基于CDIO 的大学生创新思维训练研究*——以陇东学院过程控制工程课程为例

郑耐琴

陇东学院 甘肃庆阳 745000

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2020年国务院办公厅印发的《关于提升大众创业万众创新示范基地带动作用进一步促改革稳就业强动能的实施意见》中提到要“提升高校学生创新创业能力，夯实国家创新能力基础”[1]。教育部副部长吴岩（时任教育部高教司司长）在北大新工科论坛2021 开幕式上指出：新工科是中国高等工程教育对世界高等工程教育给出的中国答应，创新教育要贯穿于新工科人才培养的全过程，学生创新创业能力的培养必须渗透在专业教育中，教师的教学思想、方法、情感中应增加创新观念。培养的大学生不能只是一个“知识的存储器”和“移动的工具箱”，培养的社会主义事业建设者和接班人是“价值理性视野下人格健全、品行端正的‘自由人’”[2]。

过程控制工程课程主要通过对工业四大热工对象的建模分析，采用自动化仪器仪表，运用学过的所有控制理论与方法，对工业过程中的系统进行分析和设计。学生通过本课程的学习，努力成为行家里手，养成工匠精神。地方高校陇东学院的过程控制课程存在以下需改进的地方。

1）过程控制工程是一门理论与工程实践相结合，设计性很强的课程，也是牵涉学科内容最多、最难学、最难教的专业课程之一，在平时教学中缺乏针对性，学生主体地位凸显不强。

2）新工科背景下，学生工程实践能力和设计创新能力差。陇东学院在迎合新经济发展趋势、反映陇东地方经济与产业发展的前沿地带和核心需求上需要协调好创新的发展观、人才观、课程观和行动观，培养立足地方创新创业的人才。

3）学生对此课程的思政教育不感兴趣。在不改变专业课程本来属性的基础上引入思政元素，确保与专业元素相互融合；强化课程设计，教师要探索更多的教学手段与方法，强化思想和价值引领，合理地进行课程设计，真正唤醒学生的认同感。

设计、开发一套基于CDIO 的双闭环教学方案，如图1 所示。将CDIO 的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运行（Operate）融入教学目标、教学内容、教学方法及评价模式等环节，让学生独立思考，以提高学生的创造能力。凝练课程思政内涵，提升学生的时代责任感和爱国热情。

图1 双闭环教学模式

1 外环教学：基于CDIO 的工程实践教学体系设计

CDIO 的一体化课程计划（标准3）和一体化学习经验（标准8）强调“一体化”思想[3]。在教学中采用项目式教学方法，结合过程控制课程特点，融入CDIO 理念，以一个项目为基础，让学生模拟企业硬件工程师的角色，按照项目构思、系统方案设计、系统实现、系统优化改进、作品成型的步骤培养学生的工程实践和创新能力。

首先，在课程引入时要让学生了解过程控制工程的学习任务和学习方法，即为什么设计过程控制系统，如何设计过程控制系统，激发学生学习兴趣。

其次，项目的实施依托教师科研或者各项学科竞赛设计项目任务，依据图2 所示的教学规划，控制CDIO 生命周期规则，完成项目设计。在实施过程中，教师通过任务书的形式将项目任务提前布置给学生，让学生根据项目任务分解的知识链接自由组队，利用工程思维，不断发现问题、思考问题，寻找帮助，相互协作，共同完成设计任务。

图2 教学规划

最后，每完成一次系统的方案设计，系统仿真和优化之后，提交项目设计报告书，通过项目汇报、答辩、学生自评和教师评价综合评定学生的项目成绩。该方案只是一个初步的思路，在具体的教学活动中，需根据教学过程中出现的问题不断完善。

同时以学生为中心，教学、科研及学生工作三位一体的形式积极构建创新创业教育体系。围绕“互联网+”复合型人才培养主旋律，将学生工程能力培养和服务社会思政教育相融合，经过多年的探索与改革，初步构建创新创业实践新体系，如图3 所示。

