基于OBE-CDIO的测控专业人才培养方案探索*

徐小玲，刘　美

(广东石油化工学院，广东　茂名　525000)



基于OBE-CDIO的测控专业人才培养方案探索*

徐小玲，刘美

(广东石油化工学院，广东茂名525000)

针对我校测控技术与仪器专业发展现状，对当前仪器仪表产业人才需求及学校特色进行分析，制定专业“学习产出”，设计一体化课程，建立课程与培养目标之间的匹配矩阵，配以适应的基于CDIO的教学策略，实现预期的“学习产出”。最后，通过评估“学习产出”，考查学生知识掌握、能力培养以及态度养成的情况，从而进一步完善教学。

测控专业；培养方案；学习产出；CDIO

为提高应用型人才培养质量，我校提出了以成果导向教育(outcomes-based Education，OBE)理念为指导，深化教学方法改革，促进优势转化，提高教育质量，重新制定专业人才培养方案的要求。其中，基于OBE的教育模式是以预期学习产出为中心来组织、实施和评价教育的结构模式，主要有四个步骤：定义学习产出、实现学习产出、评估学习产出和使用学习产出[1]。通过设定预期学习产出，所有的教学计划和课程内容都是遵循“回溯式设计”原则，实现完整的匹配矩阵。而CDIO工程教育改革主要着力培养学生的基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力[2]。测控专业人才培养方案采用基于“学习产出”的工程教育模式，以CDIO工程教育改革实践为基础，制定专业层面的预期“学习产出”，通过一体化课程设计，建立课程与培养标准的匹配矩阵，确定课程层面的预期“学习产出”，并设计相适应的教学策略，实现专业层面与课程层面的实际“学习产出”评估[3]。

1　仪器仪表产业对人才需求分析

1.1仪器仪表产业发展及人才需求现状

在人类社会进入知识经济时代、信息技术高速发展的背景下，仪器仪表及测控技术得到日益广泛应用，经过近十年来的发展，我国已经成为亚洲除日本以外第二大仪器仪表生产国。然而我国仪器仪表仍处于发展中阶段，计量仪器仪表产业水平发展滞缓，大型和高档仪器设备几乎全部依赖进口，许多急需的专用仪器还是空白，中低档产品质量上还有许多难关需要攻克。产品差距主要体现在：(1)产品可靠性差。(2)数字化、智能化、集成化水平低。(3) 国内产品技术更新周期长，往往通过国外技术来实现新一代产品的更新。(4)产品精密度差。其中，科技创新及其产业化发展滞缓，是制约我国仪器仪表产业发展的一个瓶颈[4]。

在人才培养上，仪器仪表类专业发展的速度是空前的，在不到10年的时间内，其办学规模大约翻了两番[5]。但根据调查，我国目前仪器制造人才数量与国外差距仍然明显，缺乏高层次的复合型人才，缺乏熟悉、精通各学科交叉的综合型人才，特别是高端人才短缺已成为阻碍产业发展的瓶颈，这无疑也成为国产仪器仪表与进口产品差距的重要原因。因此，根据现代仪器仪表产业对人才培养的要求，测控专业应以光、机、电、算为学科基础的人才知识结构，培养基础厚、知识面广的宽口径人才，造就具有可持续发展能力的，适应性强，符合市场经济需要的人才。

1.2测控专业人才就业分析

广东石油化工学院是由广东省人民政府与中国石油化工集团公司、中国石油天然气集团公司、中国海洋石油总公司共建的本科高校，是石油石化行业人才培养的重要基地。2004年我校创办测控技术与仪器专业，根据学校办学目标，人才培养旨在使学生在具有专业理论知识的基础上，配以石化特色，使学生具有从事化工自动化仪表、计算机测控系统、先进工业网络控制研究、开发、应用和运行管理等方面工作的能力。从第一届毕业生至今，测控专业学生就业方向十分广泛，近三年测控专业学生就业情况如图1所示。他们或是进入石化企业，从事各种机械的专业检测及仪器维护，或是进入企业从事自动控制、自动化检测，或是在研发单位从事仪器仪表的开发和设计等，还有一部分学生开始从事仪器仪表的销售工作等等。

