智能时代基于CDIO的自动化专业人才培养研究

李占英 张海传 王延平 牛悦苓 张明昊

大连工业大学 辽宁大连 116034

自动化专业就业范围广，知识更新快，随着科技进步、人工智能的快速发展，毕业生就业即面临知识更新的现状，如何能保持人才培养的长效性、有效性？在“中国制造2025”的规划下，促使传统产业加快升级转型、加速发展新型产业等一系列的现状下，自动化作为现代工业产业中涉及知识层面较广的专业，如何实现既能夯实宽厚专业基础，又强化专业特色的人才培养，如何构建新的课程体系、实践体系、知识体系，注重能力培养，培养符合社会需求的高端应用型人才等一系列的教育改革与创新已经成为必须要解决的问题[1]。

2005年，CDIO(即Conceive，Design，Implement，Operate首字母缩写)工程教育模式被引入中国，对中国的工程教育产生了深远的影响。CDIO中文是构思、设计、实施、运行4个含义，即工程的构思设计研发到工程的实现、运行维护以及后续的废弃的4个层级，符合工程设计的4个层次，根据这4个层级进行专业课程设计，以工程背景为引导，建立相互支撑和联系的一体多翼的自动化专业课程培养体系，使学生变被动为主动、理论紧密结合实践学习工程的4个层级[2]。

以深度校企产研融合为平台，以协同创新、应用转型为指导，以CDIO模式为引导，深化自动化专业人才培养模式改革，由传统的“知识供给”转向“能力供给”，以学生为中心，针对不同的教育对象进行改革，不能照搬，以身作则，加大通识素质教育，构建主动学习、产教融合、协同创新的应用创新型工程人才培养教学体系，促进学生个体健康成长，实现由自然人向社会人的高度转化。因此，制订出一套以学生成长成才为中心，而又切实可行、符合本校学生特点的基于CDIO理念的自动化专业应用创新型人才培养教学体系对于自动化专业的发展和人才的培养具有重要意义。

1 现有专业教育存在的问题

随着通信、计算机、控制等电子信息技术的高速协同发展和交叉融合，自动化的各行业领域对人才的需求为能力为本的综合型、创新型人才，而目前大部分高校校企之间双向的信息交流较少，实践基地投入不足，教学内容陈旧，教学方法呆板，传授的知识老化，学生创新意识淡薄，专业基础不够夯实，专业特色不够突出，无法实现能力供给。因此，深化人才培养模式改革，加快实施创新驱动发展，具有一定的应用价值。

2 基于CDIO模式的自动化专业人才培养

从大连工业大学自动化专业培养体系改革为例，人才培养模式上以CDIO理念为核心，以工程技术为主线，选取紧密跟随技术发展的实际工程项目进行整合与分解，打破传统的三段式课程体系，将专业基础课与专业课进行科学、协同整合，注重学生的技术应用创新能力、强化解决工程现场实际问题的能力培养，由传统的“知识供给”转向“能力供给”，深度校企合作、实现产教融合、行动导向、协同创新紧密结合。构建基于CDIO理念的自动化应用创新型人才培养体系与支撑环境，建立多维度评价反馈平台。

2.1 CDIO模式的构思与设计

整个课程体系以工程应用项目为主线，把专业所需的知识、应达到的能力、应具备的素质等培养目标融入工程应用项目教学中。培养学生技能，使其能在学习阶段给自己寻找工程定位，主动分角色自己参与学习，充分发挥自己的创新思维，循序渐进地进入工程角色，将学习、研究和实践有机结合起来，形成一体化培养。通过“提出问题→设计实验→数据分析→得出结论”等环节，使工程项目从构思、设计、制造到完成。实现工程的CDIO全过程，按照由浅到深、由具体到抽象、由简单到复杂的原则，做到逐步认识、再认识的教学模式，安排设计项目和课程之间的关系，形成一体多翼的教学模式。提供学生创造性运用知识、活化知识和关联知识的平台，使学生亲自体验工程师的工作历程，培养学生自主学习、发现问题、解决问题以及创造性思维等能力，把知识与能力整合在一起，为适应社会打好基础。

