基于CDIO的大學(xué)生創(chuàng)新思維訓(xùn)練研究

鄭耐琴

摘? 要? 以自動化專業(yè)的過程控制工程課程為例，采用基于CDIO的雙閉環(huán)教學(xué)模式，外環(huán)將學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)置于教學(xué)全過程，突出學(xué)生主體地位，建立“教—賽—研”全程幫扶體系，內(nèi)環(huán)引入課程思政的隱性教育。該模式對隴東學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)效果顯著，滿足新時代工科領(lǐng)域人才培養(yǎng)要求。

關(guān)鍵詞? 新工科；CDIO；課程思政；過程控制工程；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）03-0104-04

0? 引言

2020年國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于提升大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新示范基地帶動作用進(jìn)一步促改革穩(wěn)就業(yè)強(qiáng)動能的實施意見》中提到要“提升高校學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，夯實國家創(chuàng)新能力基礎(chǔ)”[1]。教育部副部長吳巖（時任教育部高教司司長）在北大新工科論壇2021開幕式上指出：新工科是中國高等工程教育對世界高等工程教育給出的中國答應(yīng)，創(chuàng)新教育要貫穿于新工科人才培養(yǎng)的全過程，學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)必須滲透在專業(yè)教育中，教師的教學(xué)思想、方法、情感中應(yīng)增加創(chuàng)新觀念。培養(yǎng)的大學(xué)生不能只是一個“知識的存儲器”和“移動的工具箱”，培養(yǎng)的社會主義事業(yè)建設(shè)者和接班人是“價值理性視野下人格健全、品行端正的‘自由人” [2]。

過程控制工程課程主要通過對工業(yè)四大熱工對象的建模分析，采用自動化儀器儀表，運用學(xué)過的所有控制理論與方法，對工業(yè)過程中的系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，努力成為行家里手，養(yǎng)成工匠精神。地方高校隴東學(xué)院的過程控制課程存在以下需改進(jìn)的地方。

1）過程控制工程是一門理論與工程實踐相結(jié)合，設(shè)計性很強(qiáng)的課程，也是牽涉學(xué)科內(nèi)容最多、最難學(xué)、最難教的專業(yè)課程之一，在平時教學(xué)中缺乏針對性，學(xué)生主體地位凸顯不強(qiáng)。

2）新工科背景下，學(xué)生工程實踐能力和設(shè)計創(chuàng)新能力差。隴東學(xué)院在迎合新經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢、反映隴東地方經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前沿地帶和核心需求上需要協(xié)調(diào)好創(chuàng)新的發(fā)展觀、人才觀、課程觀和行動觀，培養(yǎng)立足地方創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的人才。

3）學(xué)生對此課程的思政教育不感興趣。在不改變專業(yè)課程本來屬性的基礎(chǔ)上引入思政元素，確保與專業(yè)元素相互融合；強(qiáng)化課程設(shè)計，教師要探索更多的教學(xué)手段與方法，強(qiáng)化思想和價值引領(lǐng)，合理地進(jìn)行課程設(shè)計，真正喚醒學(xué)生的認(rèn)同感。

設(shè)計、開發(fā)一套基于CDIO的雙閉環(huán)教學(xué)方案，如圖1所示。將CDIO的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（De-sign）、實現(xiàn)（Implement）和運行（Operate）融入教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及評價模式等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生獨立思考，以提高學(xué)生的創(chuàng)造能力。凝練課程思政內(nèi)涵，提升學(xué)生的時代責(zé)任感和愛國熱情。

1? 外環(huán)教學(xué)：基于CDIO的工程實踐教學(xué)體系設(shè)計

CDIO的一體化課程計劃（標(biāo)準(zhǔn)3）和一體化學(xué)習(xí)經(jīng)驗（標(biāo)準(zhǔn)8）強(qiáng)調(diào)“一體化”思想[3]。在教學(xué)中采用項目式教學(xué)方法，結(jié)合過程控制課程特點，融入CDIO理念，以一個項目為基礎(chǔ)，讓學(xué)生模擬企業(yè)硬件工程師的角色，按照項目構(gòu)思、系統(tǒng)方案設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)、系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)、作品成型的步驟培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐和創(chuàng)新能力。

