基于CDIO的自動化專業培養模式探討

魏利勝　陸華才

摘 要 在工程教育認證體系下，進一步貫徹落實國家卓越工程師培養計劃，以提高高校自動化專業教學質量。首先，闡述了卓越工程師培養計劃發展歷程和工程教育背景；其次，以安徽工程大學自動化專業課程建設為例，對理論教學、實踐教學等方面的一些做法和經驗進行了總結，期望通過工程化教學模式的探索與實踐，培養具有創新精神和實踐能力的高級人才。

關鍵詞 CDIO 培養模式 自動化 教學策略 卓越工程師

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2016.04.019

Abstract The issue of improving the teaching quality of automation specialty and implement the national excellent engineers training plan based on the concept of engineering education is researched in this paper. With a brief introduction of the development of national excellent engineers training plan and overview the course construction of engineering education at first. Then， the construction of automation specialty in Anhui Polytechnic University is probed into as an example. And the experience in the course construction such as theory teaching， practice teaching mode is summarized. Through the exploration and practice of engineering education mode， advanced engineers of innovative spirit and practical ability have been trained.

Key words CDIO； training mode； automation； instructional strategy； excellence engineer

0 引言

中國工程教育協會自2006年開展工程教育專業認證試點，初步建立了工程教育認證體系，在電子信息與電氣工程、機械、計算機科學與技術等14個專業類開展了認證工作。①其目的是為了保證和提高我國高等學校工程教育質量，進一步推動高等學校工程教育改革，從而強化高等學校工程教育與工業實際的緊密聯系，為我國高等學校工程類畢業生走向世界范圍就業提供“通行證”，也將為廣大工科學生未來的工程執業提供便利。據麥可思教育數據公司統計我國工程教育低于國際標準，創業人才培養不足，全國平均為1.2%，其中高職類院校為1.9%、普通本科類高校為0.8%、211類高校為0.54%。②③為適應高等學校工程教育認證的發展形勢，并推動工程教育改革需要，中國工程教育協會要求學生畢業時能將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于分析復雜工程問題，設計滿足特定需求的復雜工程問題解決方案；在培養學生課程體系建設過程中，對于基礎類課程設置要求體現數學和自然科學的分析能力培養，專業類課程設置要求體現應用能力的培養，且至少占總學分的30%；工程實踐和畢業設計選題設置要求體現工程實際應用問題解決能力以及團隊協作精神的培養，且至少占總學分的20%。

然而，我國當前工程教育形勢不容樂觀，培養目標、定位趨同培養特色不鮮明，還未形成科學、完善的工程人才培養體系和機制；高校教師隊伍普遍缺乏工程實際背景，在我國工科類高校教師中，80%到90%具有高學歷，但缺少工程實踐經驗；且高校課程體系設置對高等教育培養目標的支撐力度稍顯薄弱，與我國當前產業結構轉型和調整不符；工程課程教學內容與實際聯系不緊密，缺乏針對工程應用及創新能力培養的；教學方式不靈活，主要采用課堂灌輸式教學為主的教學方式，且實踐教學環節的目的性不夠明確，生產實習往往流于形式。④

今年的政府工作報告明確提出要“建設世界一流大學和一流學科”。在教育部公布的2015年工作要點里，也提出我國高校要努力堅持具有中國特色、一流標準，推進世界一流大學以及一流學科的建設。而UNESCO曾在2010年的工程學報告中指出，工程將是人類社會面臨的最大挑戰和機遇，因此，美國圣托馬斯大學陳思齊校長就以工程類課程體系建設為切入點，實現了學校整體水平的提升。⑤因此，我校在推進自動化專業工程認證背景下，亟需修訂該專業培養方案，調整自動化專業相關知識點的內在關聯性，合理分配實驗內容所占學時比例，并進一步加大實踐環節內容的設置，以滿足工程教育專業認證；并引入當前國內外備受關注的CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）教學模式，按照產品生命周期構建自動化專業各課程培養體系，從而使學生達到預想的學習目標。

考慮到我校自動化專業已被教育部確定為“卓越計劃”試點專業，如何借鑒CDIO先進的教育理念，通過培養模式改革，強化大學生的創新技能、實踐技能訓練，推動教學質量提高，是我校自動化專業授課老師所面臨和亟待解決的首要問題，也是高等院校主要的專業建設方向之一。

1 自動化專業培養模式分析

我校自動化專業由原來的自動控制、工業自動化、工業電氣自動化、生產過程自動化等專業合并而成，具有控制科學與工程一級學科碩士學位授予權和控制工程專業學位授予權。于2010年被列為“國家級特色建設專業”，2012年入選安徽省“卓越工程師教育培養計劃”，2013年被列為“國家級本科專業綜合改革試點”專業，與安徽鑫龍電器股份有限公司共同建立的校外實踐基地被列為“國家級大學生校外實踐基地”。因此，該專業的培養模式改革對我校其他專業教學改革具有重要的示范意義。圖1是我校自動化專業培養體系改革示意圖。

