基于CDIO的電氣工程及其自動化專業課程教學改革

熊才高++潘岱

摘要：為了深化人才培養的模式，全面提高應用型人才培養效果，CDIO工程教育模式即“項目式教學法”在高校越來越被廣泛的應用到實際教學中，并取得了較好的實踐效果。特別對于注重動手實踐能力的工科專業來說，CDIO工程教育模式的普及不僅讓教師在教學過程中方向明確，而且學生結合工程項目，在動手過程中能更好的掌握專業知識。本文結合在高校電氣工程及其自動化專業課程中實施的項目式教學來對這種新型教學方法進行簡略的剖析。

關鍵詞：電氣工程；工程教育模式（CDIO）；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0096-03

一、引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經過四年的探索研究，創立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO的理念不僅繼承和發展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統地提出了具有可操作性的能力培養、全面實施以及檢驗測評的12條標準。

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。CDIO工程教育模式是一種基于項目驅動的教學法，是一個打破課程界限進行教學的方法。教師把教學內容設計成一個或多個具體任務，讓學生通過完成一個個具體的任務，掌握教學內容，達到教學目標。信息的收集、方案的設計、項目實施及最終評價，都由學生自己負責。為了使學生在解決問題的過程中能學以致用，所設置的“項目”需要綜合應用多門課程的知識。在老師的指導下，將一個相對獨立的項目交由學生自己處理，信息的收集、方案的設計、項目實施及最終評價，都由學生自己負責。

二、項目式教學目標

“項目式教學”，顧名思義，就是通過完成項目來進行教學。項目式教學最顯著的特點是“以項目為主線，教師為主導，學生為主體”，改變了以往“教師講，學生聽”被動的教學模式，創造了學生主動參與、自主協作、探索創新的新型教學模式。項目式教學對學生而言，通過轉變學習方式，在主動積極的學習環境中，激發好奇心和創造力，培養分析和解決實際問題的能力；對教師而言，通過對學生的指導，轉變教育觀念和教學方式，從單純的知識傳遞者變為學生學習的促進者、組織者和指導者；對學校而言，建立全新的課程理念，提升學校的辦學思想和辦學目標，通過項目式教學法的實施，探索組織形式、活動內容、管理特點、考核評價、支撐條件等的革新，逐步完善和重新整合學校課程體系。

電氣工程及其自動化專業是一個綜合性較強的工科專業，學生在校期間要能獲得工程師的基礎訓練，能做到理論聯系實際，具備電工技術、電子技術、自動檢測與儀表、信號處理、計算機技術與應用等較寬廣領域的工程技術基礎和一定的專業知識，專業主要課程包括《電路理論》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《自動控制原理》、《微機原理與應用》、《電力電子技術》、《電氣控制與PLC》、《單片機原理與應用》、《傳感器與檢測技術》等。普通的課堂教學中，教師利用課堂講授和實驗演示等方式對學生進行了專業知識的講解和訓練，雖然根據課程的不同要求配置了一定學時的實驗，但是對于反應不同課程之間聯系的綜合實驗卻很少，學生在進入高年級后一度疑惑：“這么多專業課知識都是零零散散的，它們之間有什么聯系？”電氣工程專業的大三學生帶著這樣的疑惑參與了本校的項目式教學。

“項目式教學”是跨專業課程的教學方法，在教學過程中，指導老師會將一個相對獨立的項目交由學生自己處理，這個“項目”的設置應包含多門課程的知識，學生在拿到“項目”后要收集項目信息、設計方案以及項目實施并最終對項目進行總結。

“項目教學法”通過任務驅動讓學生去發現問題、學習知識、解決問題，充分發掘了學生的創造潛能。全面培養學生分析問題和解決問題的思想和方法，提高學生的各種能力，包括實踐能力、動手能力、分析能力、應變能力、交流能力、合作能力和解決實際問題的綜合能力。最關鍵的是“項目教學法”的實踐過程中整個計劃要同學們自主選題自主設計。

