CDIO工程教育模式對電工電子課程實驗教學改革的啟示

鄭 瑤

（梧州學院，廣西 梧州 543002）

CDIO工程教育模式對電工電子課程實驗教學改革的啟示

鄭 瑤

（梧州學院，廣西 梧州 543002）

結合CDIO工程教育模式與工程素質的培養，對電工電子實驗教學課程進行改革嘗試，從開放式實驗教學內容、項目式實驗教學方式、基于實驗過程的評價方法等方面進行。以學生為主體，因材施教，提高該專業學生的CDIO能力。

CDIO；電工電子實驗教學改革；開放實驗；項目式教學

1 電工電子課程教學改革的需要

1.1 梧州學院電工電子類專業面臨的機遇與挑戰

結合梧州市的產業特色和地理位置特點，梧州學院設置了電子信息工程、電子科學與技術、應用電子技術等應用型專業，為梧州市及其周邊地區的經濟建設和社會發展需要，培養大量技術型、應用型、實踐型的工程人才。為了讓“企業招到合適的人才，學生找到合適的工作”，創新工程人才的大量需求為梧州學院的發展提供了極佳的發展機遇，但如何培養合格的高等工程技術人才也是梧州學院電子類專業面臨的巨大挑戰。

1.2 傳統教育模式下學生工程素質的不足

電工電子專業是工科類，畢業生大多走向產業，就業于與電子產業密切相關的產品研發、設計、制造、營銷等崗位。但是，大多畢業生就業后不能很快地走上工程師的崗位，主要原因是技術、管理、經濟的相關知識和能力比較欠缺，理論聯系實際的能力不夠，跨學科理論綜合運用的知識不足，實際動手能力比較差，還有語言文字的表達能力、團結協調能力比較弱等。如何改變畢業生不適應企業需求的現狀？答案是：需要大力加強學生的工程素質培養，大幅提高他們的工程素質。

工程素質的培養應該是高等工程教育的重要內容，工程素質的形成不僅是知識的簡單綜合，而是一個復雜的漸進過程，不僅需要不斷充實理論知識，還要經常從事工程實踐活動，將不同學科的知識融合在工程活動中，創造出有益的結果[1]。

1.3 課程改革本身的需求

隨著電工電子技術的發展，新技術層出不窮，電工電子課程的教學內容不斷地擴充，但電子類教學學時卻是有限的，面對有限的學時和不斷膨脹的教學內容，如何以工程素質培養為目的，讓學生從繁瑣、枯燥的理論學習中解放出來，為用而學？筆者認為必須改革教學模式與手段，尤其是實驗教學環節的改造。

2 CDIO工程教育模式概述

2.1 什么是CDIO？

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式來學習工程。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標[1]。CDIO理念提出了系統的能力培養、全面的實施指引（包括培養計劃、教學方法、學生考核及學習構架）以及實施過程和結果檢驗的12條標準，具有可操作性[1]。

2.2 CDIO與工程素質的培養

基于CDIO工程教育模式，電工電子專業需要進行課程教學改革，以學生個性發展為核心，創造虛擬的工程職業環境，以能力培養為目的，把教學分解成彼此聯系的若干個項目，對教學模式進行“項目式教學”改革[2]。學生在完成一個個項目的過程中，從發現問題到解決問題，逐步培養克服困難的毅力，提高主動學習、收集信息的能力，培養創新意識。通過對項目進行構思、設計、實現和運作等（CDIO），實現課程的“做中學”，提高學生的工程能力[2]。

3 CDIO工程教育模式下的電工電子實驗類課程改革嘗試

3.1 以學生為主體，因材施教的開放式實驗教學模式

電工電子類課程的特色是實踐性比較強、實驗教學占有比較大的比重。開放式實驗教學模式對實驗內容和實驗方式進行改革，并能充分利用實驗室的空間與資源，進一步調動學生學習的積極性與主動性，在培養學生的實踐能力和工程素質方面起到很好的作用。

3.1.1 開放的空間與時間[3]

