基于CDIO工程教育理念的電路實驗室建設(shè)的探索與實踐

范莉

摘 要： 本文以南昌工程學院電路實驗室建設(shè)為例，探討基于CDIO的工程教育理念，從實驗設(shè)備的選擇、實驗項目的改革與設(shè)置和建成后的實驗室管理等角度探討電路實驗室的建設(shè)方案，按此方案可更好地培養(yǎng)學生的工程實踐素養(yǎng)、團隊合作精神、獨立思考、創(chuàng)新和動手能力。

關(guān)鍵詞： CDIO 實踐教學 電路實驗

1.引言

2000年到2004年，美國和瑞典多所著名學府經(jīng)過探索研究，創(chuàng)立了CDIO（構(gòu)思conceive，設(shè)計design，實施implement，運行operate）工程教育理念[1][2]，并成立了CDIO國際合作組織。目的是對傳統(tǒng)工程教育模式進行改革，它的教育理念是以這個全過程為載體培養(yǎng)學生的工程能力，能力不僅包括學科知識，而且包括學生的終身學習能力、團隊交流能力和在企業(yè)和社會環(huán)境下的構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行能力。目前，該組織成員已超過80所院校，遍布全球五大洲的25個國家[3][4]。

在中國，CDIO蘊含的理念和做法已為很多工科高校借鑒和吸收，同時增進工科生的實踐動手能力、團隊協(xié)作意識及創(chuàng)新能力，提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量。將CDIO理念帶入電路課程教學，有助于提高教學質(zhì)量、學生的工程實踐能力、學生后續(xù)學習深造及就業(yè)適應能力。基于這個工程教育理念，我校有針對性地進行電路實驗室改建工作。

2.傳統(tǒng)電路實驗室模式

傳統(tǒng)電路實驗室通常采用試驗臺或試驗箱，把常用的實驗電路在每個模塊上搭建好，學生做實驗的時候只需要接入電源或接入負載（通常是可變電阻箱或變阻器）。目前國內(nèi)大部分教儀企業(yè)生產(chǎn)的都是該類產(chǎn)品，并且大部分高校都采用這種實驗設(shè)備。

這種模式的優(yōu)點是實驗設(shè)備損壞率低，實驗電路簡單清晰，學生做實驗的難度低，安全性相對較高。缺點很明顯，傳統(tǒng)實驗臺能開設(shè)的實驗大多是驗證性實驗，難以開展綜合性、設(shè)計性和開放性實驗，對學生的動手能力鍛煉不夠，對提高高等教育教學質(zhì)量幫助有限。因此，有必要對傳統(tǒng)電路實驗室模式進行改革。

3.基于CDIO工程教育理念的電路實驗室建設(shè)思路

針對原有電工實驗臺存在的缺陷，在本次電路實驗室改造過程中，我校充分參考CDIO工程教育理念，在實驗設(shè)備選擇、實驗項目設(shè)定及實驗室利用方面開展了一系列改革措施。

3.1實驗設(shè)備選擇

為了契合CDIO工程教育理念，提高學生的工程實踐能力，實驗設(shè)備分兩個部分進行選擇。直流部分采用分立元件，根據(jù)大綱要求，將每個實驗可能用到的元件按類型布置在不同實驗箱中。交流部分采用分立元件模式，但是從安全角度考慮，將大部分元件固定布置在實驗臺上。

每個實驗臺都裝設(shè)計算機，并預裝電路仿真軟件，學生可以利用電路仿真軟件，對要做的實驗預先進行仿真測試，從而發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計存在的缺陷，并驗證電路設(shè)計是否能滿足實驗要求。在電路仿真軟件的選擇上，偏重選擇可以自主編輯元器件的軟件，增強學生在實驗設(shè)計過程中的自主性和靈活性。

采用這種設(shè)計方式，既可以保證實驗過程當中學生的安全，又可以充分鍛煉學生的實驗設(shè)計能力，并方便開展各種開放性實驗，很好地貫徹CDIO的工程教育理念。

