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基于CDIO 教育理念的自动化课程的改革与实践[J].pdf

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基于CDIO 教育理念的自动化课程的改革与实践[J].pdf

©19942009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http//www.cnki.net基于CDIO教育理念的自动化课程的改革与实践张慧平,戴波,刘娜,张立新,王凤全,魏文渊北京石油化工学院,北京102600基金项目北京石油化工学院2009年校级教育教学改革和研究基金资助项目作者简介张慧平19652,男,博士,副教授,主要从事过程系统综合及其智能求解策略的研究,在复杂系统建模和模拟、优化策略、进化算法、多目标非线性问题决策方面有较深入的研究,E2mailzhanghuipingbipt.edu.cn摘要CDIO,即构思conceive、设计design、实施implement、运作operate,是以现代工业产品从构思、研发到运行乃至终结废弃的全生命周期为蓝本的、旨在培养学生的工程能力的一种方法。工科专业如何转变教育模式以适应国家经济高速发展的的需要,成为迫切要解决的问题。本文选用自动化专业的一门主干课程为研究对象,将该理念贯穿在课程学习的全过程,运用CDIO教育模式对该课程的教与学进行探讨和实践,提出一条新的工程教育模式,使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高。关键词CDIO工程教育自动化过程控制工程TheReformandPracticeofAutomationMainCourseBasedonCDIOModelZHANGHui2ping,DOBo,LIUNa,ZHANGLi2xin,WANGFeng2quan,WEIWen2yuanBeijingInstituteofPetro2ChemicalBeijing102699,ChinaAbstractCDIO,itmeansConceive,Design,ImplementandOperate.Itsbasedonmodernindustrialprod2uctsfromconception,researchanddevelopmentaswellastheendoftheoperationofwastebasedonlifecycle,andaimstohelppupilsdevelopamethodofengineeringcapability.Engineeringprofessionaleduca2tionmodelofhowtoadapttochangesinthenationaleconomyneedshigh2speeddevelopmenthasbecomeanurgentproblemtobesolved.Inthepaper,amajorcoursewillbeselectedtostudywiththeCDIOmodeinordertohowtoteachandlearn.Anewmodelofengineeringeducationwasputforwardsothatstudentsdointhepractice,theindependentinnovationability,teamworkabilityhasimproved.KeywordsCDIOengineeringeducationautomationprocesscontrolengineering1背景从英国的工业革命开始,工程人才对经济的发展一直起着巨大的推进作用。但是从上个世纪四、五十年代开始,出现了科学主导工程的倾向,高校过分强调理论学习。经过几十年的实践,表明这种发展思路有很大的局限性。特别是上世纪八十年代兴起的信息化革命,对人才的需求提出了全新的要求。所以自八十年代后又开始了回归工程实践的改革,大量的合格的高质量工程教育人才正在成为一个国家的核心竞争力。美国国家工程院院长曾指出,具有最好工程人才的国家占据着经济竞争和产业优势的核心地位。从上个世纪90年代开始,为应对工程人才的短缺和工程教育质量不能适应产业界需求的问题,众多国家掀起了工程教育改革的浪潮,改革影响深远。