開放實驗室的模式按時間可以分為：定時開放、預約開放和全天開放這三種。

（1）定時開放。實驗室按照實驗課程的排課安排，在固定時間對班級開放。

（2）預約開放。由學生向實驗室提出申請，申請包括完成該實驗項目所使用的實驗儀器、元件清單、實驗時間等具體要求，由實驗室具體安排時間向學生開放。

（3）全天開放。學生可以隨時進入開放的各個實驗室，只需要在門口登記姓名、班級和學號等相關信息。

不同的實驗室可以選擇不同的模式進行開放。比如軟件實驗室、電子制作中心等不需要教師的專業輔導，可以選擇全天開放或定時開放，學生可以自行完成課堂中未完成的項目，或者進行自選項目的研究。電工實驗室、信號處理實驗室等需要教師準備實驗儀器、設備，審核學生的實驗方案，可以選擇預約開放的方式，完成實驗項目后，教師還需檢查學生的實驗報告或設計報告，并將此作為實驗考核的一項依據。

3.1.2 開放的實驗內容

以學生為主體，根據學生自身能力的不同情況，因材施教。可把實驗教學內容分為兩種類型、三個層次。兩種類型是指課堂實驗和課外實驗，三個層次是指驗證型—設計綜合型—創新型。

（1）兩種類型。課堂實驗主要包括驗證型實驗和部分設計型實驗。該實驗內容屬于實驗教學計劃內，要求每一個同學在規定的時間內完成。課外實驗屬于教學計劃外，學生自行選擇一個到若干個，實驗內容以設計綜合型和創新型為主。

（2）三個層次。驗證型實驗主要是就理論課程的某些定理、現象進行實驗驗證，學生根據實驗指導書的具體步驟進行實驗。與此同時，學生還需要掌握電子儀器的使用方法，熟悉常用電子電路，掌握電子測量的常用方法。設計綜合型實驗可以由教師提出一些小型的設計性課題，給出實驗要求、設計參數，并加以適當的輔導，由學生自行設計實驗步驟，自由選擇實驗技能和實驗方法。創新型實驗提出的設計要求則更貼近實際，對學生的創新能力要求也更高。例如智能小車的設計、精密恒壓源的設計等。創新實驗是課程計劃外內容，主要是對有興趣、有自主完成實驗能力的同學開設。教師安排培訓并進行適當輔導，但主要由學生自主完成。

例如，在“數字電子技術”實驗課程中，教師提出設計一個全加器，學生根據所學知識，可以選擇分立元器件（如邏輯門電路與非門，異或門等）或集成芯片（如74138、74151等）兩種方式來完成設計。但是傳統實驗方式是根據理論教學進度，先完成分立元器件實現包括全加器在內的某些邏輯功能，然后用集成芯片實現全加器或其他邏輯函數，前后屬于兩個完全分離的實驗內容，學生只是單純地完成驗證，對前后兩個實驗沒有新的認識。顯然，現在把全加器作為設計型實驗，學生對分離元器件的使用和集成芯片的使用孰優孰劣、孰簡孰煩有一個清晰的對比。在設計綜合型實驗和創新型實驗中，學生需要運用所學的知識去分析問題和解決問題。比如，實驗中，學生需要根據實驗要求自行設計實驗電路、制定實驗方案步驟，自行準備實驗器材，獨立完成實驗操作。在這樣的實驗過程中，學生就必須在實驗前預習，查閱相關資料，精心準備，這樣做起實驗來也就心中有數，最后分析實驗數據和實驗結果也有理有據。

開放實驗教學模式已在部分實驗室展開，實踐表明教學效果良好。在與學生座談時，不少同學反映這種教學模式既能充分利用實驗室資源，又能主動學習，有效的實驗環節有助于他們更好地理解理論知識，提高實驗技能，為今后的實習和就業打下了堅實的基礎。有關專業的教師也感覺在畢業設計和電子設計大賽中，學生的設計能力比以往有了很大的提高。

