基于CDIO的自动控制仪表课实验教学

李珍

实验教学是测控技术与仪器专业人才培养重要组成部分，是提高学生就业竞争力的重要手段。实验教学对提高学生的工程应用能力、独立性、合作精神和创新精神具有积极的效果。

目前，我国高等院校培养的测控方面的高技能人才毕业后不具备马上就任工作岗位的职业技能水平和职业行为能力，这主要是与当前高等院校课程体系和教学组织方式有关。将CDIO工程教育模式引入测控人才培养过程，使学生在课程学习过程中参与设计、实施、检查和评价的行动教学与CDIO培养学生的通识能力相结合起来，从而为学生后续自我技能发展打下良好的基础。我们在自动控制仪表课的实验教学中，遵循CDIO以工程项目设计为导向、综合工程能力培养为目标的教育模式，优化实验结构及实验环节、强化协作能力、革新考核评价机制。实践结果表明，上述改革措施使学生的综合能力得到提高，取得了良好的教学效果。

CDIO工程教育模式是由美国与瑞典等四所工学院从2000年起开始探索，经过4 年的研究创立起来的。CDIO是构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）四个英文单词的缩写，它是“做中学”和“基于项目教育和学习”（Project based educati on and learning）的集中概括和抽象表达。它以工程项目为载体让学生主动参与实践，在实践过程中培养学生的岗位职业技能和职业行为，从而有效地实现人才培养目标。

一 教学中存在的问题

自动控制仪表是我校测控技术与仪器专业的一门专业方向选修课，是一门和生产实际联系非常紧密的一门课，需要通过实验教学环节验证课程开设效果。目前，高等院校的实验教学多数是对课程规定的单个实验检测方法操作的训练。这虽然对学生从事测控岗位职业技能的培养起到一定作用，但对学生的综合运用能力和创新能力没起到应有的作用。具体表现如下：

第一， 实验内容偏重验证性实验，缺少设计性实验。目前，大多数实验项目以验证核心理论知识为主，学生只需按部就班接线，观察记录实验现象。这种实验教学模式很难真正培养学生的动手能力和创新能力。

第二，教学方式和考核方式单一。传统的教学方式是教师讲解实验原理及实验要点，学生在老师的指导下完成实验。教师根据提交的实验报告考核实验情况，忽略了实验的具体过程。

第三，实验环节薄弱。实验环节只作为理论课程的辅助部分，没有形成完善的实验教学体系。实验后，学生仅加深了对相关知识的理解，缺乏对知识的深入掌握及应用，尤其是缺乏启发其在工程系统设计中的应用。有些学生因此觉得课程枯燥乏味，失去学习的兴趣和动力。

第四，缺乏团队合作意识的培养。验证性实验项目内容简单，强调学生独立完成，这样不利于团队合作意识的培养，不适应现代企业对工程人才的要求。

二 教学改革思路

第一，调研周边企业测控方向的实际需求，结合教学大纲，合理设置实验项目，使实验项目能够尽可能地贴近企业生产实际。

第二，遵循CDIO以工程项目设计为导向、工程能力培养为目标的教育模式，优化实验结构，增加设计性、综合性、创新性实验项目内容。实验的设置要体系化，充分体现企业生产过程的各个环节，通过实验使学生初步掌握整个生产流程中的关键问题。

第三，项目以团队合作形式完成，增设项目讨论、项目报告等教学环节。培养学生合作意识、项目管理能力、组织能力、语言表达能力等个人能力及团队能力。贯彻以学生为主体的思想，每个实验过程充分发挥学生的主观能动性，通过实验调动学生对专业的兴趣和主动解决问题的积极性。

第四，通过对实验效果的分析，发现教学工作中存在的问题，提出相应的改进意见。

三 教学改革的实施

我校的机电检测教学实验中心为学生提供了良好的实验环境和条件，提供了必备的实验设备，如传感器综合实验台、速冻自动制冷系统、双踪示波器、信号发生器、直流电源、万用表以及常用的工具以便学生及时申请仪器使用，完成设计任务，确保了教学改革的顺利完成。

自动控制仪表实验课程中开设的设计项目属于CDIO教育模式中的三级项目。学生作为完成项目设计的主体，进行项目管理、构思、设计、实现， 指导教师进行项目指导，双方形成积极的互动。

学生以团队合作形式选择不同项目，明确项目的设计需求，对项目进行分析，建立目标指标，对各种不同解决方案进行讨论交流以及可行性分析，选择最优设计方案。除规定的基本要求外，学生可提出自己的观点，增加项目的新功能。培养学生的团队合作能力、工程系统能力及自主创新能力。

设计阶段是进行系统级设计及系统的详细设计。系统级设计主要是指各个功能模块的描述以及模块之间重要的交互关系的说明。系统的详细设计包括传感器的选择、电气原理图设计、系统的性能分析优化。培养了学生自控系统设计、分析等工程基础知识及项目设计能力。

实现阶段要求学生对构建的实际控制回路进行调试和测试。学生应掌握相关设备的使用和操作，利用示波器等设备进行功能和性能测试，调整系统的PID参数、上下偏差值、最大输出值等，直到满足项目设计要求的指标。

调试成功后，进行系统演示及项目验收。各项目成员演示并介绍项目设计情况，展现设计成果，让学生之间进行互相学习、互相吸取经验、互相评价。采取自评和互评的方式进行项目评价，打破了以往只由老师进行评价的方式。丰富了教学方式，培养了学生的语言表达能力。

项目验收后，要求撰写项目设计技术报告，培养编写技术文档的能力。报告的内容包括项目目标、设计方案、系统回路及工作原理、结果分析、设计创新点、设计过程中存在的主要问题及解决方法等。从而培养了学生的写作能力。

通过实验项目的构思、设计、实现和运作，使学生深入掌握相关工程基础知识的同时， 培养了学生的个人能力、团队能力和工程系统能力，达到CDIO模式的培养目标要求。

四 教学改革的效果

基于CDIO以工程项目设计为导向的工程教育理念，调整和优化了实验结构和实验内容，教学方法和教学思路上也进行了优化和创新，丰富了实验教学形式。从实验内容、实验要求、教学形式、考核方式及能力培养等方面都做了很大的改进，在注重学科基础知识的情况下，更加注重学生的团队合作能力、工程能力、创新能力的培养，符合CDIO工程教育理念的要求，也符合现代企业对人才培养的要求。具体改革措施在测控技术与仪器专业中实施，学生表现出高度的积极性，顺利完成了项目设计及实施，相应能力得到提高，取得良好的教学效果。

总之，本文分析了目前高校实验环节普遍存在的现象，探讨了基于CDIO理念的自动控制仪表课实验教学新模式，从课程结构、实验内容、教学形式、考核方式、能力培养等方面进行改革。实践结果表明，在自动控制仪表实验课程中采用以项目设计为导向的CDIO教学模式，较好地培养CDIO所要求的四大能力，即学生作为工程师必备的工程基础知识，协调沟通能力、创新思维、语言表达、文字写作等个人能力，项目组织、设计、开发和实施的工程系统能力，良好的团队合作能力，取得了良好的教学效果，对同类课程教学的改进具有一定的借鉴意义。

参考文献

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[3]吴勤勤.控制仪表与装置（第3版）[M].北京：化学工业出版社，2007.