其中,CDIO是影响最广泛、接受国家最多的一种教育模式。CDIO,即构思conceive、设计design、实施implement、运作operate,是以现代工业产品从构思、研发到运行乃至终结废弃的全生命周期为蓝831电气电子教学学报2009年9月©19942009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http//www.cnki.net本的、旨在培养学生的工程能力的一种方法,是一种新的高等工科教育模式。它包括个人的工程科学能力和技术知识能力、终生学习能力、团队交流能力和大系统协调等方面的能力。对于近年来高校工科毕业生的培养质量,企业的共同反映是毕业生普遍缺乏对现代企业工作流程和文化的了解,上岗适应慢,缺乏团队工作经验,沟通能力、动手能力较差,缺乏创新精神和创新能力,职业道德、敬业精神等人文素质薄弱,所有这些都难以适应现代企业的发展需求。McKinseyGlobalInstitute2005年10月发表的一份报告称,我国2005年毕业的约60万工程技术人才中适合在国际性公司工作的只有不到10。而这其中的原因,其分析为中国教育系统偏于理论,中国学生几乎没有受到项目和团队工作的实际训练,相比之下欧洲和北美学生以团队方式解决实际问题。所以,目前经济高速发展的中国高等工程教育主要存在两个问题,一是生源不足,造成了工程教育的数量危机。另一个是质量问题,毕业生理论脱离实际、实践环节薄弱、产学脱节等。自动化专业的学生毕业后主要是到相关企事业单位担任工程师和技术研发人员,解决生产与经营中遇到的各种问题,所以该专业实践性很强。要求毕业生具有很强的动手能力、良好的团队合作能力和人际协调沟通能力。同时,我国高等工程教育长期重理论、轻实践的教育模式,使得学生很少有机会去企业实际运用所学的知识,企业也没有形成接受学生实习的良好氛围。利用好现有的实验室和实习基地,探索出一条行之有效的工程教育模式,使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高,就显得尤为重要。过程控制工程是自动化专业的一门技术性、实践性很强的专业主干课程,其内容是以过程控制系统为主体,控制理论为基础,生产工艺为一翼。运用CDIO教育模式对该课程的教与学进行探讨和实践,对其他工科课程的改革有明显的示范和以点带面的作用。2现状分析自动化专业要求学生应熟练掌握自动控制理论、计算机技术的应用和仪器仪表的开发技能,从事生产过程自动控制系统设计、安装、调试和运行,自动化仪表与装置开发和研制等工程技术技能,成为专业知识面宽、基础知识扎实、计算机及外语能力强、工程应用适应面广的高级工程技术人员。其中,实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力等是自动化专业工程培养体系中非常重要的特点。上述能力只有通过实验、实习、实训等教学环节来保证。笔者受国家留学基金委资助,于2007年在法国电子与电气高等工程师学院ESIEE做了一年博士后研究。科研之余,考察和了解了国外高校在培养学生工程实践能力方面的一些做法和经验。法国的高等工程教育主要由工程师学院来承担,法国有两百余所工程师学院。学生在两年预科之后,经考试入校。在此后的3年培养中,第一年在企业国内或跨国公司实习一个月第二年在企业实习两个月第三年在企业实习三个月,总共有半年的工业实践时间。学生毕业时获得工程师证书,该证书在欧盟和北美有很强的权威性。构成了国家、学校、企业、教师和学生五位一体的工程教育培养体系,确保了培养质量。法国学生可以在欧盟、英国和北美以及南非、澳洲等国家的企业带薪实习。近年来法国的工程师学院也加强了和亚洲如日本、韩国、中国、新加坡等国家的校企合作,每年有大量的学生在这些国家实习,对于了解这些国家的文化,增强和这些国家企业打交道的能力非常有帮助。法国的工程师学院都和国内外企业签订有校企合作协定,企业优先接受这些协议院校的学生实习。企业的工程师也担任这些学院的兼职教师,每年都有一定的教学任务。同时,这样的实习也为这些企业考察学生的能力提供了机会,很多学生实习结束后就和企业签订了就业协议。这些国际化的实习机会对学生的团队能力和人际关系协调、沟通能力的培养大有裨益。近年来,欧洲国家工程联合会已经启动了一项专门计划,旨在成立统一的欧洲工程教育认证体系,以指导欧洲大陆的工程教育改革,加强欧洲大陆的竞争力。