基于CDIO理念的測控專業實踐教學創新體系

馮梅琳， 何學文， 羅小燕， 周賢娟

(江西理工大學機電工程學院，江西贛州 341000)

0 引言

實踐教學是鞏固理論知識和加深對理論認識的有效途徑，是培養具有創新意識的高素質工程技術人員的重要環節［1］，是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺，因此高校專業實踐教學體系的構建尤為重要。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達［2］。CDIO理念繼承和發展了歐美20多年以來的工程教育大改革的理念，更重要的是提出了系統的能力培養、全面的實施指導(包括培養計劃、教學方法、師資、學生考核以及學習框架)以及實施檢驗的12條標準［3］，具有可操作性和較強的指導性，為高等院校培養實踐創新人才提供了指南和實施方向，為我校測控技術與儀器特色專業建設、課程教學、實踐教學改革等方面起到了很好的啟示與借鑒意義。

我校測控技術與儀器專業于2002年開始招生，第一屆本科生于2005年順利畢業，同年獲批碩士點“測試計量技術及儀器”，目前已有7屆400多名畢業生。在長期的教學研究工作中，課題組成員根據專業特點以及我校的傳統特色，引入CDIO工程教育理念對測控專業實踐教學體系進行優化，主要在實踐教學目標、實踐教學內容、實踐教學課程等方面進行了系統的研究和實踐，取得了一定的經驗和成效。

1 基于CDIO理念的實踐教學體系構建思路

測控專業培養基礎扎實、知識面寬，能在生產、科研部門及其他相關部門從事參數自動檢測，控制系統的設計、安裝、調試，各類儀表和自動裝置的設計、開發等方面工作且具有良好品質、創新意識、協作精神及實踐能力的德、智、體全面發展的高級工程技術人才［4-6］。因此，在實踐教學體系設置上以有色、冶金、礦山等行業人才需求和特色專業建設為背景，在國際先進的CDIO工程教育理念的指引下，對當前測控專業人才培養目標及培養模式進行改革，采取“知識、能力、素質”協調發展的一體化測控人才培養結構，構建基于CDIO理念的測控專業全方位、動態、閉合的立體化實踐教學新體系，該體系主要由實踐教學目標體系、實踐教學內容體系、實踐教學課程體系、實踐教學管理體系、實踐教學保障體系和實踐教學評價體系6個子體系組成，其中六大體系相對獨立、相互銜接、相互支撐并與素質創新教育協調運作，其構建思路如圖1所示。

圖1 測控專業實踐教學新體系構建思路

2 基于CDIO理念的實踐教學體系構建過程

2.1 構建基于CDIO的實踐教學目標體系

實踐教學目標是實踐教學體系構建的基礎。CDIO認為，應用型工程教育有4個重要的利益相關者集團:學生、工業界、大學教師和社會，專業人才培養目標和培養方案的確定依賴于對所有利益相關者需求的全面分析和調查［7］。因此。通過廣泛地社會調研、畢業生就業狀況、往屆畢業生的反饋信息、企業對畢業生就業能力和素質的綜合評價以及相關企業專家的建議，了解社會對該專業人才知識、技能和素質等方面的實際需要，以CDIO能力大綱為指導綱領，確定培養學生實踐能力、創新能力和綜合素質的整體目標，構建了由基礎實踐能力目標、綜合實踐能力目標、創新實踐能力目標和社會實踐能力目標組成的專業能力和素質要求，如圖2所示。

圖2 基于CDIO理念的實踐教學目標體系

2.2 構建基于CDIO的實踐教學內容體系

實踐教學內容是實踐教學目標任務的具體化。在CDIO理念的指導下，采用按能力層次劃分的“分層一體化”實踐教學內容體系，即將各個實踐教學環節(實驗、課程設計、實習、畢業設計、創新實踐、社會實踐等)通過合理配置，構建以實踐應用能力和綜合素質培養為主體，循序漸進地安排實踐教學內容，將實踐教學的目標和任務具體落實到各個實踐教學環節中，如圖3所示。具體內容如下:

(1)基礎實踐層。該層包括必做實驗和課外選做實驗，是為理論教學設置的基本實驗單元，培養學生的基本實驗技能和科學態度。在實驗過程中堅持以學生為主體，教師為主導的方針，提示學生根據理論知識分析造成問題的幾種原因，引導學生自己主動解決，并對實驗結果進行分析和處理，積極培養學生的主觀能動性。因此該層采取“實驗準備—實驗任務—實驗操作—分析處理”的方式，為CDIO的早期體驗階段。

