應(yīng)用CDIO模式的“化工儀表及自動(dòng)化”教學(xué)改革

齊 洋

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），核心教育理念和教學(xué)方法是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)課程。學(xué)生將理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，在學(xué)習(xí)認(rèn)知的基礎(chǔ)上進(jìn)行自我反思，并在此過程中不斷獲取知識(shí)，調(diào)整學(xué)習(xí)方法，達(dá)成學(xué)習(xí)目的。CDIO教育模式可以提高學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)水平、職業(yè)技能水平、人際交往和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力[1]。為提升“化工儀表及自動(dòng)化”課程的教學(xué)效果，運(yùn)用CDIO教學(xué)模式進(jìn)行以自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為手段的教學(xué)改革，取得了顯著成效。

1 “化工儀表及自動(dòng)化”教學(xué)中CDIO模式的實(shí)施

1.1 在教學(xué)中應(yīng)用CDIO模式的必要性

首先，職業(yè)教育有其鮮明的特點(diǎn)，職校學(xué)生入學(xué)時(shí)的理論知識(shí)學(xué)習(xí)能力相對(duì)較弱、基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)、在校學(xué)習(xí)時(shí)間短（一般為2.5學(xué)年在校學(xué)習(xí)加0.5學(xué)年社會(huì)實(shí)踐），學(xué)生其實(shí)很難兼顧理論知識(shí)學(xué)習(xí)與技能訓(xùn)練。其次，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展速度越來越快，知識(shí)和技術(shù)的更新速度也越來越快，學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)和技能可能很快就“不夠用”了，出于職業(yè)發(fā)展考慮，應(yīng)該重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的訓(xùn)練。最后，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對(duì)技術(shù)人員的知識(shí)靈活應(yīng)用能力、合作能力的要求越來越高，應(yīng)該在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生靈活解決問題的意識(shí)和合作意識(shí)。所以，教學(xué)要從教學(xué)生“知其然”向教學(xué)生“知其所以然”轉(zhuǎn)變，否則無法滿足企業(yè)的需要。

職業(yè)學(xué)校如果在建設(shè)一門課程時(shí)，盲目追求相關(guān)理論知識(shí)的面面俱到，是很難實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的。所以，課程建設(shè)應(yīng)該著眼于幫學(xué)生搭建一個(gè)具有開放性、可以不斷進(jìn)行拓展延伸的知識(shí)（技能）體系框架，讓學(xué)生可以根據(jù)將來工作的實(shí)際需要，通過自學(xué)等方法完善知識(shí)體系。應(yīng)該實(shí)施一系列教學(xué)項(xiàng)目，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)和技能的同時(shí)不斷思考：“我學(xué)的是關(guān)于什么工作的知識(shí)（技術(shù)）？”“我學(xué)的知識(shí)（技術(shù)）還可以用來做什么工作？”“我還可以做哪些相關(guān)的事？”“如果我想要解決一個(gè)更難的問題，還需要補(bǔ)充哪些知識(shí)（技術(shù)）才可以？”學(xué)生在完成學(xué)習(xí)項(xiàng)目的過程中持續(xù)不斷地思考，不斷完善自身的知識(shí)（技能）體系框架，對(duì)自己的專業(yè)形成清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)工作和學(xué)習(xí)形成清晰的思路，將來走上工作崗位，就能較好地適應(yīng)自己的工作，也能較好地適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展[2]。

CDIO教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與性與思考能力的鍛煉，在學(xué)習(xí)過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、批判性思維等綜合能力，大大提升教學(xué)效果。在教學(xué)過程中，教師要求學(xué)生以小組為單位，在完成設(shè)計(jì)任務(wù)的過程中，學(xué)習(xí)自動(dòng)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)，建立自動(dòng)控制系統(tǒng)知識(shí)體系框架，從中建構(gòu)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與流程，積累解決問題的經(jīng)驗(yàn)并加以運(yùn)用，提高知識(shí)遷移能力[3]。在小組學(xué)習(xí)中鼓勵(lì)學(xué)生相互交流，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。在教學(xué)過程中應(yīng)用CDIO模式，符合職業(yè)學(xué)校課程建設(shè)的要求，能滿足企業(yè)對(duì)技能人才的需要。

1.2 應(yīng)用CDIO模式解決課程內(nèi)容覆蓋面廣的問題

“化工儀表及自動(dòng)化”課程內(nèi)容分為兩個(gè)部分，即檢測(cè)儀表和自動(dòng)控制系統(tǒng)。一般將知識(shí)劃分為17個(gè)章節(jié)，知識(shí)點(diǎn)比較多且涉及面很廣，雖然內(nèi)容上存在關(guān)聯(lián)，但仍給學(xué)生學(xué)習(xí)本課程造成了很大的困難。根據(jù)對(duì)以往學(xué)生學(xué)習(xí)情況的分析發(fā)現(xiàn)，有一部分學(xué)生在測(cè)試中分?jǐn)?shù)非常低，主要是理不清楚知識(shí)脈絡(luò)，弄不懂教師講授的是哪部分內(nèi)容，不明白學(xué)習(xí)這些知識(shí)點(diǎn)的用處，甚至因此早早放棄學(xué)習(xí)。所以，如何將這些內(nèi)容整合在一起，成為老師授課時(shí)必須要面對(duì)的問題。