图1　近三年测控专业学生就业情况

近几年，由于大学的招生数量逐年增多，该专业毕业生每年呈上升趋势，但是，相关行业对毕业生的要求却没有呈现出增长势头，尤其是就业主体的国营企业，导致近年来测控专业学生就业艰巨，一些学生开始从事其他行业。另一方面，一些企业的市场竞争能力下降，导致其在生产、研发方面能力下降，企业效益滑坡，导致招收毕业生需求下降。于是，近几年IT行业成为测控专业人才的一个较大吸纳点。

1.3人才培养的反馈

通过用人单位反馈信息表明，测控技术与仪器专业毕业生相比于计算机、通信技术、电气工程等专业毕业生的优势表现在知识面较广、对不同岗位的适应能力较强。测控专业人才既适于从事仪器的开发与研究，生产制造，又适于仪器的使用维护等各个层面的工作。但在对企业中测控技术与仪器工程技术人员的调查评价中，当前测控专业教育中仍存在的一些突出问题：

(1)专业知识的储备与学习

除专业知识储备外，还应具有一定的机械加工、生产工艺、电气技术基础知识，了解控制系统的实际背景和主要应用。针对化工企业，要了解化工过程与工程技术行业的交叉学科知识。其次，理论知识与实际存在一定的脱轨，因此，要求毕业生有较强的学习能力，随时关注和学习专业范围内的最新科技成果，快速适应瞬息万变的社会节奏。

(2)创新能力和适应环境能力

对专业知识掌握不够扎实，缺乏较强的学习意识和对知识的消化能力，不具备丰富的想象力和创造力，分析和解决工程技术问题的能力较弱。欠缺运用文化和个人魅力形成团队凝聚力的能力，对工作的敬业、拼搏和合作的精神不够。

(3)语言、文字表达能力

现今的大学生自然科学的文字功底浅，对事件或具体工程技术状况表述不清、甚至词不达意，其次，还需提高外语水平，具备了解世界科技发展动态的能力。

(4)市场意识和市场需求分析能力

在市场经济社会中，工程技术人员的创新源泉大都来自市场需求，现今相当一部分工程技术人员对此尚未形成强烈、迫切的认识。也缺乏基本的经济分析和市场需求预测分析的教育与训练。

2　测控专业改革

2.1培养目标定位

结合学校定位，通过对教师、学生、校友、用人单位等利益相关者调查，测控专业采用基于OBE的工程教育模式，以CDIO工程教育改革实践为基础，参照《中国工程教育认证》“通用标准”[6]，制定专业层面的预期“学习产出”。即以电子技术、计算机技术、传感与检测技术、控制技术为基础，使学生掌握信息感知、处理、传输与显示的基本理论与方法，具有测试测量技术与控制工程方面的基础知识与应用能力，配以相应的石油化工特色，使学生具有从事化工自动化仪表、计算机测控系统、工业网络先进控制研究、开发、应用和管理等方面工作的能力。在知识和能力上要求学生：

(1)工程知识：能运用数学，自然科学，及工程基础与专业知识，具有构建工业测控系统经验。能熟悉建模、控制算法，能利用软件开发工业测控系统；能够熟悉传感器信号调理电路设计，能按性能指标需求设计测控电路，能独立绘制电路原理图、PCB图及调试硬件。

(2)问题分析：具有利用电路、复变函数、信号与系统、自动控制原理等理论知识分析测控电路、测控系统稳态、瞬态响应过程，调整电路或系统参数，并获得有效结论的能力。具有利用计算机原理、软件技术基础、复变函数、信号与系统、自动控制原理、计算机控制技术等课程知识分析工业测控代码性能的能力。

(3)设计/开发解决方案：能综合运用工业测控系统工程的基本理论和技术手段设计模拟、数字及功率电路，构建数据采集、信号处理系统；能利用定点数学、非线性校正补偿、PID、非线性补偿设计等知识进行底层测控软件设计。

(4)研究：针对复杂测控系统工程问题，能够依据科学原理进行设计和实施工程实验，并能利用初步的矩阵分析、数值分析理论对实验结果进行分析处理，能够采用科学分析方法对复杂问题进行研究，并通过信息综合得到合理有效的结论。

(5) 使用现代工具：能够针对复杂测控工程问题，使用Matlab、Cadence Orcad等技术获取相关信息，包括对复杂测控工程问题的预测与模拟，并理解其局限性；能使用科技文献检索、资料查询及其他现代信息技术工具获取相关信息；

