CD IO工程教育模式在《过程控制工程》课程中的探索与实践

2014-02-28宋文蕾

教育教学论坛 2014年1期

关键词：控制工程全过程工程

宋文蕾

（北华大学电气信息工程学院，吉林吉林 132021）

CD IO工程教育模式在《过程控制工程》课程中的探索与实践

宋文蕾

（北华大学电气信息工程学院，吉林吉林 132021）

CDIO工程教育模式符合当代工程教育规律及需求，在国内外多所高校推进。本文介绍了CDIO模式下《过程控制工程》课程在教学理念、教学方法和评价体系上的思考和探索，为CDIO模式教育教学工作提供参考。

过程控制工程；CDIO；主体意识；全过程

近十几年以来，随着科技进步、经济快速发展以及对外经贸交流的高速增长，社会对工科毕业生的需求量有所增加，对于毕业生的要求也不仅仅限于“掌握本专业相关知识”的层面上，而是越来越重视毕业生的工程项目掌控能力、团队沟通合作能力以及提高专业水平和创新的能力。这就对我们传统的以专业知识为中心的高等工科教育模式提出了挑战。寻求有效提高工程类专业学生的工程实践能力的合理途径，不仅是我国高等工科教育面临的严峻挑战，国外的多所教育研究机构也非常重视这个问题。2000年，由麻省理工学院等四所国外大学创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面[1]。2005年，CDIO工程教育开始引入国内，并得到了国家教育部的高度重视，并逐步在各层次院校推广。在自动化专业和测控专业的课程中，《过程控制工程》是自动化专业与测控专业的专业方向课，以控制理论为基础，以满足生产工艺为要求，具有学科交叉的特点，理论和工程实践联系紧密。在《过程控制工程》课程的教学过程中，教师发现以下两点突出的问题：①学生的实践知识和实践技能匮乏。学生对冶金、化工、电力等自动化和测控专业主要面向的培养领域的生产环境、装置、仪表、典型工艺流程等缺乏认知，学生掌握的知识、能力不能满足在工业生产日益国际化情况下的产品、流程及系统构思、设计、实现和运行的全过程的需要，理论与当前工程需求脱钩。②教学环节缺乏足够的学生主体意识。学生的主体意识应该体现在教育的全过程中，自然也应该体现在实践教育的全过程中。但是，由于现有教学方式和方法的限制，学生在实践教学环节（特别是实习、课程设计）中，往往从实践的对象到实践的手段都依赖事先制订的指导书，缺乏独立思考和解决问题的空间，缺乏实践的独立性和创造性，经过四年的教师主导的教育模式的积累效应，使学生很难养成实践的主体意识。这种不足，既不能实现工科教育培养优秀工程人才的目的，限制了课程的教学效果，限制了学生专业素养的培养和提高，降低了学生成功就业的机会，降低了学生迅速适应工作要求和工作环境的能力。

一、全过程工程案例教学方案的设计

根据CDIO工程教育的理念，学生应该通过工程项目的全过程具备工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。因此，必须在课程中融入符合实际的工程项目案例，以项目操作的角度，从项目的筹备、项目的运行到项目验收，根据项目进行的各个阶段情况以及教学大纲要求，实施对应的教学工作。所以，必须选择适合本科教学要求和水平的实际工程案例，将课程理论基础知识、相关学科专业的知识以及工程技术，通过案例的讲解和讨论教授给学生，以多样的教学手段和教学形式，激发学生的积极性，提高学生的各项能力。在这个过程中，特别要注意，必须始终保持学生主体意识，不能以教代学。在这个过程中，以全过程的形式将工程项目案例引入教学环节，CDIO教学的教学效果必须通过学生实际操CDIO全过程项目的结果来检验。在这个环节，要求学生按照工程项目的实际操作过程，以团队的形式（团队间是相互竞争的关系），来自行完成一个工程项目。项目执行的过程，可以帮助学生对已经学习过的理论和技能加深理解和熟练程度，形成团队意识，锻炼自主解决问题的能力。

二、方案实施

1.通过对相关专业毕业生的追访和在校学生现状的考察，结合相关行业工程技术人才需求现状及趋势，根据CDIO工程教育能力大纲，对现行的以专业为中心的教学模式的局限进行总结和分析。

2.针对1中存在的局限性，根据CDIO的理念和国内外已经成功的经验，对现行教学模式进行调整：①教学目标与大纲的调整，《过程控制工程》课程一门专业方向课，这门课的教学目标是让学生掌握工业生产过程控制系统的基本构成、工作原理、工程设计及实现方法，了解常见典型生产过程的特性及其控制系统的分析与设计方法，使学生初步具备过程控制系统的设计、调试和运行维护能力。将CDIO工程教育模式引入该课程的教学后，教学目标既包括专业知识要求，同时强调能力的提升，训练学生从安全可靠、节能环保的角度设计、分析、实现和评估过程控制系统的能力，同时熟悉对工程项目的开发的全过程。为此，需要对教学目标和教学大纲作相应的调整，使《过程控制工程》课程要求和目标与CDIO的理念相适应。②教学内容设计，为达到调整后的教学大纲的要求，教师要在授课过程中将理论知识的讲解结合工程项目实际案例，并进行分析和讨论，引导学生的思考，使学生建立工程的概念。课程实践环节，要要求学生在学习《过程控制工程》理论知识的基础上，完成一项包括构思、设计、实施、改进和展示全过程的团队研究项目，在合作中探索学习，提升四大能力，使学生体会发现和创造的乐趣。③教学方法设计，由于CDIO工程教育强调学生的能力的提升，需要增加学生执行项目和运作的时间，而总的学时基本维持不变，因此必须压缩授课学时。为了保证教学质量，需要对传统的授课方法进行调整：对简单易懂的内容采取学生自学和分组讨论的形式进行学习，培养学生独立思考和解决问题的能力，提高学生的团队意识；开展符合工程实际的案例教学和讨论，通过介绍专题背景资料，采用PPT、录像、专家讲座和现场参观等多种授课形式，鼓励学生与教师的互动，加大课堂信息量，激发学生兴趣，调动学习积极性，在基础理论教学的基础上，进一步提高学生识别、分析和解决实际问题的能力；将学生分组，以团队形式进行项目全过程实践；要求学生阅读一定数量的文献，并定期进行交流和讨论，形成知识的互补；建立基于“可行性”的评分标准，加大项目执行情况占成绩的比重，将实验、实习（项目全过程实践）成绩提高到期末总成绩的50%。④根据CDIO12条标准考察教学效果，建立CDIO工程教育模式教学效果反馈机制，及时总结CDIO工程教育模式在《过程控制工程》课程中应用的经验，对CDIO实践中存在的不足进行调整。