通雁輝 王嬈芬 王宇嘉

摘要：隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會對工程應(yīng)用型人才的綜合素質(zhì)提出了更高要求。我國的應(yīng)用型本科院校迫切需要充分借鑒先進的工程教育理念和經(jīng)驗，不斷推進工程教育教學(xué)改革，以適應(yīng)國家中長期發(fā)展需求。本文對當(dāng)前我國應(yīng)用型本科院校自動化專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)制定、課程體系設(shè)置、師資隊伍建設(shè)以及教學(xué)活動設(shè)計等方面普遍存在的問題進行了分析，基于國際上先進的CDIO工程教育理念，提出了自動化專業(yè)工程教育改革的方向和策略。

關(guān)鍵詞：CDIO理念；工程應(yīng)用型；自動化專業(yè)；課程體系

中圖分類號：G642.0文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1673-7164（2021）03-0096-03

基金項目院中央?？睢皯?yīng)用型本科試點專業(yè)部分建設(shè)經(jīng)費-自動化”（項目編號：0232-A2-8948-20-0101）。

隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會各行業(yè)對應(yīng)用型本科大學(xué)畢業(yè)生解決復(fù)雜工程問題的能力提出了更高的要求[1]。在當(dāng)前國家不斷倡導(dǎo)創(chuàng)新型國家建設(shè)的背景下，工程教育認證、卓越工程師培養(yǎng)計劃以及新工科建設(shè)等項目不斷推進，應(yīng)用型本科院校抓住契機努力實現(xiàn)工程教育轉(zhuǎn)型勢在必行。應(yīng)用型本科專業(yè)工程教育的成功轉(zhuǎn)型必將為中國經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展提供強大的動力來源。

自1999年高等教育擴招以來，大學(xué)向社會輸送畢業(yè)生的數(shù)量不斷增加，其中研究生的比例也隨之上升。然而，當(dāng)前我國大學(xué)教育普遍存在的一個問題就是注重學(xué)術(shù)教育而忽略工程教育，導(dǎo)致大學(xué)所輸出畢業(yè)生的工程能力與行業(yè)需求不匹配。該現(xiàn)象一定程度上也與部分大學(xué)定位模糊有關(guān)。部分高校以建設(shè)一流研究型大學(xué)、培養(yǎng)一流學(xué)術(shù)人才作為辦學(xué)目標(biāo)，并沒有結(jié)合學(xué)校的客觀條件和社會發(fā)展的需求來制定學(xué)校以及各專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和方式。

作為近年來國際工程教育改革的最新成果，CDIO工程教育理念越來越受歡迎。我國也于2016年成立了CDIO工程教育聯(lián)盟，目前已有105所高校加入。所謂CDIO理念，是指通過針對實際系統(tǒng)或產(chǎn)品的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate）這一培養(yǎng)過程，來夯實學(xué)生的工程基礎(chǔ)能力[2]，培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程能力。工程項目的設(shè)計是CDIO工程教育理念的核心，由于工程項目基本涉及系統(tǒng)或產(chǎn)品研發(fā)到運作的整個生命周期，通過工程項目實踐可以幫助學(xué)生認識項目研發(fā)流程和任務(wù)分解過程，有效培養(yǎng)系統(tǒng)工程思維和解決復(fù)雜工程問題的能力。

CDIO培養(yǎng)大綱將畢業(yè)生的能力分為基礎(chǔ)工程能力，即學(xué)科知識和分析能力；個人能力，即個人專業(yè)技能和品質(zhì)；人際團隊能力，即人際交往和團隊協(xié)作能力；系統(tǒng)工程能力，即實際系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作能力。上述四個層面的培養(yǎng)目標(biāo)決定了應(yīng)用型本科院校的培養(yǎng)模式必須是科學(xué)的和系統(tǒng)的，必須從專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)制定、項目設(shè)計、課程體系設(shè)置、課程內(nèi)容編排、課程教學(xué)等過程中始終貫徹和實踐CDIO理念，而不僅僅是將該理念貫穿于幾門課程的教學(xué)過程中[3]。本文將以自動化專業(yè)為例，思考和探討基于CDIO理念的自動化專業(yè)工程教育教學(xué)改革策略。