(6) 工程与社会：了解与测控类专业相关行业的生产、设计、研究与开发、环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法津、法规，能正确认识工程对于客观世界和社会的影响；

(7) 环境和可持续发展:能够理解环境保护问题对社会可持续发展的重要性，在测控系统设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素；

(8)职业规范：具有良好的人文社会科学素养、有社会责任感和工程职业道德；重视生命和健康，掌握体育运动的一般知识和基本方法，形成良好的体育锻炼和卫生习惯，达到国家大学生体质健康标准。

(9)个人和团队：具有一定的组织管理能力、表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力；

(10)沟通：能够就复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括有良好的电路设计风格、代码编写风格和文档编写习惯，撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

(11) 项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。

(12) 终身学习：对自主学习和终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力。

2.2课程体系优化

课程体系作为实现培养目标的载体，是保障和提高教育质量的关键[7]。为实现培养目标，课程体系的优化主要通过分析课程与目标间的相互作用，建立课程与培养目标的匹配矩阵，建立课程与课程之间的交互作用关系矩阵，并设计相适应的教学策略，实现课程层面的预期“学习产出”。同时，确定课程对培养目标的支持程度，获取优化课程体系的依据。继而通过计算支持目标的课程多少和支持程度，来确定培养目标实现的程度[8]。

表1　测控专业培养目标与课程体系关系

表1从专业层面给出简单的专业培养目标与课程体系关系。课程体系从理论教学体系和实践教学体系两个部分进行设置。理论教学体系包括公共基础、公共选修、学科基础、专业领域四个层次；实践教学体系包括实践教学、专业技能、素质拓展三个层次。教学安排中[9]体现文理渗透、理工结合、学科交叉。在课程内容的优化上，删除课程间重复出现的内容，建立起紧密的衔接，内容上体现石油化工特色。在实践教学中，采用基础实验—专业综合实验—实习实训—项目实战逐步培养学生对工程问题的认知，及在信息监测和控制工程领域的设计能力，动手能力以及创新能力。同时在实践课程体系中，加强石化方向的工程应用能力培养。

针对具体课程，综合学生、专家、用人单位给出课程目标产出，将学习产出与知识点关联，形成矩阵整合课程[10]，修订课程体系。表2给出了传感器技术课程与课程学习产出的关系图，举证清晰显示培养目标的某一指标与课程模块的对应关系，并提出课程的设计、整合及评价方式。如表2所示，教学内容以项目设计方式来介绍传感器和测量电路的基本知识，来体现专业领域学习内容的普适性。考核环节采用包含笔试、操作、论文、答辩等方式，评估课程层面的“学习产出”。在实践类课程中，企业积极参与审核学生的实践实习环节、毕业设计的实践部分，提高学生对实习、实践环节质量，促使学生重视实践课程。

表2　传感器技术课程与学习产出关系

2.3理论教学改革和实践环节及工程训练

理论教学精选教学内容，每个知识点以项目为载体，系统化设计教学情境，采用CDIO工程培养模式[11]，培养学生工程基础知识、个人能力、团队合作和工程系统能力。例如根据传感器技术课程，每一知识点从典型检测对象着手，每个学习情境都安排不同检测任务，学生对传感器从内部到外部通过不同载体进行训练，进而完成整体电路设计和安装，实现学生技能的拓展和迁移，为学生可持续发展奠定良好基础。

在实践环节，针对培养目标，将实验分为信号检测与调制、数据处理、仪表设计开发及自动控制理论、计算机控制、网络化控制的设计开发等。在课程中提高设计性、综合性实验的比重。实验实施过程以问题为导向，以学生为主体，通过对实验的探讨，研究，让学生通过分析问题、解决问题来获取知识。加大管理力度，严格监管考核。并充分利用实验室资源，开辟第二课堂，实现专业理论课程与实践的巧妙过渡。同时，利用学校资源，积极邀请石化企业技术人员，讲授化工仪表，石油加工过程控制系统流程，相关DCS系统的应用配置、控制方案及组态等，缓解学生对企业生产不知晓的尴尬局面，为人才专业实践能力的培养提供了保障。

