应用CDIO模式的“化工仪表及自动化”教学改革

齐 洋

（宁夏工商职业技术学院，宁夏 银川 750021）

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），核心教育理念和教学方法是“做中学”和“基于项目的学习”，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习课程。学生将理论学习与实际应用相结合，在学习认知的基础上进行自我反思，并在此过程中不断获取知识，调整学习方法，达成学习目的。CDIO教育模式可以提高学生的基础知识水平、职业技能水平、人际交往和团队协作能力[1]。为提升“化工仪表及自动化”课程的教学效果，运用CDIO教学模式进行以自动控制系统设计为手段的教学改革，取得了显著成效。

1 “化工仪表及自动化”教学中CDIO模式的实施

1.1 在教学中应用CDIO模式的必要性

首先，职业教育有其鲜明的特点，职校学生入学时的理论知识学习能力相对较弱、基础知识不扎实、在校学习时间短（一般为2.5学年在校学习加0.5学年社会实践），学生其实很难兼顾理论知识学习与技能训练。其次，现代工业的发展速度越来越快，知识和技术的更新速度也越来越快，学生在学校学习的知识和技能可能很快就“不够用”了，出于职业发展考虑，应该重视对学生学习能力的训练。最后，现代工业的发展对技术人员的知识灵活应用能力、合作能力的要求越来越高，应该在教学过程中培养学生灵活解决问题的意识和合作意识。所以，教学要从教学生“知其然”向教学生“知其所以然”转变，否则无法满足企业的需要。

职业学校如果在建设一门课程时，盲目追求相关理论知识的面面俱到，是很难实现培养目标的。所以，课程建设应该着眼于帮学生搭建一个具有开放性、可以不断进行拓展延伸的知识（技能）体系框架，让学生可以根据将来工作的实际需要，通过自学等方法完善知识体系。应该实施一系列教学项目，使学生在学习知识和技能的同时不断思考：“我学的是关于什么工作的知识（技术）？”“我学的知识（技术）还可以用来做什么工作？”“我还可以做哪些相关的事？”“如果我想要解决一个更难的问题，还需要补充哪些知识（技术）才可以？”学生在完成学习项目的过程中持续不断地思考，不断完善自身的知识（技能）体系框架，对自己的专业形成清晰的认识，对工作和学习形成清晰的思路，将来走上工作岗位，就能较好地适应自己的工作，也能较好地适应现代工业的发展[2]。

CDIO教学模式强调学生的参与性与思考能力的锻炼，在学习过程中，注重培养学生的学习能力、表达能力、团队合作能力、批判性思维等综合能力，大大提升教学效果。在教学过程中，教师要求学生以小组为单位，在完成设计任务的过程中，学习自动控制系统基础知识，建立自动控制系统知识体系框架，从中建构自动控制系统设计方法与流程，积累解决问题的经验并加以运用，提高知识迁移能力[3]。在小组学习中鼓励学生相互交流，加强团队合作意识。在教学过程中应用CDIO模式，符合职业学校课程建设的要求，能满足企业对技能人才的需要。

1.2 应用CDIO模式解决课程内容覆盖面广的问题

“化工仪表及自动化”课程内容分为两个部分，即检测仪表和自动控制系统。一般将知识划分为17个章节，知识点比较多且涉及面很广，虽然内容上存在关联，但仍给学生学习本课程造成了很大的困难。根据对以往学生学习情况的分析发现，有一部分学生在测试中分数非常低，主要是理不清楚知识脉络，弄不懂教师讲授的是哪部分内容，不明白学习这些知识点的用处，甚至因此早早放弃学习。所以，如何将这些内容整合在一起，成为老师授课时必须要面对的问题。

“化工仪表及自动化”课程的教学目标，是使学生了解并学会使用自动控制系统。所以，应用CDIO模式，在教师的指导下，学生亲手设计、搭建一个自动控制系统，能够使学生更加深刻地理解自动控制系统，更好地应用自动控制系统。当然，鉴于完整的自动控制系统设计非常复杂，不是非自动控制专业的学生能够完成的任务，在确定设计任务和设计方案时，可以忽略所有细节，只要控制原理讲得通即可。

1.3 应用CDIO模式提高学生学习兴趣

目前，高职招收的学生有一个普遍的特点，就是在理论知识学习方面的能力偏弱，遇到“化工仪表及自动化”这样理论性比较强的课程，会产生畏难心理，往往在学习一段时间以后感到枯燥、困难，部分学生开始信心动摇，产生“我肯定学不会这门课”的想法，想要放弃。

在课堂中融入CDIO教学模式，可使原本单调、枯燥、无味的课堂充满活力，配合小组教学，这种一体化教学方式可以调动学生学习的积极性与主动性，激发学生对课程的学习兴趣。学生在完成教学任务时，不断克服困难、解决问题，所获得的成就感激励他们自我挑战，提高专业技能，消除倦怠心理，使学生学习乐在其中。

