鄭耐琴

(隴東學院 電氣工程學院 ，甘肅 慶陽 745000)

2018年8月教育部印發(fā)的高教函[2018]8號節(jié)選如下：“各高校要全面梳理各門課程的教學內(nèi)容，淘汰'水課'、打造'金課'，合理提升學業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學質(zhì)量”[1]。課程是本科教育的核心環(huán)節(jié)，是落實工程教育人才培養(yǎng)目標的重要載體，課程質(zhì)量的高低將直接影響人才培養(yǎng)質(zhì)量，課堂教學不是簡單地傳遞知識，而是知識、能力和素質(zhì)的綜合。新時代要求人才具有較強的實踐能力和創(chuàng)新意識，CDIO 教育模式[2]旨在培養(yǎng)學生的工程創(chuàng)新能力，強調(diào)扎實的基礎(chǔ)和完成項目的綜合能力，這與當前創(chuàng)新時代下建設(shè) “金課”的兩性一度不謀而合，同時CDIO 的能力大綱[3]也回答“培養(yǎng)什么人”的問題，CDIO 的12條標準[4]則細化了“如何培養(yǎng)人”這一重大課題。

在建設(shè)某一門具體課程時，CDIO并沒有給出具體的能力要求，也沒有給出CDIO能力目標的落實的具體方法，所以關(guān)鍵就是教學設(shè)計者如何根據(jù)教學的需要來制定符合相應(yīng)課程的CDIO能力培養(yǎng)目標及其貫徹方法。工業(yè)過程控制工程是自動化專業(yè)的一門實用性很強、多學科交叉融合的綜合性專業(yè)課，它主要培養(yǎng)學生工程概念和能力，提高實踐水平。由于該課程涉及知識多、涉及范圍廣，對學生的知識運用造成較大困難因此，如何采用更有效的教學方法，提升本課程的教學效果是教學者目前思考的問題，為此，我們依據(jù)CDIO基本理念，從教學內(nèi)容、教學方法、考核方式等方面進行教學改革探索。

1 過程控制工程本科教學中存在的問題

隴東學院本課程的教學時數(shù)為56學時，授課48學時，實驗16學時，實驗教學主要為課帶實驗。開設(shè)該課程的目的是讓學生了解和掌握工業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)中各種工藝流程，合理選用不同的控制方案，設(shè)計符合生產(chǎn)需求的控制系統(tǒng)。

(1)該課程工程性強，理論深奧、涉及內(nèi)容廣，需要有堅實的自動控制、高等數(shù)學、儀器儀表和智能控制理論基礎(chǔ)。而本課程課時有限，不可能在課堂上大量補充其他知識，這樣使得教學效果不太理想；同時，對于我院學生來說，缺少工程實踐機會，難以理解典型設(shè)備結(jié)構(gòu)形式和工作原理、工業(yè)控制的實際工況運行和開停車的注意事項，于是就出現(xiàn)了教材與現(xiàn)時工業(yè)情況差距比較大，課本學習與生產(chǎn)實踐拉大了距離。

(2)傳統(tǒng)的教學模式以教師為中心，以教材為中心，以課堂為中心，教師在課堂上灌輸知識，學生被動地接受知識，比如過程控制中涉及各種結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)的設(shè)計、分析、參數(shù)整定等問題，對于這些問題主要通過教師在課堂上作圖、計算來講解。在課堂教學中學生參與的機會少，充當配角，盡管教師花費大量的時間和精力，但從學生反應(yīng)來看，仍然覺得教學內(nèi)容抽象、難以理解，效率極低。

(3) 實踐教學是培養(yǎng)學生動手能力、提高學生創(chuàng)新能力的重要途徑，但以往實驗內(nèi)容由于受實驗室條件和實驗設(shè)備的限制，主要是一些基本的驗證性和演示性實驗，實驗課僅僅以輔助形式出現(xiàn)。雖然過程控制在實驗項目設(shè)置上比較完善，但是它的優(yōu)點也使實驗變得死板，難以開展設(shè)計型實驗，學生在裝置臺只能看到儀表的面板，但儀表內(nèi)部器件的長相，原理，連線不清楚，所以按照實驗裝置提供的實驗項目和實驗步驟進行，難以二次開發(fā)。

(4)評價體系不足，考核方式單一，忽視過程性評價，教學的目的是學以致用，單純的考試流于形式，并未能全面地評價學生的能力。傳統(tǒng)的評價通常采用教師授課、課程結(jié)束之后進行考試的形式，這就造成教師和學校對學生的評價幾乎全部來自于考試成績。