“化工儀表及自動(dòng)化”課程的教學(xué)目標(biāo)，是使學(xué)生了解并學(xué)會(huì)使用自動(dòng)控制系統(tǒng)。所以，應(yīng)用CDIO模式，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生親手設(shè)計(jì)、搭建一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠使學(xué)生更加深刻地理解自動(dòng)控制系統(tǒng)，更好地應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)然，鑒于完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，不是非自動(dòng)控制專業(yè)的學(xué)生能夠完成的任務(wù)，在確定設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)方案時(shí)，可以忽略所有細(xì)節(jié)，只要控制原理講得通即可。

1.3 應(yīng)用CDIO模式提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

目前，高職招收的學(xué)生有一個(gè)普遍的特點(diǎn)，就是在理論知識(shí)學(xué)習(xí)方面的能力偏弱，遇到“化工儀表及自動(dòng)化”這樣理論性比較強(qiáng)的課程，會(huì)產(chǎn)生畏難心理，往往在學(xué)習(xí)一段時(shí)間以后感到枯燥、困難，部分學(xué)生開始信心動(dòng)搖，產(chǎn)生“我肯定學(xué)不會(huì)這門課”的想法，想要放棄。

在課堂中融入CDIO教學(xué)模式，可使原本單調(diào)、枯燥、無味的課堂充滿活力，配合小組教學(xué)，這種一體化教學(xué)方式可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在完成教學(xué)任務(wù)時(shí)，不斷克服困難、解決問題，所獲得的成就感激勵(lì)他們自我挑戰(zhàn)，提高專業(yè)技能，消除倦怠心理，使學(xué)生學(xué)習(xí)樂在其中。

值得一提的是，學(xué)習(xí)任務(wù)的確定，要注意增強(qiáng)趣味性。例如，由于學(xué)生在電學(xué)、控制系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)比較薄弱，設(shè)計(jì)任務(wù)不僅不能過于復(fù)雜，而且應(yīng)該是學(xué)生喜聞樂見的形式。對(duì)于多數(shù)學(xué)生來說，設(shè)計(jì)一個(gè)化工儲(chǔ)罐的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)，不如設(shè)計(jì)一個(gè)魚缸的液位自動(dòng)控制系統(tǒng)有吸引力；設(shè)計(jì)一個(gè)加熱爐溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)，不如設(shè)計(jì)一個(gè)魚缸溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)有趣；采用生活中不常見的各種工業(yè)儀器儀表，不如淘寶上的民用產(chǎn)品更容易掌握。

例如，在進(jìn)行檢測(cè)儀表知識(shí)的教學(xué)時(shí)，針對(duì)化工生產(chǎn)過程控制四大參數(shù)（壓力、溫度、物位、流量）檢測(cè)及其自動(dòng)控制系統(tǒng)，共設(shè)計(jì)了4個(gè)基本工作任務(wù)，分別是：電壓力鍋壓力自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)、魚缸（或電火鍋）溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、魚缸液位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及流量檢測(cè)儀表選型報(bào)告。教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)地在前后順序安排方面也作出調(diào)整：先介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)是如何代替人工進(jìn)行操作的，再介紹自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、工作原理和表達(dá)方式（即方塊圖和P&ID圖）。學(xué)生的設(shè)計(jì)作業(yè)完成水平能夠體現(xiàn)其對(duì)此部分內(nèi)容的理解是否深刻以及應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力強(qiáng)弱，所以，分?jǐn)?shù)計(jì)入期末總評(píng)成績(jī)。

教師在分別講授四大參數(shù)的檢測(cè)儀表之前，發(fā)布相關(guān)設(shè)計(jì)任務(wù)。比如在講述壓力檢測(cè)之前，先發(fā)布作業(yè)：電壓力鍋壓力自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)，要求學(xué)生從人工控制過程分析開始，確定人工操作的每一個(gè)步驟，然后在學(xué)習(xí)壓力檢測(cè)的過程中，逐步由教師引導(dǎo)，選擇合適的檢測(cè)和控制儀表，確定控制方案，最后通過方塊圖和P&ID圖表達(dá)出來。

