基于CDIO行业特色高校控制专业教学改革探索

1、基于cdio行业特色高校控制专业教学改革探索摘要：针对研究生创新和实践能力培养存在的问题，借鉴 cdio工程教育理念，对控制学科课程的教学模式进行探讨。 结合学校的行业特色，以职业能力培养为中心，改革控制学 科的课程设置、教学方法和实践体系，探索适合行业高校的 高素质应用型人才培养模式。教学实践表明，教学改革有利 于学校提高专业教学效果，促进研究生的实践能力和综合素 质的全面发展。关键词：cdio；控制学科；行业特色；工程实践作者简介：薛文涛（1974-）,男，河南郑州人，江苏科 技大学电子信息学院，副教授；曾庆军（1969-）,男，江苏 句容人，江苏科技大学电子信息学院，教授。（江苏镇江 2

2、12003）基金项目：本文系自动化国家特色专业建设项目、江苏 科技大学研究生精品课程建设项目（项目编号：103080501）、 江苏省2012年研究生教育教学改革研究与实践课题（项目 编号：jgzz12_066）、江苏科技大学研究生教育教学改革研 究与实践课题（项目编号：yjg11y_o8）的研究成果。中图分类号:g642文献标识码：a文章编号:1007-0079(2013) 01-0050-02随着高等教育的普及和社会的发展，学术型人才培养的 重心正逐步从硕士研究生向博士研究生过渡，硕士研究生的 教育目标更多地定位在应用型、专业型人才的培养。由于现 代生产的自动化程度不断提高，相关行业对控制

3、专业人才的 培养提出了更高层次的要求。如何提高控制专业研究生的培 养质量，培育出具有创新能力和实践能力的高素质应用型人 才是一个值得关注和研究的重要课题。cdio是国际创新型工程教育模式，它以产品研发的全 过程为载体，培养学生工程基础知识、个人、人际团队和工 程系统这四个方面的能力。目前，以麻省理工学院为代表的 cdio模式在世界上百所大学操作实施，那些按照cdio模式 培养的学生理论和动手能力都很强，就业率和就业质量都非 常高。1为了改变过去以知识传授为核心、忽视实践能力 和创新能力培养的教育模式，国内许多高校开展了基于cdio 工程教育的改革，并取得显著的效果。但大多数改革主要面 向本科层

4、面，针对研究生的cdio工程教育改革还较少，因 此，江苏科技大学借助cdio的教学理念，结合学校的行业 特色和已有的研究生教育教学经验，通过改革控制学科的课 程体系，完善教学方法，构建从实验室、创新基地到企业多 位一体的实践平台，逐步形成了适合控制专业人才培养的新 理念和新模式。一、控制专业的改革思路江苏科技大学是以船舶行业为依托的学校，其控制学科 在船舶自动化领域诸多方面有着深厚的积淀和鲜明的特色。 由于毕业生经过行业背景下的专业培训，在船舶行业和一些 地方企事业单位很受欢迎。但从用人单位反馈的意见和学校 调研来看，虽然毕业生专业知识比较扎实、动手能力强，但 在工作中也存在一些问题，如知识结

5、构单一、上岗适应慢、 缺乏团队协作能力和创新能力等。从教学现状来看，部分教 学内容理论与实际脱节比较严重；教学中过多重视知识的传 授，而忽视对学生能力、素质的训练与培养。工程实践能力、 创新能力、人际交流和团队协作能力成为研究生培养中目前 最为薄弱的环节。cdio以构思、设计、实现和运作为主线，强调学生在 加强专业基础教育的同时，注重加强工程实践，突出培养学 生的创新精神、实践能力、团队合作精神和对大系统的适应 与调控能力。2因此，针对学校控制专业人才培养的现实 需求，引入新型的工程教育模式，使学生在cdio的全过程 中得到理论知识、协作能力、个人素质和创新精神等全方面 的训练和提髙。二、注重

