基于CDIO 的大學生創(chuàng)新思維訓練研究*
——以隴東學院過程控制工程課程為例

鄭耐琴

隴東學院 甘肅慶陽 745000

0 引言

2020年國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于提升大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新示范基地帶動作用進一步促改革穩(wěn)就業(yè)強動能的實施意見》中提到要“提升高校學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，夯實國家創(chuàng)新能力基礎(chǔ)”[1]。教育部副部長吳巖（時任教育部高教司司長）在北大新工科論壇2021 開幕式上指出：新工科是中國高等工程教育對世界高等工程教育給出的中國答應，創(chuàng)新教育要貫穿于新工科人才培養(yǎng)的全過程，學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)必須滲透在專業(yè)教育中，教師的教學思想、方法、情感中應增加創(chuàng)新觀念。培養(yǎng)的大學生不能只是一個“知識的存儲器”和“移動的工具箱”，培養(yǎng)的社會主義事業(yè)建設(shè)者和接班人是“價值理性視野下人格健全、品行端正的‘自由人’”[2]。

過程控制工程課程主要通過對工業(yè)四大熱工對象的建模分析，采用自動化儀器儀表，運用學過的所有控制理論與方法，對工業(yè)過程中的系統(tǒng)進行分析和設(shè)計。學生通過本課程的學習，努力成為行家里手，養(yǎng)成工匠精神。地方高校隴東學院的過程控制課程存在以下需改進的地方。

1）過程控制工程是一門理論與工程實踐相結(jié)合，設(shè)計性很強的課程，也是牽涉學科內(nèi)容最多、最難學、最難教的專業(yè)課程之一，在平時教學中缺乏針對性，學生主體地位凸顯不強。

2）新工科背景下，學生工程實踐能力和設(shè)計創(chuàng)新能力差。隴東學院在迎合新經(jīng)濟發(fā)展趨勢、反映隴東地方經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前沿地帶和核心需求上需要協(xié)調(diào)好創(chuàng)新的發(fā)展觀、人才觀、課程觀和行動觀，培養(yǎng)立足地方創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的人才。

3）學生對此課程的思政教育不感興趣。在不改變專業(yè)課程本來屬性的基礎(chǔ)上引入思政元素，確保與專業(yè)元素相互融合；強化課程設(shè)計，教師要探索更多的教學手段與方法，強化思想和價值引領(lǐng)，合理地進行課程設(shè)計，真正喚醒學生的認同感。

設(shè)計、開發(fā)一套基于CDIO 的雙閉環(huán)教學方案，如圖1 所示。將CDIO 的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運行（Operate）融入教學目標、教學內(nèi)容、教學方法及評價模式等環(huán)節(jié)，讓學生獨立思考，以提高學生的創(chuàng)造能力。凝練課程思政內(nèi)涵，提升學生的時代責任感和愛國熱情。

圖1 雙閉環(huán)教學模式

1 外環(huán)教學：基于CDIO 的工程實踐教學體系設(shè)計

CDIO 的一體化課程計劃（標準3）和一體化學習經(jīng)驗（標準8）強調(diào)“一體化”思想[3]。在教學中采用項目式教學方法，結(jié)合過程控制課程特點，融入CDIO 理念，以一個項目為基礎(chǔ)，讓學生模擬企業(yè)硬件工程師的角色，按照項目構(gòu)思、系統(tǒng)方案設(shè)計、系統(tǒng)實現(xiàn)、系統(tǒng)優(yōu)化改進、作品成型的步驟培養(yǎng)學生的工程實踐和創(chuàng)新能力。

首先，在課程引入時要讓學生了解過程控制工程的學習任務(wù)和學習方法，即為什么設(shè)計過程控制系統(tǒng)，如何設(shè)計過程控制系統(tǒng)，激發(fā)學生學習興趣。

其次，項目的實施依托教師科研或者各項學科競賽設(shè)計項目任務(wù)，依據(jù)圖2 所示的教學規(guī)劃，控制CDIO 生命周期規(guī)則，完成項目設(shè)計。在實施過程中，教師通過任務(wù)書的形式將項目任務(wù)提前布置給學生，讓學生根據(jù)項目任務(wù)分解的知識鏈接自由組隊，利用工程思維，不斷發(fā)現(xiàn)問題、思考問題，尋找?guī)椭嗷f(xié)作，共同完成設(shè)計任務(wù)。

圖2 教學規(guī)劃

最后，每完成一次系統(tǒng)的方案設(shè)計，系統(tǒng)仿真和優(yōu)化之后，提交項目設(shè)計報告書，通過項目匯報、答辯、學生自評和教師評價綜合評定學生的項目成績。該方案只是一個初步的思路，在具體的教學活動中，需根據(jù)教學過程中出現(xiàn)的問題不斷完善。

同時以學生為中心，教學、科研及學生工作三位一體的形式積極構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系。圍繞“互聯(lián)網(wǎng)+”復合型人才培養(yǎng)主旋律，將學生工程能力培養(yǎng)和服務(wù)社會思政教育相融合，經(jīng)過多年的探索與改革，初步構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐新體系，如圖3 所示。

