齊 洋
(寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院,寧夏 銀川 750021)
CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate),核心教育理念和教學(xué)方法是“做中學(xué)”和“基于項目的學(xué)習(xí)”,讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)課程。學(xué)生將理論學(xué)習(xí)與實際應(yīng)用相結(jié)合,在學(xué)習(xí)認(rèn)知的基礎(chǔ)上進行自我反思,并在此過程中不斷獲取知識,調(diào)整學(xué)習(xí)方法,達成學(xué)習(xí)目的。CDIO教育模式可以提高學(xué)生的基礎(chǔ)知識水平、職業(yè)技能水平、人際交往和團隊協(xié)作能力[1]。為提升“化工儀表及自動化”課程的教學(xué)效果,運用CDIO教學(xué)模式進行以自動控制系統(tǒng)設(shè)計為手段的教學(xué)改革,取得了顯著成效。
首先,職業(yè)教育有其鮮明的特點,職校學(xué)生入學(xué)時的理論知識學(xué)習(xí)能力相對較弱、基礎(chǔ)知識不扎實、在校學(xué)習(xí)時間短(一般為2.5學(xué)年在校學(xué)習(xí)加0.5學(xué)年社會實踐),學(xué)生其實很難兼顧理論知識學(xué)習(xí)與技能訓(xùn)練。其次,現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展速度越來越快,知識和技術(shù)的更新速度也越來越快,學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)的知識和技能可能很快就“不夠用”了,出于職業(yè)發(fā)展考慮,應(yīng)該重視對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的訓(xùn)練。最后,現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對技術(shù)人員的知識靈活應(yīng)用能力、合作能力的要求越來越高,應(yīng)該在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生靈活解決問題的意識和合作意識。所以,教學(xué)要從教學(xué)生“知其然”向教學(xué)生“知其所以然”轉(zhuǎn)變,否則無法滿足企業(yè)的需要。
職業(yè)學(xué)校如果在建設(shè)一門課程時,盲目追求相關(guān)理論知識的面面俱到,是很難實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)的。所以,課程建設(shè)應(yīng)該著眼于幫學(xué)生搭建一個具有開放性、可以不斷進行拓展延伸的知識(技能)體系框架,讓學(xué)生可以根據(jù)將來工作的實際需要,通過自學(xué)等方法完善知識體系。應(yīng)該實施一系列教學(xué)項目,使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識和技能的同時不斷思考:“我學(xué)的是關(guān)于什么工作的知識(技術(shù))?”“我學(xué)的知識(技術(shù))還可以用來做什么工作?”“我還可以做哪些相關(guān)的事?”“如果我想要解決一個更難的問題,還需要補充哪些知識(技術(shù))才可以?”學(xué)生在完成學(xué)習(xí)項目的過程中持續(xù)不斷地思考,不斷完善自身的知識(技能)體系框架,對自己的專業(yè)形成清晰的認(rèn)識,對工作和學(xué)習(xí)形成清晰的思路,將來走上工作崗位,就能較好地適應(yīng)自己的工作,也能較好地適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展[2]。
CDIO教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生的參與性與思考能力的鍛煉,在學(xué)習(xí)過程中,注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、表達能力、團隊合作能力、批判性思維等綜合能力,大大提升教學(xué)效果。在教學(xué)過程中,教師要求學(xué)生以小組為單位,在完成設(shè)計任務(wù)的過程中,學(xué)習(xí)自動控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識,建立自動控制系統(tǒng)知識體系框架,從中建構(gòu)自動控制系統(tǒng)設(shè)計方法與流程,積累解決問題的經(jīng)驗并加以運用,提高知識遷移能力[3]。在小組學(xué)習(xí)中鼓勵學(xué)生相互交流,加強團隊合作意識。在教學(xué)過程中應(yīng)用CDIO模式,符合職業(yè)學(xué)校課程建設(shè)的要求,能滿足企業(yè)對技能人才的需要。