6、学生能力协调发展，改革课程体系和教学方式 1改革课程体系，注重知识、能力和素质协调发展 基于cdio的理念，人才培养分为知识、素质和能力三 个层面。因此，研究生的培养要将培养目标的内在要求和人 才培养所需的知识结构有机结合，在课程设置上体现厚基础 理论、重实际应用、博学科前沿知识，强调人才职业素养的 提高。课程设置可以从完善基础理论课、技术实践课、公共 选修课三类课程的设置入手。3根据控制学科下二级学科 的培养目标对学生需掌握的专业知识、人文素质和应用能力 展开知识需求分析，遵循“厚基础、宽口径、重应用”的原 则，将所有课程分为基础课程模块、专业课程模块和实践课 程模块三部分，如图1所示。基础

7、课程模块体现研究生的文化素质和科学素质的培 养。专业课程模块直接面向学科研究方向，注重专业素质和 专业知识的培养。实践课程模块强调理论与实际相结合，体 现研究生的应用知识和科研创新能力的培养。在课程的选择 上，依照学科的不同方向建立相应的课程群，强调课程之间 理论的系统性和知识体系的继承性，关注学科方向的热点和 难点，不断提升理论知识的深度。在教学内容的组织上，重 视各知识点的有机联系，增加行业实际系统为工程范例，将 理论强化与实际应用紧密结合。如在自适应控制、鲁棒控制 和智能控制等课程中，以船舶控制为实例，讲解不同的先进 控制理论在船舶运动控制中的应用技术。2基于项目的探究式教学，提升学生的

8、学习能力与工程 素养江苏科技大学与国内许多大中型船舶企业、研究院所建 立了长期合作关系，所承担的项目主要来自于行业实际需 求，有着真实的工程应用背景。同时，学校拥有一支具有丰 富行业实践经验和善于解决行业技术难题的教师队伍。这些 教师在项目开发和生产第一线中积累了丰富的科研经验，有 较强的工程实践能力，这些条件为开展基于项目的探究式教 学打下良好基础。cdio培养模式就是通过项目的设计将整个培养体系有 机而系统地结合起来的，所有需要学习和掌握的内容都围绕 项目这个核心。4项目教学法是将传统知识体系和内容转 化为若干个教学项目，围绕着项目组织展开，使学生直接参 与项目全过程的一种教学方法。5在项

9、目的实施中，学生 为教学过程的主体，教师只起到引导和纠正的作用，并根据 项目进展的情况向学生提出富有启发性的问题，指导他们沿 着正确的方向思考。而学生通过自主性、探索性的学习和实 践，在项目的完成过程中不断地获得实践经验和综合技能的 提升。 在教学过程中，教师选择某一个工程项目为对 象，从项目的构思、设计、实施、运作四个方面进行详细地 分析讲授，让学生发挥自主性和创造性，通过团队合作完成 设计、实践和总结报告。例如在“机器人设计与控制”教学 中，围绕项目“自主式水下机器人智能控制”开展探究式教 学。首先，通过船舶与海洋工程控制系统实验室提供的机器 人实验平台，引导学生认识水下机器人的机械结构、

10、软硬件 构成和工作原理，了解机器人设计和控制的基本方法；其次, 教师介绍机器人学的专业知识、先进的智能控制算法、控制 方面的国内外研究现状，分析水下机器人的运动特点，提出 水下机器人运动控制系统的设计要求；最后，学生以小组为 单位开展项目论证，经过一系列的理论学习、查阅文献和相 互交流，设计水下机器人的动力学仿真模型以及控制方案， 并通过实验验证结果，以论文和ppt汇报的形式进行总结交 流。这种以项目为导向的教学方法不但注重知识的有效传 授，而且重视学生技能的培养，有效地增强了学生对专业知 识的掌握程度以及整个项目流程的把握，极大地提高了学生 的实践能力和工程意识，而且有助于培养学生自主性学习

11、和 团队协作的能力。三、依托行业优势构建实践平台，扎实培育工程实践 能力1加强专业特色实验训练，提高学术水平工程实践的技能很难通过一些简单的课程实验得到，而 是需要综合设计类实验的实战演练，训练学生从理论分析、 模型建立到最终控制系统的实现和控制指标的完成，经历一 个完整的流程的实践。6江苏科技大学控制学科在发展的 过程中建立了船舶与海洋工程控制系统、现代综合测控系 统、船舶综合电力系统和电力推进系统等专业实验室。这些 专业特色实验室一方面提供教学实验平台，与专业课程学习 配套；另一方面提供科学研究平台，进行学术研究和项目开 发。专业特色实验室开设综合型、设计型和创新性实验，为 学生提供工程实

