基于OBE和CDIO的自动控制原理教学改革研究.pdf

190 科研课题 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革研究*窦颖艳1，21.南昌理工学院，江西 南昌 3300002.浙江航大科技开发有限公司，浙江 杭州 310051摘要：文章探讨了基于 OBE 和 CDIO 理念的自动控制原理教学改革的重要性和有效策略。首先介绍了 OBE和 CDIO 的基本概念，然后阐述了自动控制原理在工程领域的重要性，从系统稳定性和效率、技术创新和应用、安全性和可靠性等角度进行了分析。接着讨论了面临的问题，包括资源和设备的限制、教师培训和适应、课程设计与学生适应问题。最后提出了有效的策略，如建立合作伙伴关系、提供教师培训、重新设计课程等，以应对这些问题。这些策略有助于培养学生的实际应用能力，促进工程教育的创新和发展。关键词：OBE 理念；CDIO；高校；自动控制原理；教学改革分类号：G642；TP13工程教育的未来需要不断适应社会和行业的发展，培养具备实际问题解决能力的工程师，基于 OBE和 CDIO 原则的自动控制原理教学改革正是为了应对这一挑战而诞生的。文章将深入探讨这一教育改革的核心概念和框架，重点关注如何提高教育质量、促进实践导向的教学方法以及解决面临的问题。通过理论和实践的结合，将揭示如何培养出适应工程领域需求的新一代工程师，为工程教育的创新和卓越打下坚实基础。1 OBE 与 CDIO 概述1.1 OBE成果导向教育（Outcome-Based Education,OBE）是一种以学生学习成果为中心的教育理念。其核心在于从学生的最终学习成果出发，设计和实施教育活动。在 OBE 模式下，教育的目标不是单纯完成一定的教学内容，而是确保学生能够达到预定的学习成果。这些成果不仅包括知识和技能的掌握，还涉及学生的个人发展和价值观形成1。OBE 的教学设计重点在于建立内外需求与培养目标、毕业要求与课程体系之间的对应关系。这一过程涉及对学校内部教育教学规律、办学思想、定位以及外部社会、行业需求的综合考虑。这样的设计原则使教育过程更加聚焦于满足学生和社会的实际需求，而非仅仅局限于传统的学科知识传授。在 OBE 模式下，教学策略也发生变化，更加强调学生主导的学习过程。教师的角色从信息传递者转变为学习过程的引导者和促进者，帮助学生明确学习目标，根据不同的学习需求提供个性化的教学方案。同时，OBE 模式下的评价标准更加多元和灵活，强调对学生的学习进步和成果的综合评价，而非单一的知识掌握程度评估。1.2 CDIO构思-设计-实施-运营（Conceive-Design-Implement-Operate,CDIO）是一种专为工程教育设计的教育框架，它强调在真实世界系统和产品的背景下教授工程基础知识。CDIO 方法始于构思阶段，重点理解客户和市场需求，接着是设计阶段，包括创造满足这些需求的解决方案。实施阶段涉及开发和测试这些解决方案，运营阶段则涵盖了系统或产品在真实环境中的管理和维护2。2 自动控制原理在工程领域的重要性2.1 系统稳定性和效率自动控制原理在工程领域的重要性，尤其体现在系统稳定性和效率的提升上。在现代工程系统中，从基础设施到复杂的生产流程，自动控制技术都扮演着核心角色。通过精准监控和调整系统参数，自动控制技术能够有效应对外部干扰，保障系统运行的稳定性，文章编号：2096-3092（2024）01-0190-03*基金项目：南昌理工学院 2022 年教学改革研究课题“基于 OBE-CDIO 理念的自动控制原理课程教学改革”（NLJG-22-22）作者简介：窦颖艳，女，硕士，讲师，研究方向为智能控制。191造纸装备及材料 第 53 卷 总第 226 期 2024 年 1 月 科研课题避免由于参数波动引起的性能下降或系统故障。此外，自动控制原理还关乎效率的提升。在资源有限的背景下，自动控制技术可以最大化系统性能，减少能源消耗，提升生产效率，从而在经济效益和环境可持续性方面发挥重要作用。因此，自动控制原理既是现代工程技术的基础，也是推动工业和技术进步的关键因素。2.2 技术创新和应用自动控制原理在推动技术创新和应用方面起着至关重要的作用。在当今技术迅速发展的时代，自动控制不是局限于传统工业领域，而是渗透到智能制造、机器人技术、自动化物流等多个领域。这些领域的进步离不开自动控制原理的持续创新和应用3。