首先，在課程引入時要讓學(xué)生了解過程控制工程的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)方法，即為什么設(shè)計過程控制系統(tǒng)，如何設(shè)計過程控制系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

其次，項目的實施依托教師科研或者各項學(xué)科競賽設(shè)計項目任務(wù)，依據(jù)圖2所示的教學(xué)規(guī)劃，控制CDIO生命周期規(guī)則，完成項目設(shè)計。在實施過程中，教師通過任務(wù)書的形式將項目任務(wù)提前布置給學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)項目任務(wù)分解的知識鏈接自由組隊，利用工程思維，不斷發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，尋找?guī)椭?，相互協(xié)作，共同完成設(shè)計任務(wù)。

最后，每完成一次系統(tǒng)的方案設(shè)計，系統(tǒng)仿真和優(yōu)化之后，提交項目設(shè)計報告書，通過項目匯報、答辯、學(xué)生自評和教師評價綜合評定學(xué)生的項目成績。該方案只是一個初步的思路，在具體的教學(xué)活動中，需根據(jù)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題不斷完善。

同時以學(xué)生為中心，教學(xué)、科研及學(xué)生工作三位一體的形式積極構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系。圍繞“互聯(lián)網(wǎng)+”復(fù)合型人才培養(yǎng)主旋律，將學(xué)生工程能力培養(yǎng)和服務(wù)社會思政教育相融合，經(jīng)過多年的探索與改革，初步構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐新體系，如圖3所示。

2? 內(nèi)環(huán)教學(xué)：課程思政設(shè)計

在單純的外環(huán)教學(xué)上未彰顯課程思政的隱性教育，在“立德樹人”根本任務(wù)的基礎(chǔ)上，缺少閉環(huán)反饋，沒有做到新工科與課程思政同向同行。所以在過程控制課程講授的同時需要再增加一個內(nèi)閉環(huán)，在“啟大智”同時兼顧內(nèi)部思政知識反饋環(huán)節(jié)，圍繞新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)和新模式，讓“引大道”教育學(xué)生成為一個自控意義下的內(nèi)部環(huán)節(jié)。在內(nèi)部環(huán)節(jié)作用下，專業(yè)課教師可以轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)知識的講授，通過學(xué)生對專業(yè)知識掌握情形的積極反饋，感知學(xué)生的專業(yè)知識掌握情形，積極調(diào)節(jié)專業(yè)知識點的講授深度與速度，實現(xiàn)良好的教學(xué)效果。通過課程思政項目，挖掘過程控制工程專業(yè)課程中思政教育資源，課程思政主題如表1所示。

教師、教材和教法直接影響新工科課程思政的實施效果，實施課程思政對工科專業(yè)教師來說既是機(jī)會，也是挑戰(zhàn)。專業(yè)課教師要轉(zhuǎn)變教師角色，激活課程思政項目，在提高教學(xué)質(zhì)量的同時提升思想政治素養(yǎng)。

3? 創(chuàng)新評價考核體系

為充分激發(fā)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力，結(jié)合隴東學(xué)院軟硬件資源，建立自動化專業(yè)“教—賽—研”體系。學(xué)科競賽是連接教學(xué)和科研的紐帶，通過“教—賽—研”，教師不僅可以協(xié)調(diào)好科研和教學(xué)的矛盾，還可以激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新力?！敖獭悺小敝懈傎惖闹黧w是學(xué)生，學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變成“我要學(xué)習(xí)”；主導(dǎo)是教師，教師可以隨時關(guān)注學(xué)生，師生互動加強(qiáng)，實現(xiàn)全過程育人。為保障“教—賽—研”教學(xué)模式的開展，做出以下改進(jìn)。

