基于CDIO的《MATLAB系統仿真實驗》教學改革

翟書娟

（電子科技大學 成都學院電子工程系，四川 成都611731）

0 引言

CDIO 工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果。 為了滿足市場和企事業單位對高校畢業生的要求，我校正在進行CDIO 工程教育模式改革，這是一項任務艱巨而且非常有意義的舉措。

1 基于CDIO 工程教育模式改革的迫切性

我國高等教育的任務是培養與國際接軌的中國工程師， 目前，工科的教育中還存在不少問題，比如重理論輕實踐、強調個人學習能力而忽視團隊協作精神、重視知識而輕視創新的培養等問題。

據相關資料統計，2013 年我國畢業的約65 萬， 工程技術人才中適合在國際化公司工作的不到15%， 究其原因是中國教育系統偏于理論，中國學生幾乎沒有受到項目和團隊工作的實際訓練，相比之下歐洲和北美學生以團隊方式解決實際問題。

CDIO 包括三個核心文件，即1 個愿景，1 個大綱和12 條標準。

（1）CDIO 的愿景為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的構思－設計－實現－運行(CDIO)過程的背景環境基礎上的工程教育。

（2）CDIO 的大綱首次將工程師必須具備的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO 全過程能力以逐級細化的方式表達出來，使工程教育改革具有更加明確的方向性、系統性。

（3）CDIO 的12 條標準對整個模式的實施和檢驗進行了系統的、全面的指引，使得工程教育改革具體化、可操作、可測量，并對學生和教師都具有重要指導意義。

CDIO 體現了系統性、科學性和先進性的統一，代表了當代工程教育的發展趨勢， 也是現代市場和企事業單位的需要， 因此基于CDIO的工程教育模式改革迫在眉睫。

2 《MATLAB 仿真實驗》CDIO 實施方案

2.1 《MATLAB 系統仿真實驗》課程主要內容

《MATLAB 系統仿真實驗》課程主要包含兩篇，第一篇從第1 章到第4 章， 主要是基礎知識介紹； 第二篇從第5 章到第9 章， 主要是MATLAB 在各相關學科中的應用， 如 《MATLAB 在電路分析中的應用》、 《MATLAB 在數字信號處理中的應用》、 《MATLAB 在自動控制系統中的應用》等；最后學習關于Simulink 系統建模及仿真的知識，學生學習該部分內容興趣濃厚。 目前，本課程實驗主要以計算型和驗證型實驗題目為主，創新發散性綜合實驗題目偏少。

2.2 CDIO 教學的具體實施舉措

2013 年去大連理工大學東軟學院調研， 該院計算機系教學主任提到“不需要記憶的學科可以采用非試卷類型的考核”。MATLAB 功能強大，此課程主要培養學生的實踐應用能力，因此，可以對該課程設置項目制與開卷考試相結合的考核方式。

《MATLAB 系統仿真實驗》課程CDIO 教學的具體實施步驟如下：

（1）分組并選擇項目，計劃3-5 人一個小組，以團隊合作形式完成項目。

（2）教師對項目進行初期指導，分配任務后由各小組成員自行分工實施。

（3）階段性匯報至少兩次。 教師可以對學生的設計方案給予分析指導。

（4）形成文字性項目報告，并在課程結束前進行項目答辯。

2.2.1 分組教學

分組教學可以培養學生的團隊合作能力， 可以達到 “優代差”目的，因此應特別注意避免一個小組全部是差生的現象出現。 本著學生自由組合，教師適當調整的原則組建各小組。 分組教學時可以在小組中推選一名小組長。

2.2.2 項目設置

項目應該盡量涵蓋數字信號處理、 自動控制系統建模仿真與分析、 數字圖像處理等相關領域， 包括基于MATLAB 的系統的編程建模、調試、仿真及結果分析等內容。 另外，最好設置一些涉及各門課程間的聯系的綜合性設計項目。

2.2.3 項目任務書

教師要提出一些引導性的問題， 給學生一定的初期階段性指導，這樣有助于學生找到思路，培養學生興趣。萬事開頭難，只要學生入了門，積極性就會提高很多。

2.2.4 階段性匯報

在整個項目制實施的過程中，階段性匯報非常重要。第一，可以督促學生按進度完成階段性任務；第二，指導教師可以幫助學生調整設計思路。 因此，要求學生至少安排兩次匯報的時間點。

2.2.5 答辯

這是學生最終成績構成中很重要的一項成績。 第一，學生要在期末參加該課程的開卷考試，主要考察課上講授的基礎知識。第二，就是項目答辯成績。各小組成員要相互合作，分工完成。但是答辯卻是隨機抽取答辯，由老師指定哪位同學講解，這就要求小組每位成員都要對設計方案及過程細節清楚掌握。 最后， 答辯的成績可以按照和開卷試卷成績各占50%的比例計入總成績。

2.3 關于CDIO 教學模式的幾點思考

在我校進行CDIO 工程教育模式改革的大背景下， 我對于CDIO教學模式有以下幾點思考：

（1）要進行CDIO 工程教育模式改革必須進行課程優化。 通過調研企事業單位，了解當前社會對高校畢業生的需求行情，制定實時的實踐項目。繼續強化學校的學習資源，盡量保證軟硬件設施，開展各類大學生競賽。另外要注意各個課程的開設時間，例如電子類的學生，在大學階段的第1-2 學期開設認識器件設備等實訓課，在第7-8 學期開展就業需求分析或就業指導等相關課程。

（2）在學科設置方面應突出強勢專業，精心打造，做強、做精。另外圍繞一個學科門類，應立足系統的進行學科建設，包括相應的軟件課程、硬件課程都應該有所涉獵。

（3）理論授課必須同時結合一定量的課內實驗。

（4）必須聘任一些有實際經驗的兼職教師。項目來源于實踐，只有具有實際項目設計經歷的人才順應CDIO 改革的模式。 而且我們的畢業生最終也是要走到工作崗位，所以學院必須聘任一批有實戰經驗的外聘兼職教師來豐富我們學校的師資力量。

3 《MATLAB 仿真實驗》CDIO 項目舉例

針對本課程CDIO 工程模式教育改革，可以在學期開始時就下達如下例子中的小項目。 現舉例說明。

舉例1：簡易圖像的跟蹤系統設計。如下問題：

（1）MATLAB 處理圖像有什么優勢？

（2）圖源哪里來？

（3）怎么將多幀圖像讀入MATLAB 環境下？

（4）跟蹤系統要找到目標，怎么確定目標邊界？

舉例2：車牌號的定位與識別。

如下問題：

（1）讀入的彩色圖像怎么轉成二值圖像？

（2）在二值圖像中，怎么確定車牌號碼在圖像中的大致位置？

（3）如何使用MATLAB 對圖像剪裁？

［1］顧佩華,等.重新認識工程教育——國際CDIO 培養模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009：1-3.

［2］顧佩華,等.從CDIO 到EIP CDIO：汕頭大學工程教育與人才培養模式[J].高等工程教育研究，2008(1).

［3］Peihua Gu,Xiaohua Lu,Guangjin Xiong,Shengping Li and Minfen Shen.Development of design directed engineering curriculum based on CDIO Framework[J].World Transaction on Engineering and Technology Education,2006，5(2).