生的專業(yè)技能，培養(yǎng)工程應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才，對后續(xù)課程的學習等都是有重要意義。

2? ? 課程教學現(xiàn)狀

“自動控制原理”課程內(nèi)容多，涉及的知識面廣，在傳統(tǒng)教學中，教師普遍重視理論講解，重點給學生介紹自動控制的概念、組成、原理、性能等，對于自動控制的工程應(yīng)用介紹較少，主要側(cè)重理論講解、數(shù)學公式推導、圖形分析介紹等，學生的工程實踐能力鍛煉不夠。還有考慮到自動控制所用的電子器件更新?lián)Q代快，電子技術(shù)發(fā)展日新月異，傳統(tǒng)教學中單純講解“自動控制原理”課本知識顯然，無法適應(yīng)工作以后對自動控制知識的需要。該課程實驗環(huán)節(jié)的學時設(shè)置少，主要是驗證性實驗，模式單一，內(nèi)容簡單，實驗項目難度較小，實驗?zāi)康氖庆柟陶n本理論知識點，沒有起到有效發(fā)揮學生創(chuàng)新能力和提高學生專業(yè)實踐技能的作用，所做實驗項目，與工程實際應(yīng)用的自動控制相去甚遠，遠遠不適應(yīng)工作之后對自動控制技能的要求。

3? ? 基于CDIO模式的課程教學改革

3.1? 結(jié)合課程特點，做到教學理論與實際相結(jié)合

“自動控制原理”課程理論性強、概念多、圖形多，為了講清楚課程核心內(nèi)容，首先，必須重視課程的理論知識講解，要利用傳統(tǒng)的板書和多媒體相結(jié)合的方式，把各種自動控制系統(tǒng)的本質(zhì)和主要內(nèi)容給學生講清楚，讓學生對各種控制系統(tǒng)心知肚明。除此之外，教師在課堂教學中不能脫離實際，必須把當前自動控制的最新技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景及時普及給學生。要結(jié)合具體章節(jié)的控制系統(tǒng)內(nèi)容，多聯(lián)系實際工程中的相關(guān)應(yīng)用，給學生介紹相應(yīng)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景，讓學生時刻知道所學的理論知識在工程實際應(yīng)用中到底是怎樣的情況，讓學生把課程理論知識與實際緊密結(jié)合，有利于樹立學生的工程實際運用意識，激發(fā)學生利用所學知識解決工程實際問題的積極性，增強學生學習的主動性。

3.2? 以工程教育為背景，優(yōu)化課程教學內(nèi)容

在課程教學中，要改變單一按照教材進行授課的模式，教學內(nèi)容不能局限于課本，在注重課本理論知識講解的同時，要改變傳統(tǒng)授課中的習慣性教學觀念，一定要把CDIO工程教育理念始終貫穿于課程教學活動中，使教學內(nèi)容以工程教育為背景，系統(tǒng)地介紹自動控制的基本理論和工程實踐應(yīng)用，教學中要采用大量的工程控制實例，結(jié)合自動控制的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景，多給學生介紹最新的自動控制相關(guān)知識，以增加課程的信息量，擴展學生視野。要優(yōu)化傳統(tǒng)的課本教學內(nèi)容，重視基本概念的講解，對于各種控制系統(tǒng)要重點介紹其組成、工作流程和應(yīng)用。淡化各種組成器件的內(nèi)部構(gòu)造、結(jié)構(gòu)和原理等，重點讓學生熟悉控制系統(tǒng)各種組成器件之間如何關(guān)聯(lián)、如何相互聯(lián)系工作。通過各種控制實例引入所講的課程知識，強化控制各模塊在工程實踐中的宏觀應(yīng)用，結(jié)合工程實例講解理論，可以激發(fā)學生思維，舉一反三，逐步引入自動控制的工程設(shè)計，體現(xiàn)課程知識在工程實踐項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行中的重要性。

3.3? 以學生為中心，激發(fā)學生的學習熱情

CDIO工程教育理念以學生為中心，以工程能力培養(yǎng)和科技創(chuàng)新為主線，重在對學生基礎(chǔ)知識、創(chuàng)新思維、實踐能力、工程設(shè)計的培養(yǎng)[2]。在課程教學中，必須改變傳統(tǒng)的教師為主的授課模式，要大力增加學生課程教學的參與度，實現(xiàn)以學生為主、教師為輔的教學模式。所以在課堂教學中，要注重提高學生的積極性，多進行討論，多采用課堂提問，多列舉工程實例，激發(fā)學生的學習熱情。采用CDIO工程教育模式，最關(guān)鍵的是給學生建立一個完整的工程項目，將課程內(nèi)容與項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行等各環(huán)節(jié)完美對接，讓學生通過課程的學習，就能明白相關(guān)知識在工程項目中的具體應(yīng)用。這種教學模式，可以很好地把課程理論與工程實踐有機結(jié)合，可以激發(fā)學生的工程創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的科技創(chuàng)新能力和工程實踐能力。這種模式，有利于發(fā)揮學生學習的主動性。在工程項目的各個環(huán)節(jié)，可以充分發(fā)揮學生的才能，學生可以利用所學知識，探求解決實際問題的方法，針對工程項目中不熟悉的內(nèi)容，又可以反過來激發(fā)學生去補充知識，并且有利于挖掘?qū)W生的個性才能，不同層次的學生在工程項目整體環(huán)節(jié)會體現(xiàn)出差異性，利用此模式也能很好檢驗學生的理論知識水平和創(chuàng)新實踐能力。總之，采用CDIO工程教育模式，可以讓學生在課程基礎(chǔ)理論知識、創(chuàng)新思維能力、實踐動手能力、工程技能、團隊協(xié)作意識等眾多方面都能得到改善，實現(xiàn)課程教學效果的明顯提升。