以课程建设为契机，坚持“宽基础，重实践”，螺旋式提升学生创新实践能力和素质，设置相互嵌套、相互关联和相互支撑的课程体系，实施多元化的教学过程，让学生在学习学科知识的同时，把专业知识系统性与工程项目前后关联性融合起来，获得系统的建造能力及个人能力、人际交往能力等。

首批先精选专业导论、电路、模拟电路、数字电路、电机与拖动、单片机原理及应用、过程控制及仪表、系统建模与仿真、自动控制系统创新设计与实践、工程实训等几门课程，将理论与实践紧密地结合起来，积极调动学生参与CDIO教学的积极性，掌握自主学习的能力与态度。

图1 基于CDIO的人才培养流程图

2.2 CDIO模式的实施和运行

2.2.1 行动导向循序渐进教学

结合学生多方面特性，关注学生的兴趣和特长，以学生为中心，发挥教师在教学中设计者、组织者、咨询者、指导者的作用，培养学生专业能力、方法能力和社会能力，激活学生思维兴奋点，培养情感，参与在课堂教学中，学生不仅要进行认知方面的学习，同时也进行情感的学习，两者是密不可分的。因此，在注重学生智力训练的同时还要兼顾情感的协同，在学生的学习氛围中，把认知活动由最初发生的兴趣和快感引向思索和探索中去。在教学中，培养学生参与热情的方法很多，用贴近学生生活的实例引入新知，既能化难为易，又使学生倍感亲切，提出问题，设置悬念，能激励学生积极投入探求新知识的活动。对学生学习效果及时肯定，使学生充分展示自己的才华，不断体验学生解决问题的快乐，坚持这样做，使他们获得重重有益的情感体验，从而高效率、高质量地掌握所学内容。在课堂上注意让学生意识到课堂学习和实际应用的关系，有意识地将自己定位为一个电气工程师的角色(虽然有少部分学生将来不一定从事该职业，但大部分学生还是从事该职业)，这样，就能有意识地将所学各门课程知识点联系起来，在学习和生活中用所学习的知识理解和解决实际问题。这种意识的强化往往是教师容易忽略的，在教学实践过程中发现，不断提醒学生以后所从事职业的角色，会引导他们思考自己的人生发展方向，从而学生之间积极探讨现在所学知识和将来的关系，变被动地接受式学习为主动学习。

通过改变单一课程的行动导向循序渐进的教学[3-5]，来建立课程群的行动导向循序渐进的教学模式，用项目来贯穿，实现专业课程群的有机联系，做到逐步认识、再认识的教学模式，使学生亲自体验工程师的工作历程，为适应社会打好基础。

2.2.2 产教融合

尊重学生成长规律，将工程项目自顶向下多模块式分解，转化为教学内容，再将教学内容自底向上循序渐进引入到工程中，产教相融合。

改革课程体系，整合课程内容，建设优质核心课程、专业课程群； 改革教学方法。如在专业导论课程中，以一个工程实例入手，讲解所学知识与工程的联系，引导学生根据个人兴趣，寻找工程定位；在实践的学习中，充分发挥学生的创新思维，主动分角色参与学习实际工程的设计、仿真、制作、调试和改进的全过程，最终得到结果并进行展示和自我评价，不断进步，不断修正自己的目标，使其对创新有所储备，以适应国内应用创新型人才培养的严峻形势。

2.2.3 协同创新

构建协同创新教学体系，将协同创新理念贯彻到人才培养中。打造学、研、创一体化平台。以CDIO理念为核心，将实训、实践(实验)、实习、就业各个环节连接起来，建设高水平、立体化实践实训基地。低年级开展工程基础认知和基础工程训练，在各门实验实践课中产教融合，创新实验教学内容，建设精品实验实践课程，引导学生完成大学生创新实践项目，组织鼓励学生参加各类大学生学科创新竞赛等，教学中做到教师的行动导向、教师和学生之间的相互配合，做好多学科之间的协同创新。

校内外实习基地相结合，提升学生应用创新能力。深度校企融合，打造一流的校企合作平台，参与企业及科研院所等系统创新，提高科研创新层次。构建企业、高校产业创新链，建立一套长效的深度校企合作机制，建立产业教育创新联盟，构建产业教育创新链，提升专业竞争力和产业核心竞争力。

