基于CDIO理念下“電工學”教學改革的研究與實踐

徐國峰+陸欣云+宋衛菊+郁漢琪

摘要：傳統的電工教學存在的各種弊端，結合南京工程學院實際情況（應用型本科）把CDIO教育理念應用于“電工學”教學中。在新的教學中采用了項目教學法，該方法明確了考核目標、宗旨和具體的操作辦法，有利于加強學生平時學習的管理、督促學生平時努力學習。經過多次循環教學顯示，該方法有利于提高學生該門課程考核的通過率，提高電工學的教學質量。

關鍵詞：CDIO;電工教學改革;高等教育

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）07-0099-02

一、傳統“電工學”利弊

“電工學”是高等工科院校非電類專業的一門專業基礎課，具有涉及的專業面廣、學生人數眾多、學生的基礎參差不齊等特點，所以“電工學”教學效果的好與壞直接影響著高等工科院校教學質量的成敗。“電工學”這門課程涵蓋了電類專業的電路分析、模擬電子技術、電工測量、電機學等多門電類專業及專業基礎課，“電工學”這門課程既是一門較強的理論課程，又是一門非常注重實踐、動手能力培養的專業基礎課程。

在當下教育背景下，傳統的“電工學”教學模式和理念使得“電工學”教學方法的短板凸顯。部分任課老師過分強調理論課，低估甚至忽略實踐課的教學作用，特別是課時減少的情況下，首先想到的是壓縮或去掉部分實驗課。課堂上采用單一的說教教學模式，如純粹的板書或多媒體教學，讓學生覺得很枯燥，致使大部分學生對“電工學”課程失去興趣。最終的教學效果可想而知，數學和物理基礎較好的同學通過自身努力，多做些題目勉強能通過考試或基本能夠達到考核目標，基礎不好的同學可能覺得“電工學”課程比較難、又沒興趣，從而早早就放棄本門課程的學習。不管怎樣，這些結果肯定不是電工教學的初衷，顯然，這也違背了背離了“電工學”教學目的，失去了高等教育的意義。

CDIO理念強調的是學生在“做中學”，通過動手能力來加強對知識的理解和掌握，這一點正好與“電工學”的教學目的不謀而合，因此，在探索“電工學”教學改革時，可以結合CDIO的理念進行嘗試。

二、基于工程教育的CDIO理念

CDIO理念是2000年在Wallenberg基金支持下，由美國麻省理工學院聯合瑞典的三所大學（扎爾姆斯技術學院、林克平大學和皇家技術學院）由愛德華·克勞利（Edward Crawley）教授成立的研究團隊對工程教育改革總結得出的教育模型——CDIO。CDIO是四個英文單詞的縮寫，其中C（Conceive）代表構思，D（Design）代表設計，I（Implement）代表實施，O（Operate）代表運行[1]。它是以產品、過程和系統的構思、設計、實施、運行全生命周期為背景的教育理念為載體，以CDIO教學大綱和標準為基礎，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習和獲取工程能力，包括個人的科學和技術知識、終身學習能力、交流和團隊工作能力，以及在社會及企業環境下建造產品和系統的能力。

經過十多年的發展，CDIO教育理念已經有一套完善的教學大綱和體系，國內外有很多國家的工科院校（大學）的教學都借用了這一套先進的教學理念，在人才培養方案[2]及其他課程如電子技術教學、電工電子實踐和實訓等教學中取得了豐碩的教學成果。

三、“電工學”改革措施

電工教學一直是本科教學的基礎，特別是工科院校教學的重點。電工教學改革探討和教學改革步伐從未停止過，許多學校和老師在電工教學和改革中取得了不錯的成績[3-6]。有些高校的人才培養方案憑借國家級和省級示范中心建設，對電工電子教學進行的改革和嘗試考慮到了電類相關課程的連續性和銜接性，取得了非常好的成績[7，8]。

南京工程學院電工電子實驗中心是江蘇省省級示范中心，本次教學改革是在示范中心成果基礎上結合CDIO教育理念為指導，圍繞“電工學”教學目標，根據南京工程學院非電類專業學生特點（學生理論基礎不夠好、動手能力尚可）進行的。這次“電工學”教學改革主要是圍繞以下幾個方面進行改革和嘗試。

（一）制定合適的教學大綱

教學大綱是教學的根本，是依據人才培養方案制定的教學任務和內容。如果教學改革僅僅是壓縮學時，這樣不但達不到教改的目的，甚至會損壞正常教學秩序和效果。為了制定一個合適的教學大綱，系（中心）領導多次組織專家和任課教師對大綱進行討論和修訂。針對新時期學生特點，對大綱中過于陳舊的知識點進行去除、刪減，部分知識點進行歸類合并，增加一些新的專題講座和電氣工程設計方法。調整了考核辦法，打破了原來大綱規定的一張期末試卷決定學生最終成績的局面。新的考核辦法規定，學生成績由期末考試成績、實驗成績、平時測驗和課堂表現及考勤等部分組成，并且詳細規定了每項成績的比例及操作辦法等。這樣最大的好處就是，讓學生明白，自己的成績是掌握在自己的手里并不是由任課老師說的算。課程中間的測驗，一方面讓學生了解“電工學”考試的題型和難度;另一方面，如果測試的結果不理想，考試結果將對他們后面學習也有督促和警示的作用。不像以前只能到期末考試結束才清楚自己沒學好，到那時已經來不及了，也沒有了補救的機會。