從圖1可以看出，我校自動化專業培養模式是以學生為中心、以社會需求為導向、以持續教學改革為手段，從而建立合格的工程教育體系。在學生方面，采取導師制的方式實現全程關注和指導，強化工程能力和實踐創新能力的培養；在培養目標方面，主動服務于國家和地方經濟建設，以及行業企業需求，堅持校企聯合，引導行業、企業參與學生的培養過程；在課程設置方面，進一步強化對高校人才培養目標的支撐力度，增加專業技術課程課時比率，以及與實際工程問題的聯系緊密性，鼓勵學生參加各類電子設計競賽和課外學術競賽；在師資隊伍方面，堅持出國訪學和企業掛職相結合的方針，提高教師的產業經驗，目前，該專業30%以上教師具有博士學位，50%以上教師具有企業經歷，副教授以上職稱占60%，獲得安徽省教學成果特等獎、省級教壇新秀、省級教學名師等多項獎勵；在硬件條件方面，擁有控制科學與工程省級重大建設學科，檢測技術與自動化裝置、電氣傳動與控制省級高等學校重點實驗室，以及皖江高端裝備制造協同創新中心等國家級、省級科技創新平臺，堅持把基礎研究和國民經濟建設主戰場需求密切聯系在一起的原則，以滿足學生的學習、創新需求。

2 自動化專業課程體系設置

考慮到自動化專業知識點、基本原理與方法眾多，各課程之間前后銜接關系緊密，且相互滲透交叉。因此，在該專業課程設置和課程教學過程中，不能過分強調某一門課的完整性和獨立性，而忽略了各課程之間內容銜接，導致學生不能駕馭整個知識體系。另外由于該專業大部分教師匱乏工程實踐經驗，實驗教學采用驗證為主的策略，嚴重影響了該專業相關課程的教學效果提高，從而降低了該專業人才的培養質量。為了貫徹工程教育理念，培養創新型卓越工程師，對自動化專業課程體系設置進行改革顯得有為必要。為此，本文將利用CDIO作為工程教育的環境背景，創建適應新形勢發展需要的課程體系，具體如圖2所示。

圖2中，專業概論課程始終貫穿于大學教育全程，以讓學生更好地理解自動化專業培養目標以及社會需求；構思部分主要講解電路、電力電子等基礎課程，設計部分引導學生進入專業核心課程學習，從而為學生在實現部分利用單片機、PLC等強化專業課程的實踐和應用，最后通過方向課，讓學生能夠對工業過程中自動化系統有深刻理解，為畢業走向社會做好準備。在圖2的課程體系實施過程中，除通識課程教學外，專業基礎課占12%，專業核心課占19%，專業方向課占5%，實踐教學環節占25%，從而著重強化“厚基礎、重實踐、求創新”的人才培養特色，全力提高工程教育質量，培養“應用型、管理型、創新型”的卓越工程人才。

在具體課程教學大綱制定過程中，分析各課程內容之間的聯系，對其進行組合和整體優化，課堂上結合國家戰略需要和行業需要增加案例講解，采用啟發式教學模式，鼓勵學生自由探討和教學互動，同時參考文獻⑥的方案，設置課程群建設，組織教學經驗豐富、業務精湛的教師擔任各課程群組組長，制定課程教學大綱，并按照課程組各教師的自身長處合理選擇各自授課內容，實現教學資源的最大化利用；同時指定教學效果好的教師給其他教師進行教學輔導，實現好教學方法的傳幫接代，促進教學水平的整體提高；對實踐教學內容借鑒文獻⑦的改革經驗，進行層次化設計，拓展學生的創新思維能力和動手能力，有針對性地預留課外作業，引導學生復習、預習，引導學生注重工程能力和自主學習能力的提高，并采用本科導師制模式，吸引和挖掘有興趣的學生提前參與最新科研項目，同時灌輸我校“誠實做人、踏實做事、扎實做學問”的育人理念，培養學生嚴謹的科學態度和團隊合作精神，從而提高學生工程實踐能力和知識獲取能力。

3 結束語

綜上，我校自動化專業教學借鑒國內相關高校成功改革經驗，堅持社會需求為導向、學生工程實踐能力和創新能力提高為焦點，修訂符合CDIO模式的教學大綱，將相關性較強的課程內容組合優化，積極開展第二課堂的學習實踐活動，調動學生學習的能動性，并取得了一定的突破。我校將在現有教學資源基礎上，將不斷完善各課程教學的方法、手段、策略，研究制定相應的教學大綱，堅持基本知識、基本思想、基本方法和基本技能同步發展，緊密圍繞我校“工程教育展業認證”和“卓越工程師培養計劃”的重點和目標，努力培養敢于創新、勇于創造的高質量人才。

資金資助：本文得到安徽省2015省級質量工程項目（項目編號：2015jyxm177）、2015年安徽工程大學校級本科教學質量提升計劃重點項目（編號：2015jyxm09）以及安徽工程大學本科教學質量提升計劃項目（項目編號：2013JCJXZZ03）的資助

注釋

① 朱建紅，張蔚，顧菊平，吳曉.基于卓越工程師目標的教學策略改進研究[J].中國電力教育，2013（5）：90-91.

② 林健.卓越工程師教育培養計劃專業培養方案研究[J].清華大學教育研究，2011.32（2）：47-55.

③ 龔克.關于卓越工程師培養的思考與探索[J].中國大學教學，2010.8：4-5.

④ 曾慶軍，鄧志良，朱志宇，陳小惠，徐紹芬，謝成祥.自動化省級特色專業控制類課程群建設[J].電氣電子教學學報，2006.28（1）：14-18.

⑤ 陳紅兵.自動化專業控制類課程教學內容優化的探討[J].襄樊學院學報，2009.30（8）：67-69.

⑥ 劉小河，馬潔，管萍，付興建，劉麗華，王輝.控制類教學團隊和系列課程建設的實踐與思考[J].工業和信息化教育，2013（8）：28-33.

⑦ 曾慶軍，徐紹芬，韋中利，鄧紅，尚婕.自動化專業控制類課程群實驗教學改革[J].實驗室研究與探索，2006.25（5）：632-635.