圖3 大學生創(chuàng)新訓練體系

2 內(nèi)環(huán)教學：課程思政設(shè)計

在單純的外環(huán)教學上未彰顯課程思政的隱性教育，在“立德樹人”根本任務(wù)的基礎(chǔ)上，缺少閉環(huán)反饋，沒有做到新工科與課程思政同向同行。所以在過程控制課程講授的同時需要再增加一個內(nèi)閉環(huán)，在“啟大智”同時兼顧內(nèi)部思政知識反饋環(huán)節(jié)，圍繞新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)和新模式，讓“引大道”教育學生成為一個自控意義下的內(nèi)部環(huán)節(jié)。在內(nèi)部環(huán)節(jié)作用下，專業(yè)課教師可以轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)知識的講授，通過學生對專業(yè)知識掌握情形的積極反饋，感知學生的專業(yè)知識掌握情形，積極調(diào)節(jié)專業(yè)知識點的講授深度與速度，實現(xiàn)良好的教學效果。通過課程思政項目，挖掘過程控制工程專業(yè)課程中思政教育資源，課程思政主題如表1 所示。

表1 過程控制工程的課程思政主題

教師、教材和教法直接影響新工科課程思政的實施效果，實施課程思政對工科專業(yè)教師來說既是機會，也是挑戰(zhàn)。專業(yè)課教師要轉(zhuǎn)變教師角色，激活課程思政項目，在提高教學質(zhì)量的同時提升思想政治素養(yǎng)。

3 創(chuàng)新評價考核體系

為充分激發(fā)學生實踐創(chuàng)新能力，結(jié)合隴東學院軟硬件資源，建立自動化專業(yè)“教—賽—研”體系。學科競賽是連接教學和科研的紐帶，通過“教—賽—研”，教師不僅可以協(xié)調(diào)好科研和教學的矛盾，還可以激發(fā)和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新力。“教—賽—研”中競賽的主體是學生，學生從“要我學”轉(zhuǎn)變成“我要學習”；主導是教師，教師可以隨時關(guān)注學生，師生互動加強，實現(xiàn)全過程育人。為保障“教—賽—研”教學模式的開展，做出以下改進。

3.1 改革現(xiàn)行的課程考核體系

為凸顯應用能力的考核，需要對現(xiàn)有的單一考核模式進行改進，突出考核的實用性和實踐性。考核內(nèi)容重知識更重能力，例如：在考查自動化專業(yè)學生理論知識的同時重點培養(yǎng)其理解能力、系統(tǒng)設(shè)計能力、軟件應用能力、創(chuàng)新設(shè)計能力以及溝通表達能力、團隊精神等綜合能力與素質(zhì)，所以課程的考核相比于之前考試的大量客觀題，調(diào)研報告、技能訓練、實驗測試及過程考核比重增加。

3.2 建立學科競賽機制

學科競賽是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新實踐能力的動力，建立學生參加學科、行業(yè)競賽活動的新機制，學院加強師資支持、經(jīng)費支持和心理支持，極大提高師生參加各類競賽的積極性和主動性。另外，設(shè)置競賽專門學分，如表2 所示。

表2 自動化專業(yè)學生競賽學分

應用型地方高校要服務(wù)當?shù)爻青l(xiāng)經(jīng)濟的發(fā)展，通過調(diào)研地方企業(yè)，了解用人需求，開展就業(yè)創(chuàng)業(yè)實踐，整合校企資源，以培養(yǎng)滿足產(chǎn)品市場需求的學生為目標，產(chǎn)學研用緊密融合，在過程控制課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計過程中貫穿市場人才技能需求，畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容要針對行業(yè)、產(chǎn)業(yè)急需解決的問題，采用“真題真做”模式，構(gòu)建良性互動畢業(yè)設(shè)計與產(chǎn)業(yè)需求的閉環(huán)系統(tǒng)。同時與慶陽石化、甘肅電器科學研究院建立校企合作關(guān)系并簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，為學生提供優(yōu)質(zhì)的一線專業(yè)知識和現(xiàn)代化的實訓課堂，為地方社會經(jīng)濟發(fā)展培養(yǎng)出更多更好的應用型人才。安排學生赴國家電網(wǎng)許繼集團、崇信電廠、西峰330 變電所等企業(yè)開展專業(yè)實習活動，有助于學生將所學專業(yè)理論知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，為學生就業(yè)奠定堅實基礎(chǔ)。

隴東學院近幾年取得《基于示教再現(xiàn)與主動跟隨家庭助手機器人設(shè)計與實現(xiàn)》等國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目4 項，省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目《基于自動化專業(yè)的職業(yè)信息與行業(yè)需求的數(shù)據(jù)挖掘與動態(tài)數(shù)據(jù)庫建設(shè)》等8 項，指導學生完成校級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目若干項，先后完成四旋翼飛行器、六自由度雙機械臂辦公機器人、330 kV 變電站室內(nèi)巡檢機器人、800 kW燃燒機、室內(nèi)自主巡檢消防機器人、花椒收采烘干整套設(shè)備、三軸建筑機器人等原型機研制。

4 結(jié)束語

新的社會環(huán)境和經(jīng)濟形式要求高校培養(yǎng)創(chuàng)新能力的應用型人才，地方高校在新工科背景下面臨轉(zhuǎn)型發(fā)展。CDIO 教育模式倡導以工程為背景，以項目為載體，以培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力等為目標，符合當下社會發(fā)展需求。將CDIO 基本理論與隴東學院過程控制工程課程特點相結(jié)合，充分調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)學生的團隊合作精神，提高學生的工程實踐能力。2019—2020年，學院16項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)作品參加國家級省級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽，其中1 項獲國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，9 項“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”項目獲準省教育廳立項；參加全國大學生電子設(shè)計競賽，獲得省級一等獎1 項，二等獎4 項；參加首屆“甘青寧”高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，獲二等獎1 項、三等獎2 項；組織培訓150 多人次參與到學科競賽中，獲省級獎勵15 項。