3.2實驗項目的設(shè)計

依據(jù)我校2014版電氣工程及其自動化本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案，并結(jié)合我校對綜合性、設(shè)計性實驗不得少于實驗總數(shù)的三分之二的要求，針對新的電路實驗臺的特點，在實驗項目設(shè)計上，盡可能刪除驗證性實驗，增加綜合性、設(shè)計性實驗。如在過去實驗設(shè)備上，直流部分所做的實驗項目為“基爾霍夫定律的驗證”、“戴維南定理的驗證”等，學生只是被動地在已搭建好的電路上試驗，整個過程缺乏主觀能動性，實驗結(jié)束后，沒有在學生腦中留下深刻的印象，沒有達到實驗原本的目的。而在新的實驗臺上，針對同樣的實驗項目，學生要根據(jù)實驗要求自主選擇電路元件，設(shè)計搭建實驗電路，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對實驗要求的定理定律進行驗證。實驗指導書不像過去一樣面面俱到，而讓學生充分參與設(shè)計實驗的各個環(huán)節(jié)，從而達到鍛煉學生工程實踐能力的目的。

3.3實驗室的管理

為了提高實驗室及實驗設(shè)備的利用率，在實驗室管理方面，除了之前的管理制度、措施之外，學院擬開展預約實驗，即學生可根據(jù)需要，在實驗室正常上課時間之外，預約使用實驗室。

為了充分保證學生在實驗過程中的人身安全，要求學生預約時必須提供實驗項目、實驗需要的元件設(shè)備、實驗電路等實驗設(shè)計資料，經(jīng)實驗老師審核通過后方可成功預約，實驗過程中必須有實驗老師在場指導。

該措施增加了實驗教師的工作量，但是對學生的益處是顯而易見的。采用實驗預約制度，一方面通過“課前實驗”，改變過去學生被動接受知識的教學模式，如在講授基爾霍夫定理之前，學生可通過預習，先設(shè)計實驗電路，通過預約實驗，在理論課之前對該定律進行實驗驗證，然后通過理論課講解，掌握該定律的內(nèi)容及應用。這種教學模式能夠很好地激發(fā)學生的學習興趣。另一方面，預約實驗可以滿足一部分學有余力的學生開展第二課堂的需要，針對相關(guān)競賽，甚至學生個人的想法，自主設(shè)計實驗項目，進而充分鍛煉學生的團隊精神、協(xié)同合作能力及創(chuàng)新精神。對學生以后專業(yè)課程學習、設(shè)計性實踐教學環(huán)節(jié)的開展及畢業(yè)后的深造、就業(yè)都有很大的幫助，這一措施是與CDIO教學理念不謀而合的。

4.結(jié)語

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提到要全面提高高等教育質(zhì)量，明確指出提高質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務，是建設(shè)高等教育強國的基本要求，必須牢固確立人才培養(yǎng)在高校工作中的中心地位。在這個契機下，建設(shè)一個以CDIO工程教育理念為基礎(chǔ)的電路實驗室，將電路學習與工程案例分析、科研成果相結(jié)合，通過多種實驗類型的訓練，培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，拓展學生的知識面，充分發(fā)揮學生的個性和創(chuàng)新性，調(diào)動學生學習積極性，有助于提高我校本科教學教育質(zhì)量，有助于學生將來繼續(xù)深造及求職就業(yè)。

參考文獻：

[1]王剛，常小勇.KSR-CDIO工程教育模式的改革與實踐.中國高等教育評估，2011（1）.

[2]顧佩華，沈民奮，等.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探索.高等工程教育研究，2008（1）.

[3]王天寶，陳衛(wèi)東.基于CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實踐——成都信息工程學院的工程教育改革實踐.高等工程教育研究，2010（1）.

[4]周悅，張穎，等.基于CDIO理念的電路課程教學改革與實踐.高等建筑教育，2013（2）.

江西省教育廳教改課題：JXJG-14-02