面向解决复杂工程问题的自动化专业实践能力培养体系研究

尹航

摘要：实践能力的培养不仅要从现代企业对人才的需求标准方面来考虑，还需要结合自动化专业的特点以及学校对人才的教育目标等因素。笔者以CDIO-OODA的教学模式为基础开展实践类教学，建立了自动化专业的实践能力培养体系以提高学生实践能力。

关键词：复杂工程  自动化专业  实践能力

中图分类号：G718.5

为加强对学生解决实际问题能力的培养，笔者通过分析OBE、CDIO以及工程教育认证等模式，建立了培养自动化专业学生实践能力的体系。框架如图1所示。

一、对复杂工程问题及实践能力的界定

（一）复杂工程问题

（1）问题是实际存在的且和自动化专业相关的。（2）用常规方法无法解决，具有不确定性，随时可能变化且发展没有规律遵循，可能被已知因素或者未知因素影响。（3）需要用丰富的专业知识进行深入的分析才有可能解决。（4）解决问题的工作开展面临很多约束，对技术的要求较高，需要符合多种指标且各指标间可能相互矛盾。（5）解决问题需要同时掌握多门课程的知识，使用单一的课程知识无法解决。

（二）需要的能力

针对复杂工程问题的内容，并结合目前解决这些问题的现状可以了解，需要培养学生多方面的能力才有可能解决这些问题，主要包括：（1）学生要有敏锐的思路，有发现问题、正确提出问题的能力。（2）有较强的逻辑思维，能够通过调查以及研究相关资料独立的分析问题。（3）有丰富的知识体系，掌握多种理论与专业技能，能够对工程进行设计。（4）掌握多种工具的使用方法，有多种技术实践能力。（5）有良好的沟通能力，可以熟练的使用交流工具，有团队协作意识。（6）在实践中可以综合环境、社会发展等因素进行创新。

二、反向设计

（一）实践类课程内容的反向设计

当了解了复杂工程问题包含的内容，就可以根据解决这些问题需要的知识体系设计教学内容，课程从简单逐渐变的复杂，使学生能够循序渐进的掌握知识。比如学习嵌入式系统时，可以先让学生了解关于这个系统的基本知识，然后布置一项规模较大的作业，并根据学生对知识的掌握情况设定最低完成目标;然后在实验课程中指导学生完成大部分的作业 ^[1]。按照嵌入式系统的教学计划，实验类课程的学时在总学时中的比例应该约为25%，其中验证试验的学时在实验类课程的总学时中占比为20%，设计试验占比为60%，创新试验占比为20%，并且根据每年的技术改进，实验课程的内容也要进行优化。

（二）实验类课程的配套教材

实验类课程的配套书面教材和操作工具等需要根据教师以及实验人员的设计，结合专家的建议以及生产厂家的意见选择，要考虑到设备是否实用、是否先进等，综合多种因素将意见完善后再由厂家生产^[2]。以北京科技大学为例，其自动化专业的配套实验设备有一百余套，其技术成果获得多个奖项。

三、CDIO-OODA模式的正向实施

（一）CDIO-OODA模式

从宏觀角度看，CDIO模式中C表示构思，即教师提出一个工程问题，鼓励学生自己查找相关资料，并通过小组形式进行讨论和构思，设计项目方案，教师在此过程中给予指导和建议;D 表示设计，学生根据项目设计需要的硬件、软件、计算方法等内容，并将方案制作成报告，教师对报告内容进行评价和指导;I 表示实施，指学生给通过实验来检测项目方案的可行性，教师对此进行指导;O表示运行，学生根据实验结果完善方案内容，教师设置干扰因素对方案进行检测。从微观角度看，OODA的四个步骤是对CDIO的分解，O表示观察，与CDIO中代表构思的C程序对应，通过观察现场及相关文献了解项目有关内容，制定需求分析;第二个O表示确定，对分析报告进行研究并完善，调整相关内容;D表示决策，确定方案内容;A表示执行，是将方案进行最后的优化并形成报告。因此，CDIO的四个程序和OODA的四个步骤是相互对应的，将整体项目方案的制定形成了一个完整的周期，以此解决复杂的工程问题。

（二）丰富实践教学的方法

实践教学过程中，学校可以通过多样化的方式来开展教学工作，比如将较难的内容安排到课外时间来研究，将实验室对学生定时开放以满足学生的需求;或者将理论与实验相结合进行教学，培养学生手脑并用的能力等。通过各种可行的方法来加强实验教学的效果，为学生提供实践机会，还可以增加多媒体信息支持，比如微信公众号等为学生提供广泛的知识内容供其学习。

四、结束语

CDIO-OODA 为基础的实践能力培养体系吸取了多种优秀的教育理念，从企业对人才的需求以及学校的教学目标出发，结合自动化专业的特点，通过多样化的实验教学手段有效提升学生解决复杂工程问题的能力，更培养了学生的创新意识。

参考文献：

[1]谢胜利， 李卫军， 蔡述庭，等. 以复杂工程问题解决能力培养为导向的课程体系改革——以广东工业大学自动化专业为例[J]. 高教学刊， 2017（22）：4-9.

[2]李艳， 王海梅， 吴益飞，等. 面向复杂工程问题解决能力的多元化实践教学体系构建[J]. 文教资料， 2017（1）：186-188.