“化工儀表及自動化”課程內(nèi)容分為兩個部分,即檢測儀表和自動控制系統(tǒng)。一般將知識劃分為17個章節(jié),知識點比較多且涉及面很廣,雖然內(nèi)容上存在關(guān)聯(lián),但仍給學(xué)生學(xué)習(xí)本課程造成了很大的困難。根據(jù)對以往學(xué)生學(xué)習(xí)情況的分析發(fā)現(xiàn),有一部分學(xué)生在測試中分?jǐn)?shù)非常低,主要是理不清楚知識脈絡(luò),弄不懂教師講授的是哪部分內(nèi)容,不明白學(xué)習(xí)這些知識點的用處,甚至因此早早放棄學(xué)習(xí)。所以,如何將這些內(nèi)容整合在一起,成為老師授課時必須要面對的問題。
“化工儀表及自動化”課程的教學(xué)目標(biāo),是使學(xué)生了解并學(xué)會使用自動控制系統(tǒng)。所以,應(yīng)用CDIO模式,在教師的指導(dǎo)下,學(xué)生親手設(shè)計、搭建一個自動控制系統(tǒng),能夠使學(xué)生更加深刻地理解自動控制系統(tǒng),更好地應(yīng)用自動控制系統(tǒng)。當(dāng)然,鑒于完整的自動控制系統(tǒng)設(shè)計非常復(fù)雜,不是非自動控制專業(yè)的學(xué)生能夠完成的任務(wù),在確定設(shè)計任務(wù)和設(shè)計方案時,可以忽略所有細(xì)節(jié),只要控制原理講得通即可。
目前,高職招收的學(xué)生有一個普遍的特點,就是在理論知識學(xué)習(xí)方面的能力偏弱,遇到“化工儀表及自動化”這樣理論性比較強的課程,會產(chǎn)生畏難心理,往往在學(xué)習(xí)一段時間以后感到枯燥、困難,部分學(xué)生開始信心動搖,產(chǎn)生“我肯定學(xué)不會這門課”的想法,想要放棄。
在課堂中融入CDIO教學(xué)模式,可使原本單調(diào)、枯燥、無味的課堂充滿活力,配合小組教學(xué),這種一體化教學(xué)方式可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性,激發(fā)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在完成教學(xué)任務(wù)時,不斷克服困難、解決問題,所獲得的成就感激勵他們自我挑戰(zhàn),提高專業(yè)技能,消除倦怠心理,使學(xué)生學(xué)習(xí)樂在其中。
值得一提的是,學(xué)習(xí)任務(wù)的確定,要注意增強趣味性。例如,由于學(xué)生在電學(xué)、控制系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)比較薄弱,設(shè)計任務(wù)不僅不能過于復(fù)雜,而且應(yīng)該是學(xué)生喜聞樂見的形式。對于多數(shù)學(xué)生來說,設(shè)計一個化工儲罐的液位自動控制系統(tǒng),不如設(shè)計一個魚缸的液位自動控制系統(tǒng)有吸引力;設(shè)計一個加熱爐溫度自動控制系統(tǒng),不如設(shè)計一個魚缸溫度自動控制系統(tǒng)有趣;采用生活中不常見的各種工業(yè)儀器儀表,不如淘寶上的民用產(chǎn)品更容易掌握。
例如,在進行檢測儀表知識的教學(xué)時,針對化工生產(chǎn)過程控制四大參數(shù)(壓力、溫度、物位、流量)檢測及其自動控制系統(tǒng),共設(shè)計了4個基本工作任務(wù),分別是:電壓力鍋壓力自動報警系統(tǒng)設(shè)計、魚缸(或電火鍋)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計、魚缸液位自動控制系統(tǒng)設(shè)計以及流量檢測儀表選型報告。教學(xué)內(nèi)容相應(yīng)地在前后順序安排方面也作出調(diào)整:先介紹自動控制系統(tǒng)是如何代替人工進行操作的,再介紹自動控制系統(tǒng)的組成、工作原理和表達方式(即方塊圖和P&ID圖)。學(xué)生的設(shè)計作業(yè)完成水平能夠體現(xiàn)其對此部分內(nèi)容的理解是否深刻以及應(yīng)用知識解決問題的能力強弱,所以,分?jǐn)?shù)計入期末總評成績。
