基于CDIO的项目教学法在集散控制系统课程中的应用

◆卢均治

作者：卢均治，广东石油化工学院自动化系讲师，主要从事自动控制原理及应用研究（525000）。

CDIO是国际工程教育与人才培养的创新模式。2000年10月以来，由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等四所大学组成的工程教育改革研究团队提出、并持续发展和倡导了全新的CDIO（Conceiving-Designing-Implementing-Operation）即构思—设计—实现—运行的工程教育理念和以能力培养为目标的CDIO理念，并于2004年成立了CDIO国际合作组织。CDIO模式强调综合的创新能力，与社会大环境的协调发展；同时更关注工程实践，加强培养学生的实践能力[1]。

CDIO的理念是：以尽可能接近工程实际，涉及技术、经济、企业和社会的团队综合设计大项目为主要载体，结合专业核心课程的教学，使学生在CDIO的全过程中不断地在一名现代工程师应具备的能力与素质方面得到全面的训练和提高。

目前，我国工程教育普遍存在强调理论学习，不重视工程实践的问题。引入CDIO的先进理念，对我国的工程教育具有重要意义。因此，如何使CDIO理念得到有效的贯彻和实施是学生培养中面临的一个重要问题，也是日常教学中要引起思考的一个问题。

本文在CDIO理念指导下，结合集散控制系统课程特点，对具有工程应用背景的项目教学方法进行了有益的探讨。

1 CDIO能力大纲

CDIO教学模式以产品从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间存在有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲如表1所示，对受教育者所要达到的能力提出四个层面的要求。为了使这些要求具有可操作性，CDIO还制定了实施和评价的12条标准[2-3]。因此，把CDIO教育理念引入课堂教学时，可以根据这12条标准实施教学过程以及进行相应的质量评价。

表1 CDIO能力培养教学大纲考察内容

2 集散控制系统项目教学

集散控制系统是自动化类专业的一门主要专业课程。集散控制系统是以微处理器为基础，综合运用计算机技术、图形显示技术、信息处理技术、网络通信技术和自动控制技术，对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的一种计算机综合控制系统。集散控制系统是一门应用性很强的技术，但在一般课堂教学中，集散控制系统课程主要从理论上介绍系统的相关内容、软硬件结构；列举几种型号的集散控制系统，进行具体讲解；最后，如果有相应的实验设备，还会根据课程中主要的内容，让学生做几个独立的实验。这样下来，学生虽然理论知识看起来可能掌握得不错，但会对其所学的知识产生零碎感，并且这些知识没有实际的“落脚点”，会有很“虚”的感觉。因此，其所掌握的内容来得快，遗忘得也快，最后所剩无几。

引入CDIO教育理念以后，可以采用基于工作过程的教学模式和教、学、做相结合的项目教学方法，来进行课堂教学。这种基于工作任务完成所需而组织与安排的课程内容，打破了传统教学理论与实践的界限，为“教、学、练、做”一体化教学奠定了基础[4]。

根据课程的教学大纲、教学内容以及课程特点，选择有工程背景的项目链条炉集散控制系统设计为例，进行项目教学。根据项目目标，按照工艺和设计要求，把该项目分为四个相对独立的小项目，从完成每个小项目入手，及至完成整个项目。

课堂中讲解知识时切入所对应的小项目，这样课本内容完成的同时，小项目也基本完成。集散控制系统项目的完成除了集散控制系统课程本身所涉及的内容外，还包括很多过往期所学的专业课或专业基础课上的内容。例如：项目里的控制方案组态，组态的内容是新学的，但控制方案的设计与选择就涉及自动控制原理、过程控制、现代控制理论等相关课程的内容。这些都需要在完成小项目的时候进行串讲复习，唤起学生对这些知识的回忆。此外，项目的完成是要尽可能接近企业实际工程项目的完成过程，所以实际工程项目的完成流程、期间要涉及的项目文档等内容，也是需要进行专题讲解的，或引导学生进行课外资料收集。这样才能保证小项目的完成，也就保证大项目的最终完成。

