CDIO工程教育模式对电工电子课程实验教学改革的启示

郑 瑶

（梧州学院，广西 梧州 543002）

CDIO工程教育模式对电工电子课程实验教学改革的启示

郑 瑶

（梧州学院，广西 梧州 543002）

结合CDIO工程教育模式与工程素质的培养，对电工电子实验教学课程进行改革尝试，从开放式实验教学内容、项目式实验教学方式、基于实验过程的评价方法等方面进行。以学生为主体，因材施教，提高该专业学生的CDIO能力。

CDIO；电工电子实验教学改革；开放实验；项目式教学

1 电工电子课程教学改革的需要

1.1 梧州学院电工电子类专业面临的机遇与挑战

结合梧州市的产业特色和地理位置特点，梧州学院设置了电子信息工程、电子科学与技术、应用电子技术等应用型专业，为梧州市及其周边地区的经济建设和社会发展需要，培养大量技术型、应用型、实践型的工程人才。为了让“企业招到合适的人才，学生找到合适的工作”，创新工程人才的大量需求为梧州学院的发展提供了极佳的发展机遇，但如何培养合格的高等工程技术人才也是梧州学院电子类专业面临的巨大挑战。

1.2 传统教育模式下学生工程素质的不足

电工电子专业是工科类，毕业生大多走向产业，就业于与电子产业密切相关的产品研发、设计、制造、营销等岗位。但是，大多毕业生就业后不能很快地走上工程师的岗位，主要原因是技术、管理、经济的相关知识和能力比较欠缺，理论联系实际的能力不够，跨学科理论综合运用的知识不足，实际动手能力比较差，还有语言文字的表达能力、团结协调能力比较弱等。如何改变毕业生不适应企业需求的现状？答案是：需要大力加强学生的工程素质培养，大幅提高他们的工程素质。

工程素质的培养应该是高等工程教育的重要内容，工程素质的形成不仅是知识的简单综合，而是一个复杂的渐进过程，不仅需要不断充实理论知识，还要经常从事工程实践活动，将不同学科的知识融合在工程活动中，创造出有益的结果[1]。

1.3 课程改革本身的需求

随着电工电子技术的发展，新技术层出不穷，电工电子课程的教学内容不断地扩充，但电子类教学学时却是有限的，面对有限的学时和不断膨胀的教学内容，如何以工程素质培养为目的，让学生从繁琐、枯燥的理论学习中解放出来，为用而学？笔者认为必须改革教学模式与手段，尤其是实验教学环节的改造。

2 CDIO工程教育模式概述

2.1 什么是CDIO？

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式来学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标[1]。CDIO理念提出了系统的能力培养、全面的实施指引（包括培养计划、教学方法、学生考核及学习构架）以及实施过程和结果检验的12条标准，具有可操作性[1]。

2.2 CDIO与工程素质的培养

基于CDIO工程教育模式，电工电子专业需要进行课程教学改革，以学生个性发展为核心，创造虚拟的工程职业环境，以能力培养为目的，把教学分解成彼此联系的若干个项目，对教学模式进行“项目式教学”改革[2]。学生在完成一个个项目的过程中，从发现问题到解决问题，逐步培养克服困难的毅力，提高主动学习、收集信息的能力，培养创新意识。通过对项目进行构思、设计、实现和运作等（CDIO），实现课程的“做中学”，提高学生的工程能力[2]。

3 CDIO工程教育模式下的电工电子实验类课程改革尝试

3.1 以学生为主体，因材施教的开放式实验教学模式

电工电子类课程的特色是实践性比较强、实验教学占有比较大的比重。开放式实验教学模式对实验内容和实验方式进行改革，并能充分利用实验室的空间与资源，进一步调动学生学习的积极性与主动性，在培养学生的实践能力和工程素质方面起到很好的作用。

3.1.1 开放的空间与时间[3]