2 過程控制CDIO 教學改革過程

2.1 CDIO模式下課程大綱的改革

過程控制課程大綱的改革，主要遵循CDIO思想，課程設(shè)計建立在對人才培養(yǎng)目標綜合分析的基礎(chǔ)之上，在培養(yǎng)目標中區(qū)分了知識與能力。針對主要教學環(huán)節(jié)，設(shè)置“工程實踐背景”下為實現(xiàn) CDIO 所必需的分解預期學習效果，以及建議采用的教學策略、對應(yīng)的教學內(nèi)容以及如何實現(xiàn); 實驗設(shè)計中增加了綜合性實驗的比重，采用循序漸進的教學策略，從由教師完成構(gòu)思( C) 和虛擬運作( O) ，逐漸引導學生構(gòu)思( C) 、設(shè)計( D) 、實現(xiàn)( I) 和運作( O) 系統(tǒng)。大綱中同時增設(shè)了開放性實驗環(huán)節(jié)，旨在鼓勵和引導學生在 CDIO 總體要求下，進行深入地團隊合作、溝通交流。

2.2 改革課程內(nèi)容體系，優(yōu)化知識內(nèi)容

采取問卷調(diào)查和訪談的方式對學生的學習特征與企業(yè)需求進行調(diào)查和分析，結(jié)合學生的學習特點以及本專業(yè)最新技術(shù)、一線工程案例和企業(yè)真正需求，組織教學內(nèi)容、進行教學設(shè)計。在過程控制教學過程中安排適量學時邀請企業(yè)工程技術(shù)人員或者工程技術(shù)項目的教授為學生講解工業(yè)上過程控制系統(tǒng)的應(yīng)用；同時學期中安排學生到企業(yè)至少見習一次，深入企業(yè)一線了解知識的應(yīng)用，讓學生了解新的過程控制技術(shù)，拓寬學生的工程視野。

在教學內(nèi)容上不局限于教材內(nèi)容，根據(jù)最新的技術(shù)和信息可及時更新調(diào)整教學內(nèi)容，對 重復內(nèi)容進行優(yōu)化處理。在教學內(nèi)容安排上，測量與變送裝置部分，由于很多內(nèi)容在先修課程檢測技術(shù)課程已經(jīng)講過，過程控制課程主要講解過程控制系統(tǒng)中常用測量變送裝置的選型及其在工程應(yīng)用中的注意事項；對于執(zhí)行器部分，淡化調(diào)節(jié)閥機械結(jié)構(gòu)的講解，主要講解調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性、流量特性以及在過程控制系統(tǒng)中如何選擇具有合適流量特性、合適氣開、氣關(guān)形式和合適口徑的調(diào)節(jié)閥；對于控制器部分，淡化PID理論的講解，重點講解PID控制規(guī)律在過程控制系統(tǒng)中的使用方法及應(yīng)用場合。

在“知識”和“能力”教學策略方面，對于基本概念、基本理論部分，主要采用基于問題的學習，“能力”部分，以“工程實踐”的背景，主要采用基于項目的學習，引導學生進行主動探索、多學科融合、專業(yè)技能推理、人際交往等多方面的嘗試，培養(yǎng)學生CDIO素養(yǎng)。

2.3 CDIO 模式下教學方法的改革

從人才培養(yǎng)目標到教學設(shè)計，到教學方法，再到教學評價等各個方面都要依據(jù)構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運行展開，CDIO把整個教育模式串成了一個整體。作為 CDIO 模式重要的方法論，主動學習的定義到目前并沒有統(tǒng)一的定論?，F(xiàn)有的教學成果提供了眾多實用的技術(shù)，包括:暫停程序、回放練習、演示、思考對分享、小紙條、概念地圖、決策活動、案例學習等[5]。在改革中根據(jù)教學內(nèi)容的需要，充分借鑒上述技巧，綜合使用了“項目教學”和“案例教學”的方法。

2.3.1 項目教學

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)了它的“一體化”思想。在進行項目式教學時要遵循這一思想設(shè)計項目，首先為配合項目式教學，在專業(yè)課內(nèi)容中融入和滲透工程元素，適當介紹工程規(guī)范和行業(yè)標準。其次分清先后順序，教學實施時以與專業(yè)主體最近的二級項目(課程設(shè)計)為核心，向上要為專業(yè)一級(畢業(yè)設(shè)計)主線提供可靠的支撐，向下要將將幾個三級項目從內(nèi)容的相關(guān)性等方面連接起來。最后項目內(nèi)容也需要在每次循環(huán)中更新完善，教師要做好情境的創(chuàng)設(shè)，這樣才能實現(xiàn)完整的一體化專業(yè)項目式教學體系。