三、項目式教學實施方法

項目式教學的實施過程主要按照選題、查閱資料、電路原理圖設計、結合硬件電路編程、仿真調試、電路焊接及硬件調試等幾個階段流程圖來進行。整個實施過程中，教師不再是教學過程的“主角”，強調的是學生的自主學習，學生根據自己的興趣選擇相應的項目，從嘗試入手，從練習開始，主動參與到教學中。實施過程中的不同環節將電氣工程專業中不同的專業課程綜合起來運用，其中電路設計部分，綜合考察了《電路理論》、《電子技術基礎》、《單片機原理與接口技術》、《PLC原理及其應用》、《自動控制原理》等各課程，電路繪制則考察的是學生對于ORCAD、AltiumDesigner、ProtelDXP的使用；系統編程考察的是學生C語言或者匯編語言的使用，其中涉及到了控制理論中的各種算法；仿真調試部分考察了學生對仿真軟件Proteus的使用和PCB設計等內容；電路焊接考察了學生的電工技術，包括電子元件的識別、測試、焊接及組裝技術，電子儀器的使用，電路板的調試等。

在我校的項目式教學中，教師根據專業的特性設置了數十個不同的項目，項目名稱和簡介參考表1，不同項目側重不同的專業課，學生在選好自己感興趣的項目后開始查閱資料，大多數學生能夠很好的運用網絡來檢索相關資料，不論是學校電子圖書館還是大師云集的論壇，學生總是能找到自己需要的項目資料從而設計自己所選項目的電路圖并進行電路圖的繪制、電路編程、仿真調試、電路焊機及硬件調試。教師針對學生在項目實施過程中遇到的問題進行解答和幫助，從問題入手，深刻的講解書本提到過的重難點知識，讓學生受益匪淺。

四、項目式教學成果

項目式教學的實施，學生通過做項目發現問題再回頭查閱課本或者通過網絡搜索來解決問題，達到了很好的學習效果。我校的項目式教學前后共進行了十二周，在最后一周的成果展示活動中，85%以上的同學都做出了功能齊全的實物成品。項目式教學在學生中反響熱烈，不少學生表示這次教學改革給他們帶來了很大的啟發，讓他們真正的將書本上的理論和動手實踐相結合，同時也大大的提升了學生的自學能力，對書本知識的理解也更加深入。課堂學習雖然知識量豐富，但不夠直觀，難免的晦澀難懂，伴隨著項目的實施，學生發現問題再回頭查閱課本或者通過網絡搜索來解決問題，達到了很好的學習效果。在成果展示期間，很多學生表達了他們的震撼，講解員通過為參觀的學生講解原理和使用說明，讓不少其他專業的學生對機電與信息工程學院的項目式教學也產生了濃厚的興趣，更是有不少同學向作品的作者咨詢討教，互留聯系方式，也有部分同學大呼要“轉專業”，雖然“轉專業”是一個玩笑，但也能反應出學生對提高動手能力的迫切希望。

五、結束語

“項目式教學”在我院是一次教學改革的創新實踐，取得了初步成果。希望通過實踐教學，讓學生更加明白：“實踐出真知，動手添能力”，使更多的學生從被動學習變為主動學習，掀起愛學習、愛鉆研、愛動手、愛實踐的熱潮。項目式教學在電氣工程專業的實施，在一定程度上解決了應用型人才的培養與社會需求之間的矛盾，增強了學生學習的積極主動性，提到了學生的實踐能力和創新能力，并培養了學生分析問題解決問題的實際能力以及團隊協作能力，從側面提升了電氣工程專業學生的就業能力。

參考文獻：

[1]陳春玲，費寧.基于“項目驅動”的軟件人才培養模式探索[J].南京航空航天大學學報（社會科學版），2009，11（4）.

[2]王京.項目教學法在應用型技能人才培養模式中的應用[J].資治文摘（管理版），2009，2（1）.

[3]吳珍華.關于一堂項目式教學公開課的反思[J].科技信息，2010，（16）.

[4]林若波.基于項目教學模式電氣專業課程體系的構建[J].長沙大學學報，2011，25（2）.endprint