在课堂进行过程期间，设置与课堂小项目内容相同的实验内容，让学生亲自动手，独立完成每个小项目，加深学生对所学知识的理解。在课程最后，引入几个不同的项目，把学生分成几个小组，让每一个小组的学生分工协作、共同完成一个项目。这个最后项目的完成，以学生为主导，学生遇到什么问题和困难，鼓励学生自己查找、查阅相关资料，找出解决问题的方法。教师主要起引导学生如何解决问题的作用。学生在掌握、运用知识的同时，自我解决问题，自主学习的能力得到锻炼，团队精神也得到加强。

项目完成以后，还可以成立以任课教师和学生代表组成的答辩小组，让每个项目小组的学生都进行项目答辩的过程。通过答辩，可以进一步加深学生对项目内容的理解与掌握；可以锻炼学生的语言组织能力与表达能力；还可以方便教师对小组成员进行评价，减少滥竽充数的情况发生。

整个课程下来，学生就会对所学知识有一个系统的、全面的理解，也不会再产生“零碎感”；对知识的用途和去向有清楚明白的了解。学生的各种能力也在这个过程中得到有效锻炼。

上述的项目过程只是模拟企业里完成项目的过程，毕竟与企业实际完成项目的过程有区别，还达不到“实战”的状态。因此，利用校企合作的机会，在学生到企业进行生产实习的时候，邀请企业技术人员对学生进行集散控制系统的专题讲座，内容可涉及企业集散控制系统项目如何从立项到投产运行的一系列过程。讲座结束以后，紧接着安排学生到现场实地参观、了解企业集散控制系统的运行情况。条件允许的情况下，还可以进一步安排学生进行相关岗位的顶岗实习。通过在企业的这段时间，使学生的工程能力得到更加有效的锻炼和提高，能够完成企业实际的工作任务，实现个人能力与岗位要求的“接轨”。

3 项目教学与“卓越计划”

广东石油化工学院电气及其自动化专业已经成为“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）试点专业。“卓越计划”是2010教育部启动的一项着力提升学生的工程素养，重点培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力的培养计划。“卓越计划”与CDIO虽然内容表述不同，实施过程也有不同，但其核心思想都是为了更好地培养学生的工程能力。

“卓越计划”中有一个重要的要求是参加该计划的学生，在大学四年中必须累计在企业实习满一个学年。这就对试点专业的校企合作提出一个很高的要求。因此，可以把前文提到在集散控制系统课程结束后安排学生到企业进行参观、实习的内容，纳入到“卓越计划”的实习教学安排中来。这样就可以从整个专业培养的角度来进行这一块实习内容的最优安排与设置，增加了实习安排的可操作性。所以，项目教学延伸到企业实习阶段，既丰富了CDIO理念的实践内容，又使“卓越计划”得到更充分的实施。这对“卓越计划”的推广与执行落实也具有一定的意义。

4 结束语

根据集散控制系统课程特点，采用基于CDIO理念的项目教学法，很好地满足工程教育的发展要求。教学实践表明，该教学方法把“教、学、练、做”有机结合起来，有助于学生更好地掌握课程知识，更好地理解课程内容，能把课程理论知识跟知识的实际工程应用有机结合起来，有利于学生工程实践能力的培养。此外，根据“卓越计划”注重实践能力培养、注重课堂教学与企业职业能力要求的联系的理念，项目教学法也有助于“卓越计划”的具体实施。■

[1]康全礼,陆小华,熊光晶.CDIO大纲与工程创新型人才培养[J].高等教育研究学报,2008(4):15.

[2]郭小勤,曹广忠.基于项目的CDIO理念在课程教学中的应用[J].实验科学与技术,2010(3):84.

[3]陆小华,熊光晶,陈珠琳.设计导向的工程教育改革理念[J].高等工程教育,2007(6):83-87.