基于CDIO理念的测控专业实践教学创新体系

冯梅琳， 何学文， 罗小燕， 周贤娟

(江西理工大学机电工程学院，江西赣州 341000)

0 引言

实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质工程技术人员的重要环节［1］，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台，因此高校专业实践教学体系的构建尤为重要。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达［2］。CDIO理念继承和发展了欧美20多年以来的工程教育大改革的理念，更重要的是提出了系统的能力培养、全面的实施指导(包括培养计划、教学方法、师资、学生考核以及学习框架)以及实施检验的12条标准［3］，具有可操作性和较强的指导性，为高等院校培养实践创新人才提供了指南和实施方向，为我校测控技术与仪器特色专业建设、课程教学、实践教学改革等方面起到了很好的启示与借鉴意义。

我校测控技术与仪器专业于2002年开始招生，第一届本科生于2005年顺利毕业，同年获批硕士点“测试计量技术及仪器”，目前已有7届400多名毕业生。在长期的教学研究工作中，课题组成员根据专业特点以及我校的传统特色，引入CDIO工程教育理念对测控专业实践教学体系进行优化，主要在实践教学目标、实践教学内容、实践教学课程等方面进行了系统的研究和实践，取得了一定的经验和成效。

1 基于CDIO理念的实践教学体系构建思路

测控专业培养基础扎实、知识面宽，能在生产、科研部门及其他相关部门从事参数自动检测，控制系统的设计、安装、调试，各类仪表和自动装置的设计、开发等方面工作且具有良好品质、创新意识、协作精神及实践能力的德、智、体全面发展的高级工程技术人才［4-6］。因此，在实践教学体系设置上以有色、冶金、矿山等行业人才需求和特色专业建设为背景，在国际先进的CDIO工程教育理念的指引下，对当前测控专业人才培养目标及培养模式进行改革，采取“知识、能力、素质”协调发展的一体化测控人才培养结构，构建基于CDIO理念的测控专业全方位、动态、闭合的立体化实践教学新体系，该体系主要由实践教学目标体系、实践教学内容体系、实践教学课程体系、实践教学管理体系、实践教学保障体系和实践教学评价体系6个子体系组成，其中六大体系相对独立、相互衔接、相互支撑并与素质创新教育协调运作，其构建思路如图1所示。

图1 测控专业实践教学新体系构建思路

2 基于CDIO理念的实践教学体系构建过程

2.1 构建基于CDIO的实践教学目标体系

实践教学目标是实践教学体系构建的基础。CDIO认为，应用型工程教育有4个重要的利益相关者集团:学生、工业界、大学教师和社会，专业人才培养目标和培养方案的确定依赖于对所有利益相关者需求的全面分析和调查［7］。因此。通过广泛地社会调研、毕业生就业状况、往届毕业生的反馈信息、企业对毕业生就业能力和素质的综合评价以及相关企业专家的建议，了解社会对该专业人才知识、技能和素质等方面的实际需要，以CDIO能力大纲为指导纲领，确定培养学生实践能力、创新能力和综合素质的整体目标，构建了由基础实践能力目标、综合实践能力目标、创新实践能力目标和社会实践能力目标组成的专业能力和素质要求，如图2所示。

图2 基于CDIO理念的实践教学目标体系

2.2 构建基于CDIO的实践教学内容体系

实践教学内容是实践教学目标任务的具体化。在CDIO理念的指导下，采用按能力层次划分的“分层一体化”实践教学内容体系，即将各个实践教学环节(实验、课程设计、实习、毕业设计、创新实践、社会实践等)通过合理配置，构建以实践应用能力和综合素质培养为主体，循序渐进地安排实践教学内容，将实践教学的目标和任务具体落实到各个实践教学环节中，如图3所示。具体内容如下:

(1)基础实践层。该层包括必做实验和课外选做实验，是为理论教学设置的基本实验单元，培养学生的基本实验技能和科学态度。在实验过程中坚持以学生为主体，教师为主导的方针，提示学生根据理论知识分析造成问题的几种原因，引导学生自己主动解决，并对实验结果进行分析和处理，积极培养学生的主观能动性。因此该层采取“实验准备—实验任务—实验操作—分析处理”的方式，为CDIO的早期体验阶段。