3.2 建立CDIO工程教育環境，開展基于項目設計的實驗教學

CDIO模式的第一準則告訴我們應把工程師職場環境作為工程教育的環境，而不是“內容”[3]，在教育過程中應培養學生以下能力：

（1）獲取知識的能力（自學）

（2）運用知識的能力（解決問題）

（3）共享知識的能力（團隊合作）

（4）發現知識的能力（創新）

（5）傳播知識的能力（交流溝通）

將以上能力作為促進學生學習的因素和學以致用的方向。具體實施辦法是開展基于項目設計的實驗教學。項目設計內容包括基礎層次和高級層次。基礎層次是使本專業學生掌握最基本的工程能力，高級層次則是可以讓學生了解社會，理論聯系實際，是培養學生工程素質的重要途徑[2]。無論哪種層次的項目設計都應讓學生從最初的構思設計開始，經歷過程設計和實現階段，使學生逐步學習工程科學知識、設計和制作產品的能力。這種設計制作活動有時可能要涉及一門以上的課程，因此對學生的要求會更高。實踐項目的選擇上最好來自于產業第一線，是真刀真槍的項目，而不是“假題真做”。[2]因為企業的項目更實際，包含更多的信息，可讓學生學到許多技術之外的東西，如管理、成本、市場、溝通、團隊合作等。或者還可以做一些企業做過的項目、學生自選的有意義的項目、面對社會和市場有價值的項目或其他來源的項目。

3.3 實施基于實驗過程的評價體系與形式多樣的考核方法

學生學習考核是對每個學生所取得的具體學習成果進行考查，也是檢驗學期教學效果的一個重要手段。但傳統的教學課堂中，考核往往就是考試，“一考論成敗”。只關注結果的考核評價具有較濃的功利色彩，學生只需要按照教師要求完成相應的任務，在學習過程中僅是接受知識而無法真正培養工程應用能力。因此，考核評價不僅要看學生實驗的結果，更要重視得出實驗結論的過程。比如，在課程中分階段按課題任務或進度來進行評價，保證每一個評價階段都能讓學生明確已完成的內容、未完成的內容、方案的制定改進等。另外，根據課堂內實驗完成情況，課堂外設計綜合型實驗和創新型實驗的參與項目數以及完成情況，對每一位同學進行綜合評價。在學習過程中給予學生評價，并獲得相應的反饋，這樣有利于學生從全局性的角度而不是以個人得分高低去看待學習[4]。

考核形式也可以多種多樣，靈活科學。根據課程特點，除了可以采取常用的閉卷考試以外，還要引用其他合理的考試形式，如開卷考試、寫論文、面試、實際操作以及筆試加操作、筆試加面試等，還可以利用計算機仿真功能給出一些設計型考題，讓學生在計算機上完成設計過程并通過仿真得到結果，考查學生對本學科知識的綜合掌握能力。在考題選定上還可以采用抽簽定考題（包括實際操作題和計算機仿真題），避免了死記硬背、全班雷同的弊端。

4 結束語

工程教育是一種先進的教育理念和人才培養模式，目前國內外很多高校已經在實施和推廣工程教育改革。為了推動梧州學院的實驗教學改革，加強電工電子類學生的工程實踐技能，重要的是要建立一套完整的、面向現代工業生產的教學課程體系，結合工程訓練開展實驗教學，同時教師自身要加強CDIO能力，教師更應成為學生心目中的工程師榜樣。

[1]王天寶.實施CDIO全面推進我校教育教學改革[J].成都信息工程學院校報,2009.3（4）．

[2]查建中.論“做中學”戰略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008（3）：1-9．

[3]翟福存,巨輝.CDIO理念下培養現代工程師的原則和措施[J].高校教育研究,2008（12）：90-94．

[4]袁旦,蘇志強,錢慧娜.CDIO模型的理念對工程類大學生學業評價的啟示[J].中國高等教育評估,2008（4）：67-69．

G642

A

1673-8535（2011）06-0105-04

2011-09-12

梧州學院教改項目（wyjg2008C005）

鄭瑤（1980-），女，湖北宜昌人，梧州學院電子信息工程系教師，研究方向：電路與系統。

高 堅）