3.1? 改革現(xiàn)行的課程考核體系

為凸顯應(yīng)用能力的考核，需要對現(xiàn)有的單一考核模式進(jìn)行改進(jìn)，突出考核的實用性和實踐性。考核內(nèi)容重知識更重能力，例如：在考查自動化專業(yè)學(xué)生理論知識的同時重點培養(yǎng)其理解能力、系統(tǒng)設(shè)計能力、軟件應(yīng)用能力、創(chuàng)新設(shè)計能力以及溝通表達(dá)能力、團(tuán)隊精神等綜合能力與素質(zhì)，所以課程的考核相比于之前考試的大量客觀題，調(diào)研報告、技能訓(xùn)練、實驗測試及過程考核比重增加。

3.2? 建立學(xué)科競賽機(jī)制

學(xué)科競賽是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的動力， 建立學(xué)生參加學(xué)科、行業(yè)競賽活動的新機(jī)制，學(xué)院加強(qiáng)師資支持、經(jīng)費支持和心理支持，極大提高師生參加各類競賽的積極性和主動性。另外，設(shè)置競賽專門學(xué)分，如表2所示。

應(yīng)用型地方高校要服務(wù)當(dāng)?shù)爻青l(xiāng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，通過調(diào)研地方企業(yè)，了解用人需求，開展就業(yè)創(chuàng)業(yè)實踐，整合校企資源，以培養(yǎng)滿足產(chǎn)品市場需求的學(xué)生為目標(biāo)，產(chǎn)學(xué)研用緊密融合，在過程控制課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計過程中貫穿市場人才技能需求，畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容要針對行業(yè)、產(chǎn)業(yè)急需解決的問題，采用“真題真做”模式，構(gòu)建良性互動畢業(yè)設(shè)計與產(chǎn)業(yè)需求的閉環(huán)系統(tǒng)。同時與慶陽石化、甘肅電器科學(xué)研究院建立校企合作關(guān)系并簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，為學(xué)生提供優(yōu)質(zhì)的一線專業(yè)知識和現(xiàn)代化的實訓(xùn)課堂，為地方社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展培養(yǎng)出更多更好的應(yīng)用型人才。安排學(xué)生赴國家電網(wǎng)許繼集團(tuán)、崇信電廠、西峰330變電所等企業(yè)開展專業(yè)實習(xí)活動，有助于學(xué)生將所學(xué)專業(yè)理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，為學(xué)生就業(yè)奠定堅實基礎(chǔ)。

隴東學(xué)院近幾年取得《基于示教再現(xiàn)與主動跟隨家庭助手機(jī)器人設(shè)計與實現(xiàn)》等國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目4項，省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目《基于自動化專業(yè)的職業(yè)信息與行業(yè)需求的數(shù)據(jù)挖掘與動態(tài)數(shù)據(jù)庫建設(shè)》等8項，指導(dǎo)學(xué)生完成校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目若干項，先后完成四旋翼飛行器、六自由度雙機(jī)械臂辦公機(jī)器人、330 kV變電站室內(nèi)巡檢機(jī)器人、800 kW燃燒機(jī)、室內(nèi)自主巡檢消防機(jī)器人、花椒收采烘干整套設(shè)備、三軸建筑機(jī)器人等原型機(jī)研制。

4? 結(jié)束語

新的社會環(huán)境和經(jīng)濟(jì)形式要求高校培養(yǎng)創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，地方高校在新工科背景下面臨轉(zhuǎn)型發(fā)展。CDIO教育模式倡導(dǎo)以工程為背景，以項目為載體，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力等為目標(biāo)，符合當(dāng)下社會發(fā)展需求。將CDIO基本理論與隴東學(xué)院過程控制工程課程特點相結(jié)合，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神，提高學(xué)生的工程實踐能力。2019—2020年，學(xué)院16項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)作品參加國家級省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，其中1項獲國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，9項“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目獲準(zhǔn)省教育廳立項；參加全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，獲得省級一等獎1項，二等獎4項；參加首屆“甘青寧”高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，獲二等獎1項、三等獎2項；組織培訓(xùn)150多人次參與到學(xué)科競賽中，獲省級獎勵15項。

5? 參考文獻(xiàn)

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