图3 基于CDIO理念的实践教学内容体系

(2)综合实践层。该层主要包括设计型、综合型以及创新性实验，是根据多门课程知识点的内在联系将课程内容打破界限而设置的综合实验项目，主要来源于教师的教学研究或科研项目，学生可以根据自己的兴趣灵活申请，在老师的引导下完成设计和开发过程，培养学生综合把握和运用学科知识的能力和创新意识。因此该层主要采取“实验构思—实验设计—仿真实现—调试运行”的方式，为CDIO的初级阶段。

(3)创新实践层。该层主要包括独立课程设计、综合课程设计、创新训练项目、学科竞赛以及科技活动，是对应若干门关联的课程知识构建的课程群实践项目，着重增强学生的实践动手能力、沟通与协作能力以及创新意识，挖掘学生的学习潜能和创新能力，实物设计制作成功率大幅提高，增强了学生的成就感。因此该层主要采取“方案设计—硬件仿真—软件调试—实物制作”的方式，为CDIO的中级阶段。

(4)社会实践层。该层主要包括专业实习、顶岗实践、工程实践和毕业设计，使毕业设计与教师的科研项目、企业的生产实际相结合，促进学生主动参与、主动实践、主动探索，充分发挥创新潜能，全面提升工程实践能力和创新能力，便于学生毕业后在生产单位“上手”快，缩短“磨合期”，达到带动就业率、提高毕业生就业薪资水平的目标。因此该层主要采取“系统构思—系统设计—系统调试—系统运行”的方式，为CDIO的高级阶段。

2.3 构建基于CDIO的实践教学课程体系

CDIO的标准3是集成化课程设置，此标准要求发展建立课程之间的关联，使多门课共同支持专业目标，使学生掌握各门课程知识之间的联系，用于解决综合的问题［8］。CDIO的标准7是集成化教学过程，该标准是通过集成化教学过程使学生获得专业知识，同时培养个人自身能力、团队合作能力和产品及系统的建造能力［9］。因此，按照CDIO标准要求，把相互联系的数门课程建立课程群模块，以工程实际项目为纽带进行统一规划贯穿于测控系统设计与开发的整个过程，如图4所示。该课程体系主要包含三级大的项目，其中1级项目能完整的、有衔接的贯穿于整个本科教学阶段，使学生系统地得到构思、设计、实现、运作的整体训练;2级项目为包含核心课程群和能力要求的项目，作为1级项目的支撑，2级项目是对相关课程群的综合，用以加强本专业核心课程的学习与应用;3级项目为单门课程内为增强该门课程能力与理解而设的实践项目，其形式由任课教师根据实践教学大纲确定。

2.4 构建规范的实践教学管理体系

实践教学管理在整个体系中起到信息反馈和调控作用，因此在实践教学管理体制上引入PDCA(Plan，Do，Check，Action)管理模式［10］，形成学校教务管理部门(由学校教学指导委员会、教务处长、实践教学管理科、学校督导组共同组成)和学院教学管理部门(由学院教学指导委员会、教学院长、教学秘书、实验中心主任、教研室主任共同组成)构成的校院两级管理模式，做到“责、权”协调，各司其职，高效运行。在此过程中密切结合具有CDIO理念的实践教学目标体系，制定完整的实践教学计划、编制实践教学大纲、修订实践教学指导书、落实实践教学经费、提供实践教学场所、规范实践教学的考核办法和成绩评定方法、注重实践教学环节工作总结，制定实践教学环节和学科竞赛等方面的管理文件，建立实践教学激励机制，保障实践教学环节的顺利开展。此外，加强实践教学监控力度，由学校和学院督导组进行实践教学全过程检查，并提出反馈意见，同时由学生对实践教学教师进行评教，并将评教结果纳入人事考核，全面提高实践教学管理水平。

图4 测控专业实践教学核心课程体系鱼骨图

2.5 构建实践教学保障体系

实践教学保障体系是影响实践教学效果的重要因素。主要包括实践教学师资队伍建设、校内外实习基地及校企合作实验室建设以及实践教学经费保障等。

(1)实践教学师资队伍建设。CDIO强调，如果希望教师能够讲授融合了学科知识的个人、人际交往能力以及产品、过程和系统建造能力的课程，那么他们自己必须熟练地掌握这些能力，而且需要有在工业环境中的工程实践经验，有完成一个实际产品或系统的构思、设计、实施和运行的经历［7-11］。因此采取多种形式提高教师的生产实践水平，满足实践教学的需要，如有计划地组织教师参加企业培训;选送优秀青年教师到企业去挂职锻炼;鼓励教师参加国内CDIO组织活动以及各类学术会议;加强与行业兄弟院校的合作关系，鼓励师生互访、进行科研交流;从企业引进工程实践经验丰富的技术人员作为客座教师，定期指导学生实践。

