基于CDIO模式的“自动控制原理”重点课程教学改革实践

来源:用户上传      作者:王宪磊 张洪洲 裴玖玲 侯宝华 周丹 许晓东

　　摘   要：针对“自动控制原理”课程的特点，文章采用CDIO工程教育教学模式，在课程教学中注重理论联系实际、优化课程内容、改革实验教学、融入课程综合训练等，激发学生课程学习的积极性，培养学生的创新意识和团队协作能力，提高学生的专业技能和实践动手能力，实现工程应用型人才的培养目标。
　　关键词：CDIO;自动控制原理;重点课程;教学改革
　　“自动控制原理”是高校自动化、电气工程及其自动化、机械电子工程、机械设计制造及其自动化、电子科学与技术、电子信息工程、农业电气化、农业机械化及其自动化等专业的一门重要的核心基础课程。该课程主要研究控制理论的基础知识，熟悉自动控制的概念、组成、工作流程、分析设计等，为以后的自动控制实例积累理论知识。培养学生利用“自动控制原理”知识分析和解决工程实际问题的能力，为以后深入了解自动控制工程应用和专业后续课程的学习打好基础。该课程基础理论性强，知识面宽广，概念抽象，图形多，公式多，数学知识要求高，实践环节重要，学生不易学习。因此，必须重视该课程的教学改革，探索合适的教学模式，采用合适的教学方法，努力提高课程的教学质量。“自动控制原理”作为涉及专业面特别广泛的课程，与众多专业人才的培养目标紧密相连，得到了塔里木大学的重视，成功获批学校本科重点课程建设项目。
　　1    CDIO工程教育模式
　　CDIO的4個字母分别代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate）。CDIO工程教育模式是一种先进的工程教育理念，对于高校各工科专业的课程教学改革具有引领作用，是当前各高校工科专业课程教学研究的热点，代表了从产品的研发到产品的运行整个过程，让学生熟悉一个产品从最初的构思，到设计，再到实施，最后到产品的运行实现，让学生深刻体会一件作品的实现是何等的艰辛，也能体会到一件作品的实现是何其有成就感[1]。这种工程教育模式，可以发挥学生学习的主动性，让学生参与到每一个具体环节，锻炼学生的各种技能，提高学生分析和解决实际工程问题的能力，培养学生创新能力和团队协作能力。“自动控制原理”作为电气类、自动化类、机械类、农业工程类等学科的核心技术课程，其重要性不言而喻。因此，在该课程教学中采用CDIO模式，有利于激发学生的学习兴趣，提高学生分析和解决问题的能力，提高学生的专业技能，培养工程应用型专业技术人才，对后续课程的学习等都是有重要意义。
　　2    课程教学现状
　　“自动控制原理”课程内容多，涉及的知识面广，在传统教学中，教师普遍重视理论讲解，重点给学生介绍自动控制的概念、组成、原理、性能等，对于自动控制的工程应用介绍较少，主要侧重理论讲解、数学公式推导、图形分析介绍等，学生的工程实践能力锻炼不够。还有考虑到自动控制所用的电子器件更新换代快，电子技术发展日新月异，传统教学中单纯讲解“自动控制原理”课本知识显然，无法适应工作以后对自动控制知识的需要。该课程实验环节的学时设置少，主要是验证性实验，模式单一，内容简单，实验项目难度较小，实验目的是巩固课本理论知识点，没有起到有效发挥学生创新能力和提高学生专业实践技能的作用，所做实验项目，与工程实际应用的自动控制相去甚远，远远不适应工作之后对自动控制技能的要求。
　　3    基于CDIO模式的课程教学改革
　　3.1  结合课程特点，做到教学理论与实际相结合
　　“自动控制原理”课程理论性强、概念多、图形多，为了讲清楚课程核心内容，首先，必须重视课程的理论知识讲解，要利用传统的板书和多媒体相结合的方式，把各种自动控制系统的本质和主要内容给学生讲清楚，让学生对各种控制系统心知肚明。除此之外，教师在课堂教学中不能脱离实际，必须把当前自动控制的最新技术应用现状和发展前景及时普及给学生。要结合具体章节的控制系统内容，多联系实际工程中的相关应用，给学生介绍相应的现状和发展前景，让学生时刻知道所学的理论知识在工程实际应用中到底是怎样的情况，让学生把课程理论知识与实际紧密结合，有利于树立学生的工程实际运用意识，激发学生利用所学知识解决工程实际问题的积极性，增强学生学习的主动性。
　　3.2  以工程教育为背景，优化课程教学内容
　　在课程教学中，要改变单一按照教材进行授课的模式，教学内容不能局限于课本，在注重课本理论知识讲解的同时，要改变传统授课中的习惯性教学观念，一定要把CDIO工程教育理念始终贯穿于课程教学活动中，使教学内容以工程教育为背景，系统地介绍自动控制的基本理论和工程实践应用，教学中要采用大量的工程控制实例，结合自动控制的应用现状和发展前景，多给学生介绍最新的自动控制相关知识，以增加课程的信息量，扩展学生视野。要优化传统的课本教学内容，重视基本概念的讲解，对于各种控制系统要重点介绍其组成、工作流程和应用。淡化各种组成器件的内部构造、结构和原理等，重点让学生熟悉控制系统各种组成器件之间如何关联、如何相互联系工作。通过各种控制实例引入所讲的课程知识，强化控制各模块在工程实践中的宏观应用，结合工程实例讲解理论，可以激发学生思维，举一反三，逐步引入自动控制的工程设计，体现课程知识在工程实践项目的构思、设计、实施和运行中的重要性。
　　3.3  以学生为中心，激发学生的学习热情
　　CDIO工程教育理念以学生为中心，以工程能力培养和科技创新为主线，重在对学生基础知识、创新思维、实践能力、工程设计的培养[2]。在课程教学中，必须改变传统的教师为主的授课模式，要大力增加学生课程教学的参与度，实现以学生为主、教师为辅的教学模式。所以在课堂教学中，要注重提高学生的积极性，多进行讨论，多采用课堂提问，多列举工程实例，激发学生的学习热情。采用CDIO工程教育模式，最关键的是给学生建立一个完整的工程项目，将课程内容与项目的构思、设计、实施、运行等各环节完美对接，让学生通过课程的学习，就能明白相关知识在工程项目中的具体应用。这种教学模式，可以很好地把课程理论与工程实践有机结合，可以激发学生的工程创新思维，培养学生的科技创新能力和工程实践能力。这种模式，有利于发挥学生学习的主动性。在工程项目的各个环节，可以充分发挥学生的才能，学生可以利用所学知识，探求解决实际问题的方法，针对工程项目中不熟悉的内容，又可以反过来激发学生去补充知识，并且有利于挖掘学生的个性才能，不同层次的学生在工程项目整体环节会体现出差异性，利用此模式也能很好检验学生的理论知识水平和创新实践能力。总之，采用CDIO工程教育模式，可以让学生在课程基础理论知识、创新思维能力、实践动手能力、工程技能、团队协作意识等众多方面都能得到改善，实现课程教学效果的明显提升。 　　3.4  改革實验教学内容和模式，提高学生实践技能
