2023年基于CDIO的自动化专业培养模式探讨.docx

基于CDIO的自动化专业培养模式探讨 摘 要 在工程教育认证体系下，进一步贯彻落实国家卓越工程师培养方案，以提高高校自动化专业教学质量。首先，阐述了卓越工程师培养方案开展历程和工程教育背景；其次，以安徽工程大学自动化专业课程建设为例，对理论教学、实践教学等方面的一些做法和经验进行了总结，期望通过工程化教学模式的探索与实践，培养具有创新精神和实践能力的高级人才。 关键词 CDIO 培养模式 自动化 教学策略 卓越工程师 中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/jki.kjdks.2023.04.019 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 中国工程教育协会自2022年开展工程教育专业认证试点，初步建立了工程教育认证体系，在电子信息与电气工程、机械、计算机科学与技术等14个专业类开展了认证工作。①其目的是为了保证和提高我国高等学校工程教育质量，进一步推动高等学校工程教育改革，从而强化高等学校工程教育与工业实际的紧密联系，为我国高等学校工程类毕业生走向世界范围就业提供“通行证〞，也将为广阔工科学生未来的工程执业提供便利。据麦可思教育数据公司统计我国工程教育低于国际标准，创业人才培养缺乏，全国平均为1.2%，其中高职类院校为1.9%、普通本科类高校为0.8%、211类高校为0.54%。②③为适应高等学校工程教育认证的开展形势，并推开工程教育改革需要，中国工程教育协会要求学生毕业时能将数学、自然科学、工程根底和专业知识用于分析复杂工程问题，设计满足特定需求的复杂工程问题解决方案；在培养学生课程体系建设过程中，对于根底类课程设置要求表达数学和自然科学的分析能力培养，专业类课程设置要求表达应用能力的培养，且至少占总学分的30%；工程实践和毕业设计选题设置要求表达工程实际应用问题解决能力以及团队协作精神的培养，且至少占总学分的20%。 然而，我国当前工程教育形势不容乐观，培养目标、定位趋同培养特色不鲜明，还未形成科学、完善的工程人才培养体系和机制；高校教师队伍普遍缺乏工程实际背景，在我国工科类高校教师中，80%到90%具有高学历，但缺少工程实践经验；且高校课程体系设置对高等教育培养目标的支撑力度稍显薄弱，与我国当前产业结构转型和调整不符；工程课程教学内容与实际联系不紧密，缺乏针对工程应用及创新能力培养的；教学方式不灵活，主要采用课堂灌输式教学为主的教学方式，且实践教学环节的目的性不够明确，生产实习往往流于形式。④ 今年的政府工作报告明确提出要“建设世界一流大学和一流学科〞。在教育部公布的2023年工作要点里，也提出我国高校要努力坚持具有中国特色、一流标准，推进世界一流大学以及一流学科的建设。而UNESCO曾在2023年的工程学报告中指出，工程将是人类社会面临的最大挑战和机遇，因此，美国圣托马斯大学陈思齐校长就以工程类课程体系建设为切入点，实现了学校整体水平的提升。⑤因此，我校在推进自动化专业工程认证背景下，亟需修订该专业培养方案，调整自动化专业相关知识点的内在关联性，合理分配实验内容所占学时比例，并进一步加大实践环节内容的设置，以满足工程教育专业认证；并引入当前国内外备受关注的CDIO〔Conceive-Design-Implement-Operate〕教学模式，按照产品生命周期构建自动化专业各课程培养体系，从而使学生到达预想的学习目标。 考虑到我校自动化专业已被教育部确定为“卓越方案〞试点专业，如何借鉴CDIO先进的教育理念，通过培养模式改革，强化大学生的创新技能、实践技能训练，推动教学质量提高，是我校自动化专业授课老师所面临和亟待解决的首要问题，也是高等院校主要的专业建设方向之一。 1 自动化专业培养模式分析 我校自动化专业由原来的自动控制、工业自动化、工业电气自动化、生产过程自动化等专业合并而成，具有控制科学与工程一级学科硕士学位授予权和控制工程专业学位授予权。于2023年被列为“国家级特色建设专业〞，2023年入选安徽省“卓越工程师教育培养方案〞，2023年被列为“国家级本科专业综合改革试点〞专业，与安徽鑫龙电器股份共同建立的校外实践基地被列为“国家级大学生校外实践基地〞。因此，该专业的培养模式改革对我校其他专业教学改革具有重要的示范意义。图1是我校自动化专业培养体系改革示意图。 从图1可以看出，我校自动化专业培养模式是以学生为中心、以社会需求为导向、以持续教学改革为手段，从而建立合格的工程教育体系。