图3 大学生创新训练体系

2 内环教学：课程思政设计

在单纯的外环教学上未彰显课程思政的隐性教育，在“立德树人”根本任务的基础上，缺少闭环反馈，没有做到新工科与课程思政同向同行。所以在过程控制课程讲授的同时需要再增加一个内闭环，在“启大智”同时兼顾内部思政知识反馈环节，围绕新技术、新产品、新业态和新模式，让“引大道”教育学生成为一个自控意义下的内部环节。在内部环节作用下，专业课教师可以转向专业知识的讲授，通过学生对专业知识掌握情形的积极反馈，感知学生的专业知识掌握情形，积极调节专业知识点的讲授深度与速度，实现良好的教学效果。通过课程思政项目，挖掘过程控制工程专业课程中思政教育资源，课程思政主题如表1 所示。

表1 过程控制工程的课程思政主题

教师、教材和教法直接影响新工科课程思政的实施效果，实施课程思政对工科专业教师来说既是机会，也是挑战。专业课教师要转变教师角色，激活课程思政项目，在提高教学质量的同时提升思想政治素养。

3 创新评价考核体系

为充分激发学生实践创新能力，结合陇东学院软硬件资源，建立自动化专业“教—赛—研”体系。学科竞赛是连接教学和科研的纽带，通过“教—赛—研”，教师不仅可以协调好科研和教学的矛盾，还可以激发和培养学生的创新力。“教—赛—研”中竞赛的主体是学生，学生从“要我学”转变成“我要学习”；主导是教师，教师可以随时关注学生，师生互动加强，实现全过程育人。为保障“教—赛—研”教学模式的开展，做出以下改进。

3.1 改革现行的课程考核体系

为凸显应用能力的考核，需要对现有的单一考核模式进行改进，突出考核的实用性和实践性。考核内容重知识更重能力，例如：在考查自动化专业学生理论知识的同时重点培养其理解能力、系统设计能力、软件应用能力、创新设计能力以及沟通表达能力、团队精神等综合能力与素质，所以课程的考核相比于之前考试的大量客观题，调研报告、技能训练、实验测试及过程考核比重增加。

3.2 建立学科竞赛机制

学科竞赛是培养大学生创新实践能力的动力，建立学生参加学科、行业竞赛活动的新机制，学院加强师资支持、经费支持和心理支持，极大提高师生参加各类竞赛的积极性和主动性。另外，设置竞赛专门学分，如表2 所示。

表2 自动化专业学生竞赛学分

应用型地方高校要服务当地城乡经济的发展，通过调研地方企业，了解用人需求，开展就业创业实践，整合校企资源，以培养满足产品市场需求的学生为目标，产学研用紧密融合，在过程控制课程设计、毕业设计过程中贯穿市场人才技能需求，毕业设计内容要针对行业、产业急需解决的问题，采用“真题真做”模式，构建良性互动毕业设计与产业需求的闭环系统。同时与庆阳石化、甘肃电器科学研究院建立校企合作关系并签订战略合作协议，为学生提供优质的一线专业知识和现代化的实训课堂，为地方社会经济发展培养出更多更好的应用型人才。安排学生赴国家电网许继集团、崇信电厂、西峰330 变电所等企业开展专业实习活动，有助于学生将所学专业理论知识与生产实践相结合，为学生就业奠定坚实基础。

陇东学院近几年取得《基于示教再现与主动跟随家庭助手机器人设计与实现》等国家级创新创业项目4 项，省级创新创业项目《基于自动化专业的职业信息与行业需求的数据挖掘与动态数据库建设》等8 项，指导学生完成校级创新创业项目若干项，先后完成四旋翼飞行器、六自由度双机械臂办公机器人、330 kV 变电站室内巡检机器人、800 kW燃烧机、室内自主巡检消防机器人、花椒收采烘干整套设备、三轴建筑机器人等原型机研制。

4 结束语

新的社会环境和经济形式要求高校培养创新能力的应用型人才，地方高校在新工科背景下面临转型发展。CDIO 教育模式倡导以工程为背景，以项目为载体，以培养学生的工程实践能力、创新能力等为目标，符合当下社会发展需求。将CDIO 基本理论与陇东学院过程控制工程课程特点相结合，充分调动学生的积极性，培养学生的团队合作精神，提高学生的工程实践能力。2019—2020年，学院16项创新创业作品参加国家级省级创新创业竞赛，其中1 项获国家级创新创业项目，9 项“大学生创新创业训练计划”项目获准省教育厅立项；参加全国大学生电子设计竞赛，获得省级一等奖1 项，二等奖4 项；参加首届“甘青宁”高校创新创业大赛，获二等奖1 项、三等奖2 项；组织培训150 多人次参与到学科竞赛中，获省级奖励15 项。