欧洲的改革方向与侧重点是在继续保持科学基础训练的前提下,着重强调加强工程实践训练,加强各种能力的培养在内容上强调综合与集成,包括自然科学与人文社会科学的结合,工程与经济管理的结合。同时,针对工科教育生源严重不足问题,美国和西欧各国纷纷采取各种办法和措施,包括从931第31卷增刊电气电子教学学报©19942009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http//www.cnki.net中小学教育开始,提升对工程的重视与兴趣。另外,针对工业自动化水平的不断改进和提高,国内很多高校都对该课程加大了改革的力度,在培养模式方面做了很多有益的探索和实践。3改革的思路与措施目前,我们在第六学期设置了三个星期的综合实习,利用北京燕山石化仿真中心和我校的实习基地,锻炼学生的理论联系实际能力。在第7学期设置了过程控制过程的十六学时实验课程和一个星期的综合科学训练、第八学期的毕业设计等与专业实习相联系的工程教育训练,确保自动化专业学生在学完所学专业课程的基础上,系统地进行过程控制工程的分析、设计、运行训练。但是以上这些工程训练远远无法满足企业发展对人才能力的需求,所以,如何利用现有的实验室和实习基地,探索出一条行之有效的工程教育模式,使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高,显得尤为迫切和重要。由于本课程的特点是实践性强。为了提高学生素质,注重能力培养,在提高课堂教学质量的基础上,对原有的课程设置的内容及实践环节进行多方面的改革,主要思路是运用CDIO的观念,跟上信息时代发展的步伐,减少常规课堂教学内容,加强工业计算机应用及现代控制理论应用方面的知识加强实验与实践环节的教学,利用好现有的实验室和实习基地,探索出一条行之有效的工程教育模式,使学生在实际动手能力、独立创新能力、团队合作能力方面有所提高,对其他工科专业课程的工程教育改革探索出一条思路,起到以点带面的作用。依据CEC2CDIO教育模式即注重校企合作CCollege学院、EEnterprises企业、CCooper2ation合作,并与构思设计实现运作进行有机结合的新模式。遵循以能力为目标,以施工项目为载体,校企结合,做中学的原则,设置课程体系,探索合适的工程教育模式。依据CEC2CDIO课程设置原则,本课程拟设置五个板块通识课程板块、自然科学基础板块、技术技能板块、职业技能板块、拓展技能板块。在CEC2CDIO教育模式中,学习学段,采用WP2PFwork2基于工作、Problem2基于问题、ProjectOri2ent2基于项目导向、Forum2基于论坛教学模式。工作阶段,学生进入燕山石化,由企业兼职教师和校内专任教师,共同指导学生完成学习任务。与国际化集团公司合作,教学内容纳入国际工程标准,聘请国外工程师讲学,进行国际师资交流,实现人才培养的国际化。积极鼓励本专业学生去国外高校做毕业论文。经典的过程控制基础理论是教学的重点,必须让学生把各知识点,系统的掌握起来。重点、难点要讲透,引导学生多角度、深层次地理解基本原理,并及时归纳总结对最具有迁移价值的学科基本原理进行阐述,讲授内容少而精,留有足够的学习时间和思维空间给学生自学研究而对事实性知识点,则少讲或不讲讲授内容宽而新。计算机与控制科学的迅速发展为控制工程教学提供了丰富的内容,重新调整课程的知识体系和教学内容,精选重组课堂教学内容是教学改革的必然。教学中强调夯实基础,注重综合应用,减少重复。优化后的课程,使基础理论、分析方法、与现代科技新技术应用得到有机的结合,突出反映了科技发展的新成果和前沿内容,更具有实用性,更利于学生能力的培养面向用人单位实施校企共同培养模式,有考核,有管理,编写适合工程教育所用的教材。实施因材施教,分层次教学。根据性别、性格、个人爱好、就业方向等特点安排学习内容。创新校内的实验实训模式,把本课程的知识和技术用于教学,如利用实验室现有设备实施远程实训学习,让学生觉得好奇,激发学生的学习兴趣。过程控制工程包含大量的工程实践内容,因此迫切需要解决理论与实践、教学与实验的问题。如何利用计算机辅助教学系统,构造过程控制工程多媒体计算机仿真教学系统,通过校园网供学生进行高效率的学习,使想象变为形象,使不可见变为可见,教和学都显得容易,还可使学校花少量的钱能开出丰富、教学质量高的实验,增强教与学的互动性,使学生有问题随时可以在校园网上找到资源去解决。