例如，在智能制造领域，自动控制技术能够实现生产过程的高度自动化和优化，提高生产效率和产品质量。在机器人技术中，自动控制原理的应用则使机器人能够更加精确和灵活地完成复杂任务。此外，自动控制技术在新能源、航空航天等高科技领域也发挥着关键作用，推动着技术的边界不断扩展。因此，自动控制原理不仅是工程领域的基石，还是驱动现代科技进步的重要力量。2.3 安全性和可靠性自动控制原理在提高工程领域的安全性和可靠性方面发挥着至关重要的作用。在各种工程系统中，无论是能源、交通还是制造业，自动控制技术的应用都是确保系统安全运行和提高可靠性的关键。例如，在核电站或化工厂，精确的控制系统能够及时响应潜在的安全风险，通过自动调节来预防事故。同样，在航空和汽车领域，自动控制系统提高了交通工具的安全性，确保了乘客和货物的安全。这些应用不仅减少了由人为错误导致的风险，还显著提升了整个系统的可靠性，保障了人们的生命财产安全。因此，自动控制原理在工程领域中不可或缺，是维护安全和提高可靠性的技术基石4。3 基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革现存问题3.1 资源和设备的限制实施基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革，其核心难点之一在于资源和设备的限制。这种教学模式要求提供实践和实验为主导的教学环境，这不仅涉及先进的实验室设施，还包括各类软硬件资源和必要的实验材料。诸如此类的资源配置对很多教育机构来说，尤其是资源相对匮乏的学校，构成了显著挑战。缺乏足够的实验设备和现代化教学工具，可能会限制这一教学模式的有效实施，影响学生实际操作经验的积累，从而难以达到 OBE 和 CDIO 的教学目标和预期效果。因此，资源和设备的限制成为实施这一教学改革的重要阻碍。3.2 教师培训和适应问题在基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革中，教师培训和适应成为一项重要挑战。OBE 和 CDIO模式要求教师不仅掌握深厚的专业知识，还需具备跨学科的教学能力和实践经验。这种变革需要教师从传统的知识传授者转变为学习的促进者和指导者，这对教师的教学方法和思维方式提出了新的要求。许多教师可能需要额外的培训和时间来适应这种新的教学模式，特别是在实践、项目导向的学习活动和学生主导的研究项目中。因此，有效的教师专业发展计划和持续的支持系统对于确保教学改革的成功至关重要。3.3 课程设计与学生适应问题在基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革中，课程设计与学生适应问题是关键挑战之一。这种改革要求课程内容不仅涵盖理论知识，还包括实际应用和项目实践，这给课程结构带来了根本性的变化。教学内容需要更加灵活、综合，以适应不断变化的技术和市场需求。与此同时，学生也面临适应这种新教学模式的挑战。传统的教学方法更多强调理论学习，而 OBE 和 CDIO 模式要求学生更加积极地参与实践活动，这可能会使一些习惯了被动学习的学生感到不适应。因此，如何有效地设计课程并帮助学生适应这种新的学习方式成为实施教学改革的关键。4 基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革优化策略4.1 与行业建立合作伙伴关系，共享设备资源基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革旨在培养学生的实际应用能力和跨学科知识，使他们更好地适应工程领域的需求。在面临资源有限等挑战时，建立与行业的合作伙伴关系，共享设备资源，成为一项有效策略。这不仅有助于充实学校的实验环境，还将学生与现实工作场景紧密联系，增强他们的竞争力。举例来说，一所工程学院意识到设备限制可能影响到 OBE 和 CDIO 的实施。因此，学院积极寻求与当地制造企业的合作机会。他们首先与一家汽车零部件192 科研课题 2024 年 第 1 期 总第 226 期 造纸装备及材料制造公司达成合作协议。根据协议，学院提供专业的自动控制课程，培养学生的技能和知识。与此同时，制造公司向学院提供了最新的生产线设备和实验场地，供学生实践。这种合作使学生能够在现实工作环境中运用所学，积累实际经验。例如，学生可以参与汽车零部件的生产过程，学习如何应用自动控制原理来提高生产效率和质量。