12、践的训练平台，学生根据实验要求，针对具 体的控制对象构建系统、分解指标、设计控制器等，最后完 成实物调试。例如船舶与海洋工程控制系统实验室开设了吊舱推进 系统和可调桨推进系统特色实验，可从不同侧面作为控制理 论与控制工程、模式识别与智能系统和电力电子与电力传动 三个硕士研究专业的课程实验和课程设计。这两个实验为综 合设计性实验，以船舶应用为主要背景，研究内容涉及发电 机、船舶电站、变频控制系统、推进电机和螺旋桨控制等， 具有很强的实用性和超前性。实验实施以小组为单位，需要 学生在掌握船舶系统理论知识的情况下，分析系统的结构和 运行特性，从而建立各系统模块的数学模型，利用simulink 工具箱

13、模拟仿真环境实现虚拟控制，然后在实物上进行实际 控制，并根据实验结果不断修改和完善设计方案，最终达到 实验要求。特色实验体现了不同专业知识的交叉和渗透，可 培养学生融合多学科专业知识进行创新性研究的能力。由于 特色实验和科研课题相互联系，通过特色实验不但可以发挥 学生的创造性，培养其一定的学术素养，而且可以促进教学 与科研相结合，为课题研究提供新的方法与思路，有利于取 得科研成果。2.发挥产学研优势，培育创新平台行业特色高校的可持续发展之路必须科学定位、凝炼自 身特色、面向行业、面向地方、坚持走“产学研”发展之路。 7由于拥有行业学科优势和科研团队，江苏科技大学与中 船重工、广船国际和江南造船

14、等众多企业开展了产学研合 作，承担了许多重大科技攻关项目和国家重大科研任务。一 方面，企业希望依托学校学科优势，鼓励高学历的人才参与 其科研和技术开发，力争取得重大科技成果并向现实生产力 转化；另一方面，产学研项目为研究生创造了良好的科研平 台，使学生有机会参与对产业核心竞争力具有引领作用的科 技创新活动，有效提高学生的创新能力和技能水平。通过建立和完善企业研究生工作站或其他多种形式的 实践基地，学校为研究生提供开展专业实践的平台以及和校 外企事业单位合作建立联合培养基地，共同培养专业学位研 究生。如控制学科所在学院与镇江赛尔尼柯电器有限公司、 南京莱斯信息技术股份有限公司和常熟瑞特电器有限责

15、任 公司等建立了研究生工作站。工作站围绕船舶与海洋工程电 气自动化行业的重大技术和产业发展方向开展工程化技术 研究。通过产学研合作机制可以建立行业科技创新平台和科 技创新团队，将研究生的培养与企业的生产实践结合起来， 促进学生工程实践能力、创新能力培养；同时也为研究生提 供了理论联系实际的场所和环境，使其全面掌握研究课题的 构思与选取、解决方案的设计与实现和整个项目的运作过 程。这对提高企业自主创新能力、强化学校办学特色、共同 培养船舶行业的高层次研发人才发挥着重要的作用。四、结语cdio教学理念强调工程实践，强调综合创新能力与社 会大环境协调发展，强调个人职业技能与人际沟通的技能并 重。8结

16、合江苏科技大学实际教学条件、借鉴cdio教育理 念，对控制学科工程教育改革进行了有益的尝试。教学实践 证明，这种以做项目的方式开展的教学活动、强调实践的教 学改革有利于提高专业课程的教学效果，促进学生的实践能 力和综合素质的全面发展，为培养社会需要的高素质应用型 人才发挥了重要作用。教学实践对控制类专业高素质人才的 培养具有很高的参考价值，对其他行业高校的研究生教学改 革也有借鉴意义。参考文献：1查建中.论'做中学”战略下的cdio模式j.高等 工程教育研究，2008, (3)： 1-9.2申玲，王亮基于cdio理念的工程管理专业培养模 式研究j.教育与职业,2011, (17)： 123-124.3熊玲，李忠.全日制专业学位硕士研究生教学质量保 障体系的构建j.学位与研究生教育，2010, (8)： 4-8.4于福莹，肖宏，等基于cdio教育理念的全日制工程硕士研究生培养模式探析j学位与研究生教育，2010, (9)： 28-