圖3 基于CDIO理念的實踐教學內容體系

(2)綜合實踐層。該層主要包括設計型、綜合型以及創新性實驗，是根據多門課程知識點的內在聯系將課程內容打破界限而設置的綜合實驗項目，主要來源于教師的教學研究或科研項目，學生可以根據自己的興趣靈活申請，在老師的引導下完成設計和開發過程，培養學生綜合把握和運用學科知識的能力和創新意識。因此該層主要采取“實驗構思—實驗設計—仿真實現—調試運行”的方式，為CDIO的初級階段。

(3)創新實踐層。該層主要包括獨立課程設計、綜合課程設計、創新訓練項目、學科競賽以及科技活動，是對應若干門關聯的課程知識構建的課程群實踐項目，著重增強學生的實踐動手能力、溝通與協作能力以及創新意識，挖掘學生的學習潛能和創新能力，實物設計制作成功率大幅提高，增強了學生的成就感。因此該層主要采取“方案設計—硬件仿真—軟件調試—實物制作”的方式，為CDIO的中級階段。

(4)社會實踐層。該層主要包括專業實習、頂崗實踐、工程實踐和畢業設計，使畢業設計與教師的科研項目、企業的生產實際相結合，促進學生主動參與、主動實踐、主動探索，充分發揮創新潛能，全面提升工程實踐能力和創新能力，便于學生畢業后在生產單位“上手”快，縮短“磨合期”，達到帶動就業率、提高畢業生就業薪資水平的目標。因此該層主要采取“系統構思—系統設計—系統調試—系統運行”的方式，為CDIO的高級階段。

2.3 構建基于CDIO的實踐教學課程體系

CDIO的標準3是集成化課程設置，此標準要求發展建立課程之間的關聯，使多門課共同支持專業目標，使學生掌握各門課程知識之間的聯系，用于解決綜合的問題［8］。CDIO的標準7是集成化教學過程，該標準是通過集成化教學過程使學生獲得專業知識，同時培養個人自身能力、團隊合作能力和產品及系統的建造能力［9］。因此，按照CDIO標準要求，把相互聯系的數門課程建立課程群模塊，以工程實際項目為紐帶進行統一規劃貫穿于測控系統設計與開發的整個過程，如圖4所示。該課程體系主要包含三級大的項目，其中1級項目能完整的、有銜接的貫穿于整個本科教學階段，使學生系統地得到構思、設計、實現、運作的整體訓練;2級項目為包含核心課程群和能力要求的項目，作為1級項目的支撐，2級項目是對相關課程群的綜合，用以加強本專業核心課程的學習與應用;3級項目為單門課程內為增強該門課程能力與理解而設的實踐項目，其形式由任課教師根據實踐教學大綱確定。

2.4 構建規范的實踐教學管理體系

實踐教學管理在整個體系中起到信息反饋和調控作用，因此在實踐教學管理體制上引入PDCA(Plan，Do，Check，Action)管理模式［10］，形成學校教務管理部門(由學校教學指導委員會、教務處長、實踐教學管理科、學校督導組共同組成)和學院教學管理部門(由學院教學指導委員會、教學院長、教學秘書、實驗中心主任、教研室主任共同組成)構成的校院兩級管理模式，做到“責、權”協調，各司其職，高效運行。在此過程中密切結合具有CDIO理念的實踐教學目標體系，制定完整的實踐教學計劃、編制實踐教學大綱、修訂實踐教學指導書、落實實踐教學經費、提供實踐教學場所、規范實踐教學的考核辦法和成績評定方法、注重實踐教學環節工作總結，制定實踐教學環節和學科競賽等方面的管理文件，建立實踐教學激勵機制，保障實踐教學環節的順利開展。此外，加強實踐教學監控力度，由學校和學院督導組進行實踐教學全過程檢查，并提出反饋意見，同時由學生對實踐教學教師進行評教，并將評教結果納入人事考核，全面提高實踐教學管理水平。

圖4 測控專業實踐教學核心課程體系魚骨圖

2.5 構建實踐教學保障體系

實踐教學保障體系是影響實踐教學效果的重要因素。主要包括實踐教學師資隊伍建設、校內外實習基地及校企合作實驗室建設以及實踐教學經費保障等。

(1)實踐教學師資隊伍建設。CDIO強調，如果希望教師能夠講授融合了學科知識的個人、人際交往能力以及產品、過程和系統建造能力的課程，那么他們自己必須熟練地掌握這些能力，而且需要有在工業環境中的工程實踐經驗，有完成一個實際產品或系統的構思、設計、實施和運行的經歷［7-11］。因此采取多種形式提高教師的生產實踐水平，滿足實踐教學的需要，如有計劃地組織教師參加企業培訓;選送優秀青年教師到企業去掛職鍛煉;鼓勵教師參加國內CDIO組織活動以及各類學術會議;加強與行業兄弟院校的合作關系，鼓勵師生互訪、進行科研交流;從企業引進工程實踐經驗豐富的技術人員作為客座教師，定期指導學生實踐。