值得一提的是，学习任务的确定，要注意增强趣味性。例如，由于学生在电学、控制系统方面的基础比较薄弱，设计任务不仅不能过于复杂，而且应该是学生喜闻乐见的形式。对于多数学生来说，设计一个化工储罐的液位自动控制系统，不如设计一个鱼缸的液位自动控制系统有吸引力；设计一个加热炉温度自动控制系统，不如设计一个鱼缸温度自动控制系统有趣；采用生活中不常见的各种工业仪器仪表，不如淘宝上的民用产品更容易掌握。

例如，在进行检测仪表知识的教学时，针对化工生产过程控制四大参数（压力、温度、物位、流量）检测及其自动控制系统，共设计了4个基本工作任务，分别是：电压力锅压力自动报警系统设计、鱼缸（或电火锅）温度控制系统设计、鱼缸液位自动控制系统设计以及流量检测仪表选型报告。教学内容相应地在前后顺序安排方面也作出调整：先介绍自动控制系统是如何代替人工进行操作的，再介绍自动控制系统的组成、工作原理和表达方式（即方块图和P&ID图）。学生的设计作业完成水平能够体现其对此部分内容的理解是否深刻以及应用知识解决问题的能力强弱，所以，分数计入期末总评成绩。

教师在分别讲授四大参数的检测仪表之前，发布相关设计任务。比如在讲述压力检测之前，先发布作业：电压力锅压力自动报警系统设计，要求学生从人工控制过程分析开始，确定人工操作的每一个步骤，然后在学习压力检测的过程中，逐步由教师引导，选择合适的检测和控制仪表，确定控制方案，最后通过方块图和P&ID图表达出来。

流量检测仪表选型作业的内容是设置一个场景：一个小型水厂每天处理500 t黄河水，需要检测其输送黄河水管道的水流量，要求学生选择合适的检测仪表。教师引导学生查阅资料，了解进行仪表选型所必须的各项参数，然后分析题目，确定相关数据。对于题目未给出的数据，要进行灵活推算。例如，题目中隐含的条件有：被测介质为黄河水，具有泥沙含量高的特点；检测仪表应不易堵塞、不易磨损，精度要求不高；小型水厂很可能没有专职仪表工，仪表日常维护量必须少，价格不宜过于昂贵；题目中没有给出管道直径，需要学生根据题中信息（每天处理500 t）查阅资料进行计算，教师适当给予帮助。

这4个基本工作任务的难度比较低，目的是促使学生对所学知识进行整合和运用。只要认真学习和思考，小组内一起讨论交流，每位同学都能够完成任务。每一个设计任务完成之后，以小组为单位，选代表进行汇报，计入小组成绩。每个小组由4名学生组成，一个学期内，每个人都会代表自己小组进行一次汇报，这种方式利用了学生具有较强集体荣誉感的特点，促使每位学生认真学习。

1.4 应用CDIO模式实现分层教育

对于学有余力的学生，可以布置高难度的设计任务，为这些学生提供增强能力的机会，确保不同层次的学生都能在达到基础目标的前提下，实现能力的提高。例如，布置一个综合设计任务，要求设计一个鱼缸自动控制系统，为观赏鱼提供良好的生存环境，确保其存活。分小组进行，在设计方案定稿之后，需要利用“淘宝”等平台查找所需的仪器和零配件，以“示意图+所用产品型号清单”的形式呈现出来。

学生成立兴趣小组，利用业余时间充分发挥想象力来讨论分析，认为该系统应包括观赏鱼饲养、清洁、健康保障三大基础功能，设计出自动水质检测控制系统、自动投喂系统、自动清洁系统、自动灯光控制系统、自动消毒系统以及其他个性化功能，如增强美观性等。

学生应用在课堂上学到的自动控制系统设计知识，亲手设计方案，采用网络虚拟购物的方法，在“淘宝”上查找产品，研究确认产品的功能、输入/输出信号、电源、尺寸等信息，确保该产品可以用于鱼缸自动控制系统。因为设计任务是民用项目，所以基本的仪器仪表在常见购物网站都能买到。学生从购物网站查询到相关信息，通过实物图来表达设计方案，建立比较直观的自动控制系统的概念。

“化工仪表及自动化”课程的教学也可以与大学生创新创业项目相结合，运用CDIO教学模式，使一部分同学在课程学习之余，收获创新创业的体验。例如，学生申请的自治区级的创新项目（已经结题）“智慧管家”家务自动控制系统，由于做项目有结题验收的压力，学生们格外认真，收获更大。

2 结语

基于CDIO模式的教学有利于激发学生的学习兴趣，能够增强学生的专业素质，提高学生学以致用、团结合作以及解决问题等方面的能力，进而提升教学效果，因此，非常适合在“化工仪表及自动化”课程中使用。