4结论与问题以CDIO工程教育模式为指导,遵循高等教育的规律和适应现代高等教育发展的趋势,注重素质教育,重视学生创新能力的培养和个性发展,全面因材施教。注意课程改革的科学性,处理好知识、能力和素质的关系,传统教学内容和现代教学内容的关系,积极吸收国内外一些先进的教学研究成果。依041电气电子教学学报2009年9月©19942009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http//www.cnki.net照有用、有效、先进的教学原则,对过程控制工程课的体系和内容进行优化、整合,删去陈旧的内容,增加先进、有用的内容。同时注意教学方法和手段的改革,探索以学生为主体,知识、能力和素质协调发展的新型教学模式。跟上信息时代发展的步伐,减少常规课堂教学内容,加强工业计算机应用及现代控制理论应用方面的知识加强实验与实践环节的教学,并初步摸索出一套成功的教学方式。优化后的课程,使基础理论、分析方法、与现代科技新技术应用得到有机的结合,突出反映了科技发展的新成果和前沿内容,更具有实用性,更利于学生能力的培养。过程控制工程不仅是自动化专业主干课程,而且是与高新技术发展密切相关的飞速发展的一门学科。当前计算机集散控制系统DCS,现场总线控制技术FCS等,被广泛的使用在过程控制领域,由于它的投资较大,系统复杂,因此各高校在这方面的教学,往往落后于生产实际,但学生迫切需要掌握此方面的知识,为能适应此方面的要求,需要探索一条新的培养模式。校企合作模式如何进行,大纲如何编写,教材如何编写,在企业的实习成绩如何考核等都需要适应新的发展形式的要求。实验室、实习基地如何建设和改造才能满足因材施教、分层次教学和CDIO工程教育模式的要求,都有待于今后进一步的探讨。参考文献1胡雄心,姚远,高红俐.CDIO模式下模电授课模式的探讨.电气电子教学学报,2008.32刘增辉.CDIO颠覆性的工科教育模式改革.中国远程教育,2008.73现代控制理论在过程工业中的应用张慧平戴波杨薇北京石油化工学院学报,2006.54薄翠梅,李俊,林锦国.控制工程课程教学改革与实践.化工高等教育,2006.55党选举,谭永红.过程控制课程的改革与建设.高教论坛,2006.16杨为民.工过程控制工程课程改革与实践.化工高等教育.2007.17闫绍峰,熊晓航.程装备与控制工程专业培养方案和课程体系的改革与实践.辽宁工学院学报,2007.58张健平.过程装备与控制工程专业实验课程改革.实验科学与技术2007.29刘雪东,张炳生.装备与控制工程专业学生工程实践能力的培养.江苏工业学院学报,2004.4上接第137页魏东等文2专业课程体系及教学模式改革以建筑工程领域发展需求为指导,进行专业课程体系、课程内容及课程教学方法改革。重点进行针对建筑电气、建筑智能化领域要求的课程体系建设3注重工程实践能力、工程意识和创新能力培养的工程实践教学模式改革与从事建筑智能化的企业和建筑设计院紧密合作,探索建立现场实习、实训、企业文化教育等工程实践教学体系,加强学生的工程意识、工程实践能力和创新能力的培养,使学生具备工程师的基本素质,为企业分担由学生到员工的衔接教育4紧密结合工程实际的毕业设计环节改革改革传统的毕业设计模式,选择较大比重的由建筑智能化企业和建筑设计院提供来自工程实际的毕业设计课题,鼓励校内专职教师和现场兼职教师共同指导毕业设计,鼓励学生到企业进行毕业设计5建设专兼职结合的专业教师队伍教师队伍由校内专职教师和聘请的现场兼职教师组成,改革教师培养和使用机制,建立校内教师深入行业交流培训、了解行业发展需求、提升教师综合素质的常规机制6建立学校、用人单位和电力行业部门共同参与的学生考核评价机制,促进人才培养与经济社会建设需求紧密结合。参考文献1教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会.自动化学科专业发展战略研究报告M.高等教育出版社,20072戴先中,赵光宙.自动化学科概论M.高等教育出版社,20063韩力,曾祥仁.电气信息类专业人才培养模式及教学内容体系改革的研究与实践J.重庆大学学报社会科学版.2001,75782794李咸善,王斌,袁兆强等.电气工程及其自动化专业本科应用型人才培养模式探索R.中国电气高等教育100周年纪念文集,2008141第31卷增刊电气电子教学学报

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