(2)校内外实习基地及校企合作实验室建设。建立满足该专业要求的实习基地，以满足产学研要求，使学生提早进入角色，接触实践，为专业实习及顶岗实践奠定坚实的基础;加强与东风汽车有限公司、新钢、杭钢、中铝河南分公司等现有实习基地的联系，积极拓展其他地域的专业实习基地;积极探索与行业内著名企业进行合作实验室建设，引进先进的测试仪器及实验设备，为学生提供良好的实验和创新平台，满足学生创新能力培养的需要。

(3)实践教学经费保障。各实验室根据规划制订实践教学各环节的经费以及实验设备维修经费使用预算计划，经学院、学校领导小组论证并批准后形成标准和规范。每学期按计划下达，专款专用，对于学生创新训练项目以及参加竞赛的经费必须及时落实，保证实践教学目标的实现，同时尽可能节约经费使用。

2.6 构建科学合理的弹性实践教学考核评价体系

实践考核是检查和评价教学效果的重要手段。根据CDIO理念的指导思想，主要围绕实践能力、创新精神和综合素质为价值取向，采取灵活多样的考核评价方法，构建了分层一体化实践教学考核评价体系，满足学生的求知欲望，引导学生全身心地投入到实践活动，培养学生的创新思维方式，促进学生的全面发展［12-17］。

(1)基础实践层。注重激发学生实验兴趣，提高学生科学思维和敢于创新的积极性，按照实验预习、实验考勤、实验操作、实验态度和实验报告等给出实验成绩并计入课程考试总成绩。

(2)综合实践层。注重激发学生实践动手能力和创新意识的培养，按照实验方案设计报告、实验过程态度、实验结果(如电路仿真结果、软件调试结果、软硬件联调结果)、实验成果、实验报告等给出成绩，目的在于鼓励创新，树立严谨的科学态度。

(3)创新实践层。课程设计主要通过设计过程、设计作品、设计报告、答辩情况等综合考虑给出成绩，并按优秀、良好、及格、不及格等次单独计入成绩档案;另外实施创新学分制度，学生申请的创新训练项目已结题并取得成果，如申请专利、发表论文、优秀设计以及取得其他突出成果者，经专家评定，可以授予相应的创新学分，并可以免修相应课程;对学生参加国家级、省级、校级各类竞赛中取得优秀成绩，或参与老师科研并做出一定成果的学生授予相应的创新学分，并颁发一定的奖励证书，给予实践证明。

(4)社会实践层。专业实习和顶岗实践主要通过考勤、态度、操作能力等由企业工程师和带队教师共同给出成绩并单独计入成绩档案;对毕业设计主要通过考勤、设计过程、设计成果、论文质量、指导教师成绩、评阅教师成绩、答辩过程等综合给出成绩并单独计入成绩档案，并对CDIO相关能力采用记录、报告、自评、互评等形式进行。

3 实践教学实施效果

综上所述，我校测控专业教师在总结多年实践教学经验的基础上，借鉴CDIO工程教育理念，构建了完整地实践教学体系，着重突出“知识、能力、素质”协调发展、“目标、过程、效果”一体化人才培养结构，调动了学生的学习积极性，培养了学生的创新意识和团队协作精神，提高了学生的动手实践能力、创新能力和工程能力，拓展了学生的综合素质。近3年来，测控专业学生积极参加由教育部、江西省组织的机械创新设计大赛、电子设计大赛、“ZLG”杯嵌入式系统设计大赛、虚拟仪器设计大赛、机器人大赛等赛事，并取得了很好的成绩;2012年度该专业学生获批国家级大学生创新创业训练项目4项，占全校的10%;学生考研率以及考取全国985、211高校的录取率均大幅提高;毕业生也普遍受到用人单位的好评，提高了学生的就业竞争力，造就了一批创新能力强、适应社会发展需求的测控领域和仪器仪表行业高级工程技术人才。

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