一、當(dāng)前工程教育中存在的主要問題

由于自動化技術(shù)可應(yīng)用于冶金、化工、電力以及航空和航天等行業(yè)各個領(lǐng)域，所以自動化專業(yè)是一個綜合性很強的專業(yè)，其在注重理論知識傳授同時也注重工程實踐訓(xùn)練。正因為自動化專業(yè)的上述特點，其在工程教育教學(xué)改革中具有一定的代表性。當(dāng)前應(yīng)用型本科院校自動化專業(yè)工程教育教學(xué)中不同程度地存在以下幾方面的問題。

（一）專業(yè)特色不明顯

專業(yè)特色是大學(xué)通過多年探索和實踐形成的一套科學(xué)的專業(yè)培養(yǎng)體系，其與專業(yè)服務(wù)的行業(yè)和應(yīng)用背景密切相關(guān)。對于國內(nèi)一些擁有優(yōu)良歷史傳承和較強行業(yè)背景的一流大學(xué)而言，其自動化專業(yè)已經(jīng)形成了鮮明的特色。但對于大多數(shù)應(yīng)用型本科院校而言，由于自動化專業(yè)設(shè)置較晚以及專業(yè)與行業(yè)對接不緊密等原因，其專業(yè)特色并不明顯。然而，隨著無人駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新興行業(yè)的崛起以及大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的應(yīng)用，自動化專業(yè)的應(yīng)用場景越來越多元、越來越具體。應(yīng)用型本科院校努力推進與新興行業(yè)的對接和融合，結(jié)合學(xué)校優(yōu)勢逐漸探索自動化的特色是一條有效途徑。

（二）課程體系設(shè)置不合理

課程體系的設(shè)置與專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)緊密相關(guān)，課程體系的設(shè)置也是各門課程教學(xué)內(nèi)容制定的基礎(chǔ)，因此課程體系的設(shè)計工作是一個系統(tǒng)工程。當(dāng)前應(yīng)用型本科院校課程體系的設(shè)置存在不合理的現(xiàn)象，不足以有效地支撐專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的達成。在目前課程總學(xué)時非常有限的條件下，各院校需要對現(xiàn)有課程體系的科學(xué)性和合理性進行評價，在此基礎(chǔ)上不斷進行優(yōu)化和完善。從專業(yè)教育的根本目的出發(fā)，對現(xiàn)有課程和教學(xué)內(nèi)容進行改革。隨著行業(yè)的發(fā)展和新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，對新的理論和技術(shù)提出了需求，因此廣大應(yīng)用型本科院校需要與時俱進地引入新的教學(xué)內(nèi)容，以實現(xiàn)大學(xué)專業(yè)與社會行業(yè)的零接軌[4]?？傊n程體系的設(shè)置與課程內(nèi)容的制定必須結(jié)合行業(yè)的需求、師資的狀況以及學(xué)校的特點科學(xué)合理地進行。

（三）綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱

雖然目前大部分應(yīng)用型本科院校嘗試加大實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的比例，但是由于缺乏系統(tǒng)性的策劃和設(shè)計，各實踐教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)度不強。大多數(shù)實踐教學(xué)內(nèi)容以課內(nèi)實驗和綜合實驗的形式開展，課內(nèi)實驗往往僅局限于原理驗證和技術(shù)操作[5]，而綜合實驗由于缺乏對實際工程實例的考證和分析[6]，其對學(xué)生綜合工程能力的訓(xùn)練存在不足。自動控制系統(tǒng)的設(shè)計以滿足實際生產(chǎn)中的性能及工藝要求為最終目的，所以自動化專業(yè)實踐課程的設(shè)計應(yīng)重在培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜控制系統(tǒng)分析和設(shè)計的能力。實踐教學(xué)的設(shè)計應(yīng)該在校企合作的模式下進行，應(yīng)從工程實際背景需求出發(fā)，主要目的是在驗證理論教學(xué)中基本原理和方法的基礎(chǔ)之上，激發(fā)學(xué)生的系統(tǒng)工程思維，最終實現(xiàn)對學(xué)生創(chuàng)新能力、協(xié)作能力等綜合工程能力的培養(yǎng)。