他们还有机会参与项目，解决实际生产中的问题。这种与行业的合作使学生毕业后更具竞争力，能够迅速融入工程领域。基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革的有效策略之一是建立与行业的合作伙伴关系，共享设备资源。合作使学生与现实工作场景紧密联系，提高他们的实际应用能力。这种合作不仅有益于学生的职业发展，还促进了产业与教育的协同发展，实现了双赢局面。这一策略在面对资源限制等挑战时，为教育改革提供了可行的路径。4.2 提供 OBE 和 CDIO 原理培训，提升教师培训和适应能力在基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革中，提供 OBE 和 CDIO 原理培训，以提升教师的培训和适应能力，是一项关键策略。这一理念强调教师在新教学模式下的角色转变，从传统的知识传授者变为学习的促进者和指导者。通过专业的培训，教师能够更好地理解 OBE 和 CDIO 原理，灵活调整课程设计，并采用新的教学方法，以更好地满足学生的需求，提高教育质量。为了实施这一策略，一所工程学院进行了教师培训计划的全面改进。首先，学院邀请了具有丰富 OBE和 CDIO 教育经验的专家进行系列培训。培训内容涵盖了教育理念、课程设计、学生评估等方面，并提供了实际案例和教材。教师通过培训更深入地了解了OBE 和 CDIO 的原理，并学会了如何将这些原理融入教学。此外，学院还鼓励教师之间的合作和经验分享。每个教师都被要求参与跨学科的教学项目，与其他学科的教师合作，共同设计综合性的课程。这种合作不仅促进了知识的交流，还激发了创新的教学方法。提供 OBE 和 CDIO 原理培训，提升教师的培训和适应能力，是实施基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革的有效策略。通过专业的培训和跨学科合作，教师能够更好地理解并应用这些教育原理，为学生提供更具价值的教育。这一策略有助于教育质量的提升，使教师更好地适应新的教学模式，从而促进了教育改革的成功实施。4.3 重新设计课程，逐步将实际项目纳入课程重新设计课程，逐步将实际项目纳入课程，是基于 OBE 和 CDIO 的自动控制原理教学改革的关键策略。这一理念强调了实践导向的教育，通过将实际项目融入课程，帮助学生将理论知识与实际应用相结合。这不仅培养了学生的问题解决能力，还使他们更好地适应工程领域的需求。一所工程学院决定重构自动控制原理课程，以更好地符合 OBE 和 CDIO 原则。他们首先重新设计了课程大纲，将课程内容分为基础理论和实践项目两部分。在实践项目中，学生被要求在小组中选择一个自动控制相关的现实问题，如智能家居系统设计。他们需要从问题定义、系统设计到实际搭建和测试，全程参与项目。为了支持这一策略，学院还建立了实验室和资源库，供学生使用。教师提供指导和监督，确保项目的顺利进行。通过这种方式，学生在课程中不仅学到了理论知识，还获得了实际项目经验，为将来的工作做好了准备。重新设计课程，逐步将实际项目纳入课程是一种有效的策略，可以帮助学生更好地适应工程领域的需求，并培养他们的实际问题的解决能力。通过将理论与实践相结合，学生能够更深入地理解课程内容，提高他们的职业竞争力。这一策略需要学校提供适当的资源和支持，并确保教师能够有效地指导学生的实践项目。5 结束语基于 OBE 和 CDIO 原则的自动控制原理教学改革具有重要意义。通过充分利用合作伙伴关系、共享设备资源、提供教师培训和重新设计课程等策略，可以培养出更具实际应用能力的工程师，并更好地满足工程领域的需求。这一改革势必推动工程教育的创新，为学生和行业带来更多发展机遇。参考文献1 何昭水,谭北海,谢侃,等.三全育人背景下信息学科课程思政“六位一体三提升”教学实践探索J.高等工程教育研究,2023(6):82-86.2 傅求宝,刘信生.“做中学”式课堂教学是促进学生科学思维生长的最优路径:以“电磁继电器与自动控制”教学为例J.物理教学,2023,45(10):40-43,47.3 李欢,陈薇,吴宇博.研究性教学在自动控制原理课程教学中的应用J.造纸装备及材料,2023,52(7):247-249.4 肖理庆,储昭霞,王彬,等.基于改进遗传算法的自动控制原理实验考核J.计算机仿真,2022,39(9):263-267.