在工程训练环节[12]，与高校讲师相比，企业技术人员凭借丰富的现场经验可以对具体问题有针对性的讲解，将枯燥无味的理论通过视频、图片进行介绍，使理论更好地被学生理解和吸收。利用我校地处中国华南地区最大的石化基地的优势，积极推行学生在茂石化培训基地与现场交替生产实习，采用在茂石化仪表车间、石油化工协作检测基地、石油化工过程与装备状态检测与故障诊断研发中心进行定岗、定师傅的毕业实习模式，由技术人员根据实际班组任务，针对生产现场具体问题、案例进行讲授，将企业实际项目从构思、设计、实现在实习过程中实现全方位培养。

2.4“学习产出”评估

OBE是以结果为基础的教育，“学习产出”的评估尤为重要，评价分为课堂层面、专业层面和学校层面，涉及到同行、专家、学生和用人单位。主要通过确定的培养目标和专业标准，通过收集资料(教学日志、教育总结、学生反馈)，观察、测量学生的学习结果，通过不断分析、评价预期的学习目标与实际学习成果的差异，给出评估结果，附以评估证据。尤其注重学生的自我评价，培养学生自我管理意识和增强学生的责任感。在专业层面和学习层面，由用人单位，学生、校友及教师等从专业定位、培养目标、课程质量、课程考核、教学质量进行评价，重点考核学生知识增长，技能和能力的提高，实现培养目标、培养计划和课程内容持续改进，共同促进教学质量的提高和教学目标的实现。

3　结　语

本文通过对仪器仪表产业发展现状及人才需求分析，了解仪器仪表产业人才需求状况，同时，针对近几年我校测控专业人才就业情况了解，提出了测控专业仪器仪表人才培养方案的改进方案，采用基于OBE-CDIO的培养模式，制定“学习产出”，进行课程体系优化和课程教学改革，最后通过评估“学习产出”来促进测控专业人才培养。

[1]姜波.OBE:以结果为基础的教育[J].外国教育研究,2003,30(2):35-37.

[2]邹龙成.CDIO工程教育12条标准及其对院校教学评价的启示[J].继续教育,2015(4):51-52.

[3]张颖.CDIO与OBE专业培养标准制定比较分析[J].课程教育研究,2015(5):242-243.

[4]李杰，孙娜娜，李镇，等.德国应用技术大学的教学体系及其借鉴意义[J].北京理工大学学报(社会科学版),2008,10(3)：104-107.

[5]中国化工仪器网.2014仪器行业关键词盘点：人才缺乏[EB/OL].[2014-12-26].http://www.chem17.com/news/Detail/69180.html.

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[7]K.Takemata,A.Minamide,A.Kodaka,S.Nakamura,Engineering project-based learning under the CDIO concept[A].Teaching,Assessment and Learning for Engineering (TALE),2013 IEEE International Conference[C].2013:258-261.

[8]巩建闽,岳昌君.高校课程体系中课程之间关系的算法研究[J].德州学院学报,2009,25(6):45-51.

[9]杨书仪，毛征宇，赵前程.基于CDIO理念的测控技术与仪器专业人才培养方案探讨[J].当代教育理念与实践,2013,5(1):86-87.

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[11]E.Marasco,L.Behjat,Integrating creativity into elementary electrical engineering education using CDIO and project-based learning[A].Microelectronic Systems Education (MSE),2013 IEEE International Conference[C].201344-47.

[12]刘美,陈政石.测控专业化工仪表自动化专业方向人才培养研究与实践[J].仪器仪表学报,2010,1(8):195-197.

Exploration of Measurement and Control Technology and Instrumentation Training Program Based on OBE-CDIO*

XU Xiao-ling,LIU Mei

(Guangdong University of Petrochemical Technology,Guangdong Maoming 525000,China)

Aiming at the development of measurement and control technology and instrument specialty in GUPT,learning output of the specialty was set by the analysis on the talents demand of instrument industry and the characteristics of our university,the desired "learning output" was achieved when the matching matrix between training objectives and curriculum was established through the integration of curriculum design,and the teaching strategy based on CDIO was used.The knowledge,ability and attitude of student were examined to improve the teaching by evaluating "learning outcomes".

measurement and control technology and instrumentation;training program;outcomes-based education;CDIO

广东省高等学校高层次人才项目 (粤财教[2013]246号152);2014广东省高等教育教改项目(GDJG20142405)。

徐小玲 (1984-)，女,讲师/硕士,主要从事测控技术与仪器专业教学与科研。

刘美(1967-)，女，教授，博士，主要从事自动化学科专业教学与科研。

G642.0

B

1001-9677(2016)04-0139-05