基于CDIO的“自动控制理论”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
　　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，[1]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，[2]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：