在学生方面，采取导师制的方式实现全程关注和指导，强化工程能力和实践创新能力的培养；在培养目标方面，主动效劳于国家和地方经济建设，以及行业企业需求，坚持校企联合，引导行业、企业参与学生的培养过程；在课程设置方面，进一步强化对高校人才培养目标的支撑力度，增加专业技术课程课时比率，以及与实际工程问题的联系紧密性，鼓励学生参加各类电子设计竞赛和课外学术竞赛；在师资队伍方面，坚持出国访学和企业挂职相结合的方针，提高教师的产业经验，目前，该专业30%以上教师具有博士学位，50%以上教师具有企业经历，副教授以上职称占60%，获得安徽省教学成果特等奖、省级教坛新秀、省级教学名师等多项奖励；在硬件条件方面，拥有控制科学与工程省级重大建设学科，检测技术与自动化装置、电气传动与控制省级高等学校重点实验室，以及皖江高端装备制造协同创新中心等国家级、省级科技创新平台，坚持把根底研究和国民经济建设主战场需求密切联系在一起的原那么，以满足学生的学习、创新需求。 2 自动化专业课程体系设置 考虑到自动化专业知识点、根本原理与方法众多，各课程之间前后衔接关系紧密，且相互渗透交叉。因此，在该专业课程设置和课程教学过程中，不能过分强调某一门课的完整性和独立性，而忽略了各课程之间内容衔接，导致学生不能驾驭整个知识体系。另外由于该专业大局部教师匮乏工程实践经验，实验教学采用验证为主的策略，严重影响了该专业相关课程的教学效果提高，从而降低了该专业人才的培养质量。为了贯彻工程教育理念，培养创新型卓越工程师，对自动化专业课程体系设置进行改革显得有为必要。为此，本文将利用CDIO作为工程教育的环境背景，创立适应新形势开展需要的课程体系，具体如图2所示。 图2中，专业概论课程始终贯穿于大学教育全程，以让学生更好地理解自动化专业培养目标以及社会需求；构思局部主要讲解电路、电力电子等根底课程，设计局部引导学生进入专业核心课程学习，从而为学生在实现局部利用单片机、PLC等强化专业课程的实践和应用，最后通过方向课，让学生能够对工业过程中自动化系统有深刻理解，为毕业走向社会做好准备。在图2的课程体系实施过程中，除通识课程教学外，专业根底课占12%，专业核心课占19%，专业方向课占5%，实践教学环节占25%，从而着重强化“厚根底、重实践、求创新〞的人才培养特色，全力提高工程教育质量，培养“应用型、管理型、创新型〞的卓越工程人才。 在具体课程教学大纲制定过程中，分析各课程内容之间的联系，对其进行组合和整体优化，课堂上结合国家战略需要和行业需要增加案例讲解，采用启发式教学模式，鼓励学生自由探讨和教学互动，同时参考文献⑥的方案，设置课程群建设，组织教学经验丰富、业务精湛的教师担任各课程群组组长，制定课程教学大纲，并按照课程组各教师的自身长处合理选择各自授课内容，实现教学资源的最大化利用；同时指定教学效果好的教师给其他教师进行教学辅导，实现好教学方法的传帮接代，促进教学水平的整体提高；对实践教学内容借鉴文献⑦的改革经验，进行层次化设计，拓展学生的创新思维能力和动手能力，有针对性地预留课外作业，引导学生复习、预习，引导学生注重工程能力和自主学习能力的提高，并采用本科导师制模式，吸引和挖掘有兴趣的学生提前参与最新科研工程，同时灌输我校“老实做人、踏实做事、扎实做学问〞的育人理念，培养学生严谨的科学态度和团队合作精神，从而提高学生工程实践能力和知识获取能力。 3 结束语 综上，我校自动化专业教学借鉴国内相关高校成功改革经验，坚持社会需求为导向、学生工程实践能力和创新能力提高为焦点，修订符合CDIO模式的教学大纲，将相关性较强的课程内容组合优化，积极开展第二课堂的学习实践活动，调动学生学习的能动性，并取得了一定的突破。我校将在现有教学资源根底上，将不断完善各课程教学的方法、手段、策略，研究制定相应的教学大纲，坚持根本知识、根本思想、根本方法和根本技能同步开展，紧密围绕我校“工程教育展业认证〞和“卓越工程师培养方案〞的重点和目标，努力培养敢于创新、勇于创造的高质量人才。 资金资助：本文得到安徽省2023省级质量工程工程〔工程编号：2023jyxm177〕、2023年安徽工程大学校级本科教学质量提升方案重点工程〔编号：2023jyxm09〕以及安徽工程大学本科教学质量提升方案工程〔工程编号：2023JCJXZZ03〕的资助 注释 ① 朱建红，张蔚，顾菊平，吴晓.基于卓越工程师目标的教学策略改良研究[J].中国电力教育，2023〔5〕：90-91. ② 林健.卓越工程师教育培养方案专业培养方案研究[J].清华大学教育研究，2023.32〔2〕：47-55. ③ 龚克.关于卓越工程师培养的思考与探索[J].中国大学教学，2023.8：4-5. ④ 曾庆军，邓志良，朱志宇，陈小惠，徐绍芬，谢成祥.自动化省级特色专业控制类课程群建设[J].电气电子教学学报，2022.28〔1〕：14-18. ⑤ 陈红兵.自动化专业控制类课程教学内容优化的探讨[J].襄樊学院学报，2023.30〔8〕：67-69. ⑥ 刘小河，马洁，管萍，付兴建，刘丽华，王辉.控制类教学团队和系列课程建设的实践与思考[J].工业和信息化教育，2023〔8〕：28-33. ⑦ 曾庆军，徐绍芬，韦中利，邓红，尚婕.自动化专业控制类课程群实验教学改革[J].实验室研究与探索，2022.25〔5〕：632-635.