试议自动控制基于CDIO“自动制约论述”工程教育研究和实践

摘要：针对“自动控制理论”课程在工程实践教学中的不足，运用CDIO教育理念对该课程的工程教育进行研究和实践，明确“自动控制理论”课程中学生的学习需求，重新设计教学模式，强化工程实践能力培养，考核方式采用多元化模式。解决了目前该课程工程教育面临的困难，调动了学生学习的积极性，提高了学生的工程实践能力和创新能力。
关键词：自动控制理论；工程教育；CDIO理念
作者简介：赵磊（1981-），男，山西长治人，黄山学院机电与信息工程学院，助教；施云贵（1964-），男，吉林省吉林市人，黄山学院机电与信息工程学院，教授。（安徽 黄山 245041）
1007-0079（2013）29-0053-01
进入21世纪，经济全球化对我国工程技术人才的需求日益增长，对工程教育的发展带来了机遇。但在我国的传统工程教育中，重理论轻实践，过分强调知识的理论深度和系统性，而忽略了各学科知识间的联系，特别是忽视理论知识的应用。“自动控制理论”作为自动化学科各专业的一门重要的专业基础课程，是为培养从事控制领域的科学研究和工程技术人员而设置的。在“自动控制理论”课程中，传统教学多局限于课堂授课，结合线性系统时域分析、根轨迹分析和频率特性分析等基础验证性实验和系统动态、稳态特性分析等分析性实验，而强调工程实践的综合性和创新性内容不足，偏离实际工程应用。
黄山学院（以下简称“本校”）作为一所地方性普通本科高校，与学术性高校“错位竞争”，明确办学定位为应用型。因此，结合本校“自动控制理论”课程教学的实际情况，对“自动控制理论”课程教学提出了改革思路。本文将利用CDIO工程教育模式的理念，明确“自动控制理论”课程中学生的学习需求，重新设计教学模式、强化工程实践能力培养和考核方式多元化，以提升该课程工程教育的质量和内涵。[3-6]

一、CDIO工程教育理念

CDIO代表构思（conceive），设计（design），实施（implement），运行（operate），是由MIT和瑞典几所大学在Wallenburg基金会的资助下，经过几年的研究、探索和实践于2004年创立的工程教育模式。该教育模式是以产品、过程和系统的构思、设计、实施和运行全生命周期为背景的教育理念为载体，以CDIO教学大纲和12标准为基础，让学生以主动的、实践的、课程之间具有有机联系的方式学习，获取工程能力。
CDIO工程教学模式的主要特色在于它创造了能够深化技术基础和实际能力的学习经验。采用现代教学方法、创新教学模式和新的学习环境为学生提供接近工程实际的学习经验，这些具体的学习经验创建了一个与技术基础相关的学习抽象概念的认知框架，并为学生提供有助于理解和记忆这些抽象概念的实际应用机会，由此提供掌握深厚基础知识的途径。

二、“自动控制理论”课程教学改革

1.重新设计教学模式

根据“自动控制理论”课程特点，运用CDIO工程教育理念，坚持以学生为本，建立知识、能力、素质培养体系，将系统的构思、设计、实施和运行贯穿整个教学过程，对“自动控制理论”的教学目标、课程体系、教学活动及组织形式等进行全方位思考与设计，形成基于CDIO的“自动控制理论”课程教学模式，如表1。

2.强化工程实践能力培养

为了加强“自动控制理论”课程工程实践能力的培养，在传统教学的基础上，融合项目教学、虚拟仿真和案例分析等方法，让学生在模拟工程实践的环境中进行学习。
（1）项目教学。基于项目的教学是建立在具体问题的基础上来寻找解决问题的办法。为了践行CDIO工程教育理念，依托项目以3～5名学生为一组，教师采用点拨方式或共同探究的方式进行指导。具体实施步骤如下：
1）构思（C）。通过加深学生对自动控制系统的使命、需求、功能、技术和构建等概念设计的理解，其主要形式是要求学生对控制系统进行分析、思考，形成对控制系统设计开发的基本感性认识，加深对控制系统基本分析和设计方法的理解。
2）设计（D）。要求学生使用控制方法，完成自动控制系统的需求定位、模型开发、系统分析、系统架构等。通过实践，使学生掌握自动控制系统工程的基本原理、方法、技术、工具，并能够在实际中应用。
3）实现（I）。将设计成果加以实现，着力培养学生的务实精神、工程能力和团队精神。
4）运行（O）。每个小组对所开发的控制系统进行实际应用，并建立相应的应用、营销和服务渠道。实在难以在实际应用的要求建立模拟实际应用环境，实施模拟应用。运行主要目的是让学生了解市场，培养学生的务实精神和实际工作能力。
（2）虚拟仿真。虚拟仿真，就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真技术的引入，将使控制系统设计的手段和思想发生质的飞跃，更加符合现代社会发展的需要。采用虚拟仿真能够使学生在一个比实际情况更安全的环境中提高工程实践能力，可以说在“自动控制理论”课程中应用虚拟仿真技术是可行且必要的。
（3）案例学习。案例学习可以提供很多关于实际工程的具体经验，一个典型案例还可以提供详细的背景内容。通过讨论案例，学生能够亲自体验系统或产品的CDIO过程，并参与疑问的解答，提高了学生的思考和决策能力。

3.考核方式多元化

传统“自动控制理论”课程考核方式笔试偏重理论知识考核，难以考察对实际自动控制系统源于：论文格式范文模板www.618jyw.com
的设计、分析和建造等工程实践能力。针对本课程注重工程实践性、创新性和应用技能培养的要求，改革单一的考核方式，综合学生在知识、创新、应用等多方面能力，采用笔试、课堂互动、实验操作、项目开发等多元化考核方式。多元化考核方法不仅促使学生重视课堂知识的掌握，还重视知识的工程应用与创新，有效地提高了教学水平和教学质量。
三、总结
CDIO工程教育模式的核心是培养学生的工程素养、工程实践能力。“自动控制理论”课程作为工程背景较强的课程，只有掌握坚实的理论基础，具备严谨的工程推理和解决问题的能力，才能在后续课程中熟练地运用自控理论知识解决工程实际问题，并为往后能在工作岗位上灵活运用所学知识打下扎实的基础。
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（责任编辑：王意琴）