3 专业教学质量保障体系

学院内建设跨专业的教学团队，构筑应用创新人才培养保障体制，遵循CDIO构思、设计、实施、执行4个层次，细化落实人才培养的长效机制。打造课内外结合、校企结合、一体多翼、逐层递升的立体化人才培养平台，建立多维度评价反馈平台，实现开放办学，闭环培养。

图2 闭环培养体系

3.1 人才培养定位保障

为保证专业教学质量，以“求真务实、学以致用”为基本理念，把培养应用创新型高级专门人才作为根本任务，强调夯实专业基础理论、突出专业特色，人才培养侧重能力供给为主，课程教学必须突出应用性，紧密联系科技发展与地方经济的需要，结合自身优势，形成专业特色。

3.2 丰富的课程资源

建立完善的奖励和监督机制，鼓励教师多多打造“金课”，杜绝“水课”，开展多形式的课程资源，课程教学课件要能生动地体现工程实际，与学生可以更好地展开互动。具有完善的在线互动和课后答疑等环节，引导学生积极到实验室进行工程学习和探索。

交叉创新课程建设，围绕学科前沿，以专业研究方向构建了模块化跨专业课程体系；产教融合，科研成果进课堂丰富教学内涵，鼓励教授组建课程教学团队和带队指导参加学科竞赛，线上线下课程建设，制订教研成果和各类获奖的奖励细则，保障了这一新体系实施的课程资源支撑。

3.3 师资队伍保障

优化师资队伍结构，打造应用型人才培养的教学团队。跨专业跨学科引进实践经验丰富的教师组建教学团队，引进企业里具有丰富技术经验的高级专业技术人员、技术骨干等走进学校对教师进行短期或长期多样化的实践指导。同时也加大教师的实践培训力度，鼓励教师走进企业进行工程实操，增加教师的实践经验，提高“双师型”教师比例[6]。

3.4 实践教学现状及保障

首先，现在的实验教学方法较为呆板。学生在实验过程中基本是依葫芦画瓢，很少考虑实验的设计思路和方案。其次，实验教学内容陈旧。实验教学不能改变依附于理论教学的从属地位，开环系统实验多，闭环系统实验少，硬件和软件分离，各门功课实验装置及内容相互独立，交叉联系少。第三，实验设备陈旧，实践基地建设投入不足。实验室开放的时间和设备有限。第四，实验教材单调。最后实验教学考核方法不完善。鉴于以上种种不足，必须加大力度进行实践教学改革。

采取激励机制，鼓励与督促教师不断改革实践教学模式，使其朝着有利于学生实践能力发展的方向转变。首先改变教学方法，根据工程实例引导学生自行进行实验的方案、电路等方面的设计；改善实践教学内容，紧跟科技发展；鼓励教师开发虚拟仿真实践教学，加大实验室的开放，让学生有充足的时间在实验室进行学习和设计；改革实践教材，线上线下齐发展；改革实验教学的考核方式，设计、实操、答辩、创新等多样化考核。实验教学的考核重在对学生动手能力和解决实际问题能力的考核。考核指标应依据不同的实验性质制订不同的考核细则。

3.5 完善的评价反馈机制

学生成绩评价从单一的考核方式向多种考核方式转变，从过于依赖卷面成绩评定方式向综合考核方式转变。应特别注重体现学生在项目设计中的创新价值，提高创新性在考评成绩中的权重，同时积极鼓励学生将项目设计的成果申报专利、撰写科技论文或参加大学生创新创业竞赛活动，可大大提高学生的自主创新意识及设计兴趣。

4 结语

基于CDIO理念构建交叉融合、制度完善、激励成果的应用创新人才培养体系与支撑环境，使学生的工程素质有了一定的提高，最终实现人才培养与社会协同创新的转换。实践证明，基于CDIO模式的自动化应用创新型人才培养模式，对于提高学生的工程素质有极大的作用，学生创新能力、实践能力显著提升，省级以上科创竞赛获奖等级及人次显著提升，这也是目前在培养过程中最直观和直接的效果。设计各个环节之间的衔接问题，还需要进一步完善。