在教學中必須給學生一個自我認知、自己調(diào)試的機會，使學生對系統(tǒng)有清晰、明確的認識，設(shè)計并實現(xiàn)一個控制系統(tǒng)，這樣學生經(jīng)歷了從工況分析、系統(tǒng)設(shè)計到調(diào)試的完整過程。①為一步一步深入工程應(yīng)用領(lǐng)域，對工程實用設(shè)備需要進行拆卸、測繪與安裝，使學生對各種典型泵的結(jié)構(gòu)原理、制造檢修都了然于胸。②對于五大工業(yè)參數(shù)流量、溫度、壓力、液位測量的傳感器外觀功能，連接方法，檢測點的選擇。③自動調(diào)節(jié)閥流量特性選擇、連接和使用。在項目實施過程中，各項工作要靠小組3個成員去努力完成，教師只是討論的引導者和參與者，考核時要注重學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、簡化問題并最終解決問題的能力，以及主動性學習、實踐性學習、綜合性學習的效果。

2.3.2 案例式教學

案例的選擇要遵循真實性、典型性、系統(tǒng)性和難易適度原則，一般可以從教師科研項目和教學實踐中篩選典型工程案例，案例篩選之后，需要精心設(shè)計每個案例。下面以鍋爐汽包液位控制為例說明案例教學在該課程中的設(shè)計和實施，在該案例實施的前一周，教師先將案例下發(fā)每個學生，學生仔細閱讀案例，查閱資料，初步形成關(guān)于案例中的問題的原因分析和解決方案。比如學生以組為單位分析影響汽包水位的主要因素，構(gòu)建仿真鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)，選擇操縱變量、被控變量和干擾變量，最后整定控制器PID參數(shù)，測試、分析控制效果以及單回路控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點。在此過程中，教師要對學生提出的方案進行分析、修正，結(jié)合案例教學過程中發(fā)現(xiàn)的問題，及時完善和更新案例。

2.3.3 利用學校的網(wǎng)絡(luò)教學平臺進行輔助教學

利用數(shù)字化資源教學平臺開展線上線下混合教學。學生愿意選擇這種線上線下混合式教學的原因有：①在線課程課隨時隨地地學習，便捷高效；②在線課程課一反復學習，彌補差距；③至少一般時間不用上課，可自由掌控。線上學生們可以在規(guī)定時間段的任意時刻和場所反復或快進觀看教學資料，有效解決了由于學時短造成的內(nèi)容短缺以及學生基礎(chǔ)參差不齊的問題；另外在線上教師可以根據(jù)自己的教學思路、教學理念，選擇不同的課程活動或在課程活動中加入自己的活動主題。在教學過程中，以教材每章的內(nèi)容為面，以知識樹為線，以知識點為教學重點，以學生為主角構(gòu)建一個系統(tǒng)的混合教學過程。

2.4 評價體系的重構(gòu)

通過CDIO模式，希望能將學生的能力培養(yǎng)滲透到教學的全過程，學生通過學中做、做中學獲取知識與能力，所以課程考核采用以學生能力為中心的項目式的考核方式、筆試成績和平時成績相結(jié)合的方式，設(shè)計多維度、多層次的評價考核方法，讓考核起到促教的作用。筆試主要為期末的理論知識考核，平時成績內(nèi)容包括學生課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)完成情況，項目式的考核評價從項目設(shè)計報告、中間節(jié)點報告、中間節(jié)點任務(wù)完成狀態(tài)、設(shè)計成果加上在團隊設(shè)計中的表現(xiàn)為準。平時成績、項目成績、期末考試成績各占總分數(shù)的20%、40%、40%，具體課程考核評價標準如表1所示。

表1 課程考核評價標準

3 結(jié)語

將 CDIO基本理與我院的過程控制課程特點相結(jié)合，充分調(diào)動了學生的積極性，培養(yǎng)了學生的團隊合作精神，提高了學生的工程實踐能力；對我們教師而言，采用CDIO教學模式進行教學改革，雖然需花費了更多時間和精力，但是積累了豐富經(jīng)驗，教師的綜合教學能力得到了提升，教學水平大幅度提高。