3.4? 改革實驗教學內(nèi)容和模式，提高學生實踐技能

“自動控制原理”課程內(nèi)容多，所以在傳統(tǒng)教學中，課堂講解是主體。實驗教學學時較少，而且實驗內(nèi)容主要是驗證性實驗，重在鞏固課程理論知識，實驗內(nèi)容不能反映工程實踐和生產(chǎn)實際、內(nèi)容單一、難度較低，學生只需熟悉實驗指導書中的實驗介紹，在實驗臺進行簡單的接線，通過簡單的調(diào)試和測量就能完成實驗內(nèi)容，這種實驗?zāi)Ｊ焦潭?，缺乏新意，難度較低，對學生的創(chuàng)新思維訓練不夠，對學生的實踐操作能力鍛煉也不夠，不能吸引學生的實驗注意力，學生大多是應(yīng)付實驗教學，實驗興趣不高。因此，采用CDIO工程教育模式，必須重視課程的實驗教學，使實驗內(nèi)容與工程實踐緊密結(jié)合。要保留必要的驗證性實驗，必須增加設(shè)計性實驗。按照CDIO模式，實驗之前，老師先給學生布置面向工程實踐的實驗任務(wù)，要求學生從實驗構(gòu)思和設(shè)計方案入手，先完成實驗方案及內(nèi)容設(shè)計，再進入實驗室實施，完成實驗運行，分析實驗結(jié)果，若實驗結(jié)果與預期有差別，則再次從頭重新檢查實驗方案，再次實施、運行、看結(jié)果、反復進行，直到得到滿意的實驗結(jié)果。這一過程，使實驗內(nèi)容與工程實踐很好地相結(jié)合，鍛煉了學生利用所學知識解決工程實踐中具體問題的能力，有利于提高學生的實驗興趣，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提高學生的實驗操作技能。

3.5? 增加課程綜合訓練，提高學生綜合技能

考慮到“自動控制原理”課程與工程實踐緊密結(jié)合，在教學中，任課教師除了布置課堂作業(yè)鞏固理論知識，還需要布置課程大作業(yè)，大作業(yè)內(nèi)容廣泛，如可以讓學生查找資料，搜集不同行業(yè)所使用的最新的自動控制技術(shù)，提交一份報告，介紹相關(guān)行業(yè)最新自動控制技術(shù)，要求圖文并茂，鍛煉學生查找文獻的能力。還可以布置簡單的課程設(shè)計，教師布置工程實踐中的自動控制題目，讓學生完整地從題目構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行等整個環(huán)節(jié)全部熟悉一遍。在布置工程實踐課程設(shè)計項目時，教師可以多方查找資料，或者到企業(yè)調(diào)研發(fā)現(xiàn)實際的問題，將自動控制知識應(yīng)用于工程實踐，從工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題，作為課程設(shè)計內(nèi)容，讓學生完成訓練，實現(xiàn)學生的工程項目綜合訓練，體現(xiàn)課程的價值，實現(xiàn)工程應(yīng)用型人才目標的培養(yǎng)。

4? ? 結(jié)語

通過在“自動控制原理”重點課程教學中引入CDIO工程教育理念，可以改善課程在傳統(tǒng)教學中存在的不足，使課程理論與工程實踐緊密結(jié)合，這不僅會增加課程教學信息量，擴展學生視野，提高學生學習的積極性和主動性，激發(fā)學生的學習興趣，提高課程學習效率，還有利于培養(yǎng)學生的利用所學知識解決工程實際問題的能力，鍛煉學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的專業(yè)技能和團隊合作能力，為學生今后學習其他專業(yè)課程以及畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下良好的基礎(chǔ)。

[參考文獻]

[1]趙燕燕，劉馨芳，李佳立，等.基于CDIO模式的單片機原理及應(yīng)用課程改革與實踐[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2018（18）：144-145.

[2]于軍.基于CDIO模式下模擬電子技術(shù)課程教學改革與實踐[J].教育與職業(yè)，2014（8）：129-131.

Practice of teaching reform of key courses of

“Principle of Automatic Control” based on CDIO model

Wang Xianlei， Zhang Hongzhou， Pei Jiuling， Hou Baohua， Zhou Dan， Xu Xiaodong

（College of Mechanic and Electrical Engineering， Tarim University， Alar 843300，? China）

Abstract：In view of the characteristics of the principle of “Principle of Automatic Control” course， the CDIO engineering education teaching mode is adopted. in the course teaching， the theory is linked with the reality， the course content is optimized， the experimental teaching is reformed， and the comprehensive training of the curriculum is integrated to stimulate the students enthusiasm for curriculum learning and cultivate students innovative consciousness， and teamwork ability， improve students professional skills and practical ability to achieve the training objectives of engineering application talents.

Key words：CDIO; Principle of Automatic Control; key courses; teaching reform