(2)校內外實習基地及校企合作實驗室建設。建立滿足該專業要求的實習基地，以滿足產學研要求，使學生提早進入角色，接觸實踐，為專業實習及頂崗實踐奠定堅實的基礎;加強與東風汽車有限公司、新鋼、杭鋼、中鋁河南分公司等現有實習基地的聯系，積極拓展其他地域的專業實習基地;積極探索與行業內著名企業進行合作實驗室建設，引進先進的測試儀器及實驗設備，為學生提供良好的實驗和創新平臺，滿足學生創新能力培養的需要。

(3)實踐教學經費保障。各實驗室根據規劃制訂實踐教學各環節的經費以及實驗設備維修經費使用預算計劃，經學院、學校領導小組論證并批準后形成標準和規范。每學期按計劃下達，專款專用，對于學生創新訓練項目以及參加競賽的經費必須及時落實，保證實踐教學目標的實現，同時盡可能節約經費使用。

2.6 構建科學合理的彈性實踐教學考核評價體系

實踐考核是檢查和評價教學效果的重要手段。根據CDIO理念的指導思想，主要圍繞實踐能力、創新精神和綜合素質為價值取向，采取靈活多樣的考核評價方法，構建了分層一體化實踐教學考核評價體系，滿足學生的求知欲望，引導學生全身心地投入到實踐活動，培養學生的創新思維方式，促進學生的全面發展［12-17］。

(1)基礎實踐層。注重激發學生實驗興趣，提高學生科學思維和敢于創新的積極性，按照實驗預習、實驗考勤、實驗操作、實驗態度和實驗報告等給出實驗成績并計入課程考試總成績。

(2)綜合實踐層。注重激發學生實踐動手能力和創新意識的培養，按照實驗方案設計報告、實驗過程態度、實驗結果(如電路仿真結果、軟件調試結果、軟硬件聯調結果)、實驗成果、實驗報告等給出成績，目的在于鼓勵創新，樹立嚴謹的科學態度。

(3)創新實踐層。課程設計主要通過設計過程、設計作品、設計報告、答辯情況等綜合考慮給出成績，并按優秀、良好、及格、不及格等次單獨計入成績檔案;另外實施創新學分制度，學生申請的創新訓練項目已結題并取得成果，如申請專利、發表論文、優秀設計以及取得其他突出成果者，經專家評定，可以授予相應的創新學分，并可以免修相應課程;對學生參加國家級、省級、校級各類競賽中取得優秀成績，或參與老師科研并做出一定成果的學生授予相應的創新學分，并頒發一定的獎勵證書，給予實踐證明。

(4)社會實踐層。專業實習和頂崗實踐主要通過考勤、態度、操作能力等由企業工程師和帶隊教師共同給出成績并單獨計入成績檔案;對畢業設計主要通過考勤、設計過程、設計成果、論文質量、指導教師成績、評閱教師成績、答辯過程等綜合給出成績并單獨計入成績檔案，并對CDIO相關能力采用記錄、報告、自評、互評等形式進行。

3 實踐教學實施效果

綜上所述，我校測控專業教師在總結多年實踐教學經驗的基礎上，借鑒CDIO工程教育理念，構建了完整地實踐教學體系，著重突出“知識、能力、素質”協調發展、“目標、過程、效果”一體化人才培養結構，調動了學生的學習積極性，培養了學生的創新意識和團隊協作精神，提高了學生的動手實踐能力、創新能力和工程能力，拓展了學生的綜合素質。近3年來，測控專業學生積極參加由教育部、江西省組織的機械創新設計大賽、電子設計大賽、“ZLG”杯嵌入式系統設計大賽、虛擬儀器設計大賽、機器人大賽等賽事，并取得了很好的成績;2012年度該專業學生獲批國家級大學生創新創業訓練項目4項，占全校的10%;學生考研率以及考取全國985、211高校的錄取率均大幅提高;畢業生也普遍受到用人單位的好評，提高了學生的就業競爭力，造就了一批創新能力強、適應社會發展需求的測控領域和儀器儀表行業高級工程技術人才。

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