（四）雙師型教學(xué)隊伍建設(shè)不足

師資隊伍是大學(xué)教學(xué)質(zhì)量的重要保證。目前我國應(yīng)用型本科院校教師隊伍中具有博士學(xué)位的教師比例在不斷提高，理論水平和專業(yè)功底不斷增強。然而，存在的主要問題在于教師對行業(yè)發(fā)展需求的了解不充分，實際工程經(jīng)驗比較欠缺。雖然整體的理論教學(xué)水平有了一定程度的提高，但是實踐教學(xué)水平還存在較大不足。在當(dāng)前國家大力倡導(dǎo)校企協(xié)同育人的教育模式下，應(yīng)用型本科院校應(yīng)加大力度與企業(yè)對接，利用企業(yè)的項目資源為教師提供更多的培訓(xùn)機會，不斷推進雙師型教師隊伍的建設(shè)。而對于在應(yīng)用型本科教育中具有突出貢獻的企事業(yè)單位，政府也可給予一定的政策激勵和獎勵，以提高企業(yè)服務(wù)教育的積極性。

二、CDIO工程教育改革的方向

專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的完成程度與課程體系設(shè)置、師資隊伍建設(shè)和學(xué)生綜合工程能力培養(yǎng)方式緊密相關(guān)，下文從以下幾個方面來探討自動化專業(yè)工程教育教學(xué)改革的思路。

（一）優(yōu)化和完善課程體系

自動化專業(yè)的特色需要從自動化應(yīng)用行業(yè)的背景中凝練，專業(yè)特色需要相應(yīng)的課程體系來支撐。自動專業(yè)所服務(wù)的行業(yè)特點決定了需要將不同種類的課程納入課程體系中。比如分別服務(wù)于航空航天、化學(xué)工業(yè)以及生命科學(xué)領(lǐng)域的自動化專業(yè)，則相應(yīng)的需要納入飛行動力學(xué)、化工動力學(xué)以及神經(jīng)動力學(xué)方面的課程。不但要向?qū)W生講授自動控制理論和技術(shù)方面的知識，還要講授復(fù)雜被控對象動力學(xué)行為和建模理論及方法，以為后續(xù)開展工程項目的實踐奠定基礎(chǔ)。復(fù)雜系統(tǒng)動力學(xué)建模理論和方法與控制理論和技術(shù)等方向的交叉融合，有利于提升專業(yè)的特色。同時可以促進不同專業(yè)學(xué)科和方向教師之間的交流和合作。因此，以自動化專業(yè)為切入點推動電氣、力學(xué)、化工等不同學(xué)科和專業(yè)之間的課程聯(lián)通，也是一種提升專業(yè)特色和促進學(xué)科交叉的好方法。

課程體系的內(nèi)容主要包含通識類課程和專業(yè)類課程。在CDIO理念中，學(xué)生的人文素質(zhì)也是工程教育的培養(yǎng)目標(biāo)。因此，在通識類課程中需要設(shè)置工程導(dǎo)論、工程倫理、環(huán)境概論、社會與法律等課程。而專業(yè)類課程又分為專業(yè)基礎(chǔ)類課程和一般專業(yè)類課程。從理論和技能傳授的角度劃分專業(yè)類課程內(nèi)容又可分為理論部分和實踐部分。由于專業(yè)類課程強調(diào)理論與實踐并重，因此在課程體系設(shè)置過程中可以采用項目群課程分類方法，將專業(yè)類課程按項目需求分為不同的課程群。比如，在以計算機視覺和運動控制交叉為特色的自動化專業(yè)課程體系中，可以設(shè)置基于視覺的運動控制系統(tǒng)課程群，該課程群所包含的基本課程名稱及遞進關(guān)系如圖1所示。課程群的設(shè)置有利于強化課程之間的關(guān)聯(lián)和不同任課教師間的協(xié)作，為基于CDIO理念的工程教育實踐提供可行的解決方案。

（二）培養(yǎng)教師的CDIO工程教育思維

教師隊伍是教學(xué)活動的策劃者和制定者，工程教育改革需要行政管理崗位和專業(yè)技術(shù)崗位的全體教師集體參與。前提條件是所有教師要牢固樹立CDIO工程教育思維，這樣才有可能構(gòu)建工程教育的環(huán)境，形成工程教育文化，并使這種文化基因根植于應(yīng)用型本科院校的校園文化之中。

應(yīng)用型本科院校以培養(yǎng)高素質(zhì)工程師為主要目標(biāo)，而工程師角色的核心是設(shè)計和實施工程項目的解決方案，所以教師有必要對本專業(yè)所對應(yīng)行業(yè)的需求、工程師的工作任務(wù)及社會責(zé)任等狀況進行充分的交流和學(xué)習(xí)。同時，由于國際CDIO工程教育的理論與實踐經(jīng)驗不斷豐富和發(fā)展，各應(yīng)用型本科院校需要建立起一套國外交流與學(xué)習(xí)的機制，特別是幫助青年教師樹立CDIO工程教育理念、掌握CDIO工程教育的理論和方法。條件允許的情況下，學(xué)校也可選派教學(xué)表現(xiàn)出眾的教師前往歐美國家工程教育開展成功的大學(xué)學(xué)習(xí)，將國外先進的工程教育模式和辦學(xué)經(jīng)驗引入國內(nèi)高校。