（二）優化教學內容，改進教學方法和手段

有一個難度適中、范圍合適的教學大綱，教學基本上就成功了一半。目前“電工學”教材是秦曾煌老師編寫的《電工學·電工技術》[9]。教學主體內容分為四部分，第一部分為直流穩態部分，講授電工學和電路分析中的基本概念（電壓、電流、功率、電位等）、基本定律（歐姆定律和基爾霍夫定律）、分析方法（無源網絡和有源網絡等效化簡的方法、線性電路一般分析方法（支路電流法、節點電位法）、線性電路定理（疊加定理、戴維寧和諾頓定理等）;第二部分為交流穩態（包括正弦穩態電路和三相交流電路）;第三部分為暫態電路（一階電路基本概念及響應的計算）;第四部分為磁路、電機參數計算和電氣控制部分。

這四部分既相互獨立，又有相互聯系。前三部分是電路分析的主體，占《電工技術》教學內容的80%左右，第四部分是前面基礎知識的拓展和應用。這次進行教學大綱修訂時，把這部分濃縮為一個專題進行講授、介紹電氣控制中的一些基本思想、常規的控制電路和電氣畫圖一些基本規范（國標），讓學生建立起工程設計的基本概念和思想。

一個優秀的教師善于運用多種教育方法和手段，激發學生的學習興趣和熱情。“電工學”教學效果不好，追蹤溯源是因為學生對“電工學”這門課程沒有興趣、覺得學習好壞無所謂。前三部分理論性比較強，概念、定理和定律比較多，如果任課教師過分依賴多媒體進行教學，由于多媒體節奏快、信息量大，反而適得其反;如果采用傳統的板書和講授，更容易抓住學生的思維。第四部分比較接近工程實際，適當采用多媒體，通過大量的圖片和典型的控制電路向學生展示電機、變壓器、控制元件等實物圖，以及實際的控制電路圖（接線圖），學生更容易理解和記憶這部分知識。

（三）實行項目教學法

結合CDIO教育理念，把“電工學”內容分成三大塊，進行項目教學。第一和第三部分作為一個項目，即直流穩態和暫態電路部分，當這部分理論和實踐（疊加定理和戴維寧定理實驗）結束時，緊接著安排一個隨堂測驗（約1學時），測試學生對基本概念和基本定理的掌握情況，再花一學時把測試的題目講一遍，讓他們自己對錯誤部分進行更正。這樣學生就會知道自己對在哪里，錯在哪里，哪里比較薄弱等。若測試的結果很不理想，則需要調整自己的學習方法，端正自己的學習態度。第二部分作為第二項目，即交流穩態部分，知識點比較多，也是學生反映最難的部分。交流部分在測驗前可以進行適當復習和答疑，甚至留些作業和習題，讓學生適當地、有針對地練習。第三個項目即為電機和電氣應用部分，此部分作為考察即可，可以利用提問或答辯的方式測試學生掌握情況。

四、結束語

在本次教學改革中，課題組組織了任課教師編寫“電工學”試題庫，利用CDIO教學核心理念提出了項目教學法，探討和總結了電工教學方法，規范了“電工學”教學考核目標和可行性操作方法。通過三個周期的教學結果來看，初步取得了一定的教學成果（學生不通過率明顯下降、重修人數顯著減少）。當然，教學的客體（學生）時刻在變化，教學情況是復雜、多變的，教學改革也不會因為取得一點點成績而停止不前。現代的教育是要培養出新時代的創新性人才，這次改革離高等教育的目標還有一定的距離，需要廣大的任課教師不斷總結教學經驗和進行教學改革嘗試。

參考文獻：

[1]厲威成.CDIO模式的教育理念及其實踐研究[D].四川師范大學碩士學位論文，四川師范大學，2012.

[2]段慶茹，闞連寶，李九斤.CDIO教育模式下本科教學方法改革[J].吉林省教育學院學報，2013，29（8）：16-17.

[3]曹亮，張飛凡，蔡敏.電工學課程教學的新模式[J].浙江水利水電專科學校學報，2012，24（1）：84-87.

[4]劉玉英.“電工學”課程教學改革探討[J].電子電氣學報第，34（增刊）：33-35.

[5]徐國峰，宋衛菊，盧松玉，王玫.電路分析課程教學改革與研究[J].科技信息，2011，（25）：185-186.

[6]黃剛，尹嬋娟，郭盛，等.整合實驗室資源構建多層次實驗平臺[J].實驗室研究與探索，2014，33（5）.

[7]曲偉，邱成軍，劉明亮，等.電工電子實驗教學中心實踐教學體系建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2010，（7）.

[8]田茂.武漢大學電工電子實驗教學中心[J].實驗室研究與探索，2013，（10）.

[9]秦增煌.電工技術[M].第7版.北京：高等教育出版社，2014.