流量檢測(cè)儀表選型作業(yè)的內(nèi)容是設(shè)置一個(gè)場(chǎng)景：一個(gè)小型水廠每天處理500 t黃河水，需要檢測(cè)其輸送黃河水管道的水流量，要求學(xué)生選擇合適的檢測(cè)儀表。教師引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，了解進(jìn)行儀表選型所必須的各項(xiàng)參數(shù)，然后分析題目，確定相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)于題目未給出的數(shù)據(jù)，要進(jìn)行靈活推算。例如，題目中隱含的條件有：被測(cè)介質(zhì)為黃河水，具有泥沙含量高的特點(diǎn)；檢測(cè)儀表應(yīng)不易堵塞、不易磨損，精度要求不高；小型水廠很可能沒有專職儀表工，儀表日常維護(hù)量必須少，價(jià)格不宜過于昂貴；題目中沒有給出管道直徑，需要學(xué)生根據(jù)題中信息（每天處理500 t）查閱資料進(jìn)行計(jì)算，教師適當(dāng)給予幫助。

這4個(gè)基本工作任務(wù)的難度比較低，目的是促使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合和運(yùn)用。只要認(rèn)真學(xué)習(xí)和思考，小組內(nèi)一起討論交流，每位同學(xué)都能夠完成任務(wù)。每一個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)完成之后，以小組為單位，選代表進(jìn)行匯報(bào)，計(jì)入小組成績(jī)。每個(gè)小組由4名學(xué)生組成，一個(gè)學(xué)期內(nèi)，每個(gè)人都會(huì)代表自己小組進(jìn)行一次匯報(bào)，這種方式利用了學(xué)生具有較強(qiáng)集體榮譽(yù)感的特點(diǎn)，促使每位學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)。

1.4 應(yīng)用CDIO模式實(shí)現(xiàn)分層教育

對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，可以布置高難度的設(shè)計(jì)任務(wù)，為這些學(xué)生提供增強(qiáng)能力的機(jī)會(huì)，確保不同層次的學(xué)生都能在達(dá)到基礎(chǔ)目標(biāo)的前提下，實(shí)現(xiàn)能力的提高。例如，布置一個(gè)綜合設(shè)計(jì)任務(wù)，要求設(shè)計(jì)一個(gè)魚缸自動(dòng)控制系統(tǒng)，為觀賞魚提供良好的生存環(huán)境，確保其存活。分小組進(jìn)行，在設(shè)計(jì)方案定稿之后，需要利用“淘寶”等平臺(tái)查找所需的儀器和零配件，以“示意圖+所用產(chǎn)品型號(hào)清單”的形式呈現(xiàn)出來。

學(xué)生成立興趣小組，利用業(yè)余時(shí)間充分發(fā)揮想象力來討論分析，認(rèn)為該系統(tǒng)應(yīng)包括觀賞魚飼養(yǎng)、清潔、健康保障三大基礎(chǔ)功能，設(shè)計(jì)出自動(dòng)水質(zhì)檢測(cè)控制系統(tǒng)、自動(dòng)投喂系統(tǒng)、自動(dòng)清潔系統(tǒng)、自動(dòng)燈光控制系統(tǒng)、自動(dòng)消毒系統(tǒng)以及其他個(gè)性化功能，如增強(qiáng)美觀性等。

學(xué)生應(yīng)用在課堂上學(xué)到的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)，親手設(shè)計(jì)方案，采用網(wǎng)絡(luò)虛擬購(gòu)物的方法，在“淘寶”上查找產(chǎn)品，研究確認(rèn)產(chǎn)品的功能、輸入/輸出信號(hào)、電源、尺寸等信息，確保該產(chǎn)品可以用于魚缸自動(dòng)控制系統(tǒng)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)任務(wù)是民用項(xiàng)目，所以基本的儀器儀表在常見購(gòu)物網(wǎng)站都能買到。學(xué)生從購(gòu)物網(wǎng)站查詢到相關(guān)信息，通過實(shí)物圖來表達(dá)設(shè)計(jì)方案，建立比較直觀的自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念。

“化工儀表及自動(dòng)化”課程的教學(xué)也可以與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目相結(jié)合，運(yùn)用CDIO教學(xué)模式，使一部分同學(xué)在課程學(xué)習(xí)之余，收獲創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的體驗(yàn)。例如，學(xué)生申請(qǐng)的自治區(qū)級(jí)的創(chuàng)新項(xiàng)目（已經(jīng)結(jié)題）“智慧管家”家務(wù)自動(dòng)控制系統(tǒng)，由于做項(xiàng)目有結(jié)題驗(yàn)收的壓力，學(xué)生們格外認(rèn)真，收獲更大。

2 結(jié)語

基于CDIO模式的教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，提高學(xué)生學(xué)以致用、團(tuán)結(jié)合作以及解決問題等方面的能力，進(jìn)而提升教學(xué)效果，因此，非常適合在“化工儀表及自動(dòng)化”課程中使用。