（三）校企協(xié)同提升教師的工程教學(xué)能力

目前在教育部的倡導(dǎo)下，許多應(yīng)用型本科學(xué)院均在積極推動校企協(xié)同育人模式的探索和實踐。協(xié)同的形式主要包含科研項目合作、技術(shù)轉(zhuǎn)化、企業(yè)實習(xí)、共建實驗室等。然而，存在的主要問題是企業(yè)更看重項目合作和技術(shù)轉(zhuǎn)化以提升企業(yè)的研發(fā)能力，而在教學(xué)和育人方面參與的程度有待進一步加強。政府應(yīng)該鼓勵和支持優(yōu)秀企業(yè)參與到工程教育實踐改革中，特別是為高校教師工程能力的提升提供更多的培訓(xùn)機會和鍛煉平臺，必要時企業(yè)的工程師也需要參與到教學(xué)活動的策劃和實施中。參與高校工程教育的改革也是企業(yè)承擔(dān)社會責(zé)任的體現(xiàn)，政府應(yīng)給予政策上的引導(dǎo)和支持，這樣有助于促進高校和企業(yè)形成長期有效的合作關(guān)系。

（四）在教學(xué)過程中強化對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

CDIO工程教育理念推崇項目導(dǎo)向的教學(xué)方式，在工程項目中解決實際系統(tǒng)或產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運作既是專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)又是對畢業(yè)生培養(yǎng)質(zhì)量的評價手段。而在工程項目中解決復(fù)雜問題的能力是一項綜合性的要求，因此所有教學(xué)活動的開展都要聚焦到培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力這一目標(biāo)上。在項目課程群內(nèi)各門課程的授課過程中，所有教師需圍繞工程項目的需求將本門課程在項目中的地位和作用以及與其他課程之間的聯(lián)系有深刻的認識和理解。在授課過程中時刻有意識地培養(yǎng)學(xué)生的綜合工程能力是課程群內(nèi)全部任課教師的共同責(zé)任，所有課程和教師并不是孤立存在的，而是一個整體。另外，應(yīng)鼓勵教師在授課過程中充分利用數(shù)學(xué)和工程計算軟件來培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析和設(shè)計能力，諸如自動化領(lǐng)域內(nèi)的Matlab/Simulink、Maple/MapleSim軟件，其功能不斷發(fā)展，均提供了豐富的多域物理系統(tǒng)建模、控制系統(tǒng)設(shè)計和驗證等功能，這也為學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練提供了很好的平臺。

三、結(jié)語

在當(dāng)前國家不斷倡導(dǎo)和推進工程教育改革的時代背景下，各應(yīng)用型本科院校需努力實現(xiàn)教育轉(zhuǎn)型，這也是社會經(jīng)濟發(fā)展的必然要求。CDIO工程教育理念代表國際工程教育改革的最新成果，努力實踐CDIO工程教育理念并實現(xiàn)與國際先進工程教育的接軌，進而為各行各業(yè)培養(yǎng)出優(yōu)秀的工程師人才，是政府、應(yīng)用型本科院校和企業(yè)共同的社會責(zé)任。工程教育改革的直接推動者是廣大應(yīng)用型本科院校的教師，因此各院校需要不斷幫助教師確立CDIO工程教育理念和提高工程教學(xué)能力，并創(chuàng)造良好的教學(xué)改革環(huán)境。而全體教師需要在課程體系的設(shè)置、課程內(nèi)容的制定以及教學(xué)活動的全部過程中有效貫徹CDIO工程教育理念。本文所提出的自動化專業(yè)工程教育改革的方向和策略，也將為自動化相關(guān)專業(yè)工程教育的建設(shè)提供思想借鑒。相信在教育主管部門的科學(xué)決策下以及各行業(yè)企事業(yè)單位的積極參與下，各應(yīng)用型本科高校一定能探索出一條與國家社會經(jīng)濟發(fā)展需求相適應(yīng)的工程教育之路。

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（責(zé)任編輯：胡甜甜）