教師在分別講授四大參數(shù)的檢測儀表之前,發(fā)布相關(guān)設(shè)計任務(wù)。比如在講述壓力檢測之前,先發(fā)布作業(yè):電壓力鍋壓力自動報警系統(tǒng)設(shè)計,要求學(xué)生從人工控制過程分析開始,確定人工操作的每一個步驟,然后在學(xué)習(xí)壓力檢測的過程中,逐步由教師引導(dǎo),選擇合適的檢測和控制儀表,確定控制方案,最后通過方塊圖和P&ID圖表達出來。
流量檢測儀表選型作業(yè)的內(nèi)容是設(shè)置一個場景:一個小型水廠每天處理500 t黃河水,需要檢測其輸送黃河水管道的水流量,要求學(xué)生選擇合適的檢測儀表。教師引導(dǎo)學(xué)生查閱資料,了解進行儀表選型所必須的各項參數(shù),然后分析題目,確定相關(guān)數(shù)據(jù)。對于題目未給出的數(shù)據(jù),要進行靈活推算。例如,題目中隱含的條件有:被測介質(zhì)為黃河水,具有泥沙含量高的特點;檢測儀表應(yīng)不易堵塞、不易磨損,精度要求不高;小型水廠很可能沒有專職儀表工,儀表日常維護量必須少,價格不宜過于昂貴;題目中沒有給出管道直徑,需要學(xué)生根據(jù)題中信息(每天處理500 t)查閱資料進行計算,教師適當(dāng)給予幫助。
這4個基本工作任務(wù)的難度比較低,目的是促使學(xué)生對所學(xué)知識進行整合和運用。只要認(rèn)真學(xué)習(xí)和思考,小組內(nèi)一起討論交流,每位同學(xué)都能夠完成任務(wù)。每一個設(shè)計任務(wù)完成之后,以小組為單位,選代表進行匯報,計入小組成績。每個小組由4名學(xué)生組成,一個學(xué)期內(nèi),每個人都會代表自己小組進行一次匯報,這種方式利用了學(xué)生具有較強集體榮譽感的特點,促使每位學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)。
對于學(xué)有余力的學(xué)生,可以布置高難度的設(shè)計任務(wù),為這些學(xué)生提供增強能力的機會,確保不同層次的學(xué)生都能在達到基礎(chǔ)目標(biāo)的前提下,實現(xiàn)能力的提高。例如,布置一個綜合設(shè)計任務(wù),要求設(shè)計一個魚缸自動控制系統(tǒng),為觀賞魚提供良好的生存環(huán)境,確保其存活。分小組進行,在設(shè)計方案定稿之后,需要利用“淘寶”等平臺查找所需的儀器和零配件,以“示意圖+所用產(chǎn)品型號清單”的形式呈現(xiàn)出來。
學(xué)生成立興趣小組,利用業(yè)余時間充分發(fā)揮想象力來討論分析,認(rèn)為該系統(tǒng)應(yīng)包括觀賞魚飼養(yǎng)、清潔、健康保障三大基礎(chǔ)功能,設(shè)計出自動水質(zhì)檢測控制系統(tǒng)、自動投喂系統(tǒng)、自動清潔系統(tǒng)、自動燈光控制系統(tǒng)、自動消毒系統(tǒng)以及其他個性化功能,如增強美觀性等。
學(xué)生應(yīng)用在課堂上學(xué)到的自動控制系統(tǒng)設(shè)計知識,親手設(shè)計方案,采用網(wǎng)絡(luò)虛擬購物的方法,在“淘寶”上查找產(chǎn)品,研究確認(rèn)產(chǎn)品的功能、輸入/輸出信號、電源、尺寸等信息,確保該產(chǎn)品可以用于魚缸自動控制系統(tǒng)。因為設(shè)計任務(wù)是民用項目,所以基本的儀器儀表在常見購物網(wǎng)站都能買到。學(xué)生從購物網(wǎng)站查詢到相關(guān)信息,通過實物圖來表達設(shè)計方案,建立比較直觀的自動控制系統(tǒng)的概念。
“化工儀表及自動化”課程的教學(xué)也可以與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目相結(jié)合,運用CDIO教學(xué)模式,使一部分同學(xué)在課程學(xué)習(xí)之余,收獲創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的體驗。例如,學(xué)生申請的自治區(qū)級的創(chuàng)新項目(已經(jīng)結(jié)題)“智慧管家”家務(wù)自動控制系統(tǒng),由于做項目有結(jié)題驗收的壓力,學(xué)生們格外認(rèn)真,收獲更大。
基于CDIO模式的教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,能夠增強學(xué)生的專業(yè)素質(zhì),提高學(xué)生學(xué)以致用、團結(jié)合作以及解決問題等方面的能力,進而提升教學(xué)效果,因此,非常適合在“化工儀表及自動化”課程中使用。