　　“自动控制原理”课程内容多，所以在传统教学中，课堂讲解是主体。实验教学学时较少，而且实验内容主要是验证性实验，重在巩固课程理论知识，实验内容不能反映工程实践和生产实际、内容单一、难度较低，学生只需熟悉实验指导书中的实验介绍，在实验台进行简单的接线，通过简单的调试和测量就能完成实验内容，这种实验模式固定，缺乏新意，难度较低，对学生的创新思维训练不够，对学生的实践操作能力锻炼也不够，不能吸引学生的实验注意力，学生大多是应付实验教学，实验兴趣不高。因此，采用CDIO工程教育模式，必须重视课程的实验教学，使实验内容与工程实践紧密结合。要保留必要的验证性实验，必须增加设计性实验。按照CDIO模式，实验之前，老师先给学生布置面向工程实践的实验任务，要求学生从实验构思和设计方案入手，先完成实验方案及内容设计，再进入实验室实施，完成实验运行，分析实验结果，若实验结果与预期有差别，则再次从头重新检查实验方案，再次实施、运行、看结果、反复进行，直到得到满意的实验结果。这一过程，使实验内容与工程实践很好地相结合，锻炼了学生利用所学知识解决工程实践中具体问题的能力，有利于提高学生的实验兴趣，激发学生的创新思维，提高学生的实验操作技能。
　　3.5  增加课程综合训练，提高学生综合技能
　　考虑到“自动控制原理”课程与工程实践紧密结合，在教学中，任课教师除了布置课堂作业巩固理论知识，还需要布置课程大作业，大作业内容广泛，如可以让学生查找资料，搜集不同行业所使用的最新的自动控制技术，提交一份报告，介绍相关行业最新自动控制技术，要求图文并茂，锻炼学生查找文献的能力。还可以布置简单的课程设计，教师布置工程实践中的自动控制题目，让学生完整地从题目构思、设计、实施、运行等整个环节全部熟悉一遍。在布置工程实践课程设计项目时，教师可以多方查找资料，或者到企业调研发现实际的问题，将自动控制知识应用于工程实践，从工程实践中发现问题，作为课程设计内容，让学生完成训练，实现学生的工程项目综合训练，体现课程的价值，实现工程应用型人才目标的培养。
　　4    结语
　　通过在“自动控制原理”重点课程教学中引入CDIO工程教育理念，可以改善课程在传统教学中存在的不足，使课程理论与工程实践紧密结合，这不仅会增加课程教学信息量，扩展学生视野，提高学生学习的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣，提高课程学习效率，还有利于培养学生的利用所学知识解决工程实际问题的能力，锻炼学生的创新思维，培养学生的专业技能和团队合作能力，为学生今后学习其他专业课程以及毕业后从事专业工作打下良好的基础。
　　[参考文献]
　　[1]赵燕燕，刘馨芳，李佳立，等.基于CDIO模式的单片机原理及应用课程改革与实践[J].现代职业教育，2018（18）：144-145.
　　[2]于军.基于CDIO模式下模拟电子技术课程教学改革与实践[J].教育与职业，2014（8）：129-131.
　　Practice of teaching reform of key courses of
　　“Principle of Automatic Control” based on CDIO model
　　Wang Xianlei， Zhang Hongzhou， Pei Jiuling， Hou Baohua， Zhou Dan， Xu Xiaodong
　　（College of Mechanic and Electrical Engineering， Tarim University， Alar 843300，  China）
　　Abstract：In view of the characteristics of the principle of “Principle of Automatic Control” course， the CDIO engineering education teaching mode is adopted. in the course teaching， the theory is linked with the reality， the course content is optimized， the experimental teaching is reformed， and the comprehensive training of the curriculum is integrated to stimulate the students’ enthusiasm for curriculum learning and cultivate students’ innovative consciousness， and teamwork ability， improve students’ professional skills and practical ability to achieve the training objectives of engineering application talents.
　　Key words：CDIO; Principle of Automatic Control; key courses; teaching reform
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