开放实验室的模式按时间可以分为：定时开放、预约开放和全天开放这三种。

（1）定时开放。实验室按照实验课程的排课安排，在固定时间对班级开放。

（2）预约开放。由学生向实验室提出申请，申请包括完成该实验项目所使用的实验仪器、元件清单、实验时间等具体要求，由实验室具体安排时间向学生开放。

（3）全天开放。学生可以随时进入开放的各个实验室，只需要在门口登记姓名、班级和学号等相关信息。

不同的实验室可以选择不同的模式进行开放。比如软件实验室、电子制作中心等不需要教师的专业辅导，可以选择全天开放或定时开放，学生可以自行完成课堂中未完成的项目，或者进行自选项目的研究。电工实验室、信号处理实验室等需要教师准备实验仪器、设备，审核学生的实验方案，可以选择预约开放的方式，完成实验项目后，教师还需检查学生的实验报告或设计报告，并将此作为实验考核的一项依据。

3.1.2 开放的实验内容

以学生为主体，根据学生自身能力的不同情况，因材施教。可把实验教学内容分为两种类型、三个层次。两种类型是指课堂实验和课外实验，三个层次是指验证型—设计综合型—创新型。

（1）两种类型。课堂实验主要包括验证型实验和部分设计型实验。该实验内容属于实验教学计划内，要求每一个同学在规定的时间内完成。课外实验属于教学计划外，学生自行选择一个到若干个，实验内容以设计综合型和创新型为主。

（2）三个层次。验证型实验主要是就理论课程的某些定理、现象进行实验验证，学生根据实验指导书的具体步骤进行实验。与此同时，学生还需要掌握电子仪器的使用方法，熟悉常用电子电路，掌握电子测量的常用方法。设计综合型实验可以由教师提出一些小型的设计性课题，给出实验要求、设计参数，并加以适当的辅导，由学生自行设计实验步骤，自由选择实验技能和实验方法。创新型实验提出的设计要求则更贴近实际，对学生的创新能力要求也更高。例如智能小车的设计、精密恒压源的设计等。创新实验是课程计划外内容，主要是对有兴趣、有自主完成实验能力的同学开设。教师安排培训并进行适当辅导，但主要由学生自主完成。

例如，在“数字电子技术”实验课程中，教师提出设计一个全加器，学生根据所学知识，可以选择分立元器件（如逻辑门电路与非门，异或门等）或集成芯片（如74138、74151等）两种方式来完成设计。但是传统实验方式是根据理论教学进度，先完成分立元器件实现包括全加器在内的某些逻辑功能，然后用集成芯片实现全加器或其他逻辑函数，前后属于两个完全分离的实验内容，学生只是单纯地完成验证，对前后两个实验没有新的认识。显然，现在把全加器作为设计型实验，学生对分离元器件的使用和集成芯片的使用孰优孰劣、孰简孰烦有一个清晰的对比。在设计综合型实验和创新型实验中，学生需要运用所学的知识去分析问题和解决问题。比如，实验中，学生需要根据实验要求自行设计实验电路、制定实验方案步骤，自行准备实验器材，独立完成实验操作。在这样的实验过程中，学生就必须在实验前预习，查阅相关资料，精心准备，这样做起实验来也就心中有数，最后分析实验数据和实验结果也有理有据。

开放实验教学模式已在部分实验室展开，实践表明教学效果良好。在与学生座谈时，不少同学反映这种教学模式既能充分利用实验室资源，又能主动学习，有效的实验环节有助于他们更好地理解理论知识，提高实验技能，为今后的实习和就业打下了坚实的基础。有关专业的教师也感觉在毕业设计和电子设计大赛中，学生的设计能力比以往有了很大的提高。

3.2 建立CDIO工程教育环境，开展基于项目设计的实验教学

CDIO模式的第一准则告诉我们应把工程师职场环境作为工程教育的环境，而不是“内容”[3]，在教育过程中应培养学生以下能力：

（1）获取知识的能力（自学）

（2）运用知识的能力（解决问题）

（3）共享知识的能力（团队合作）

（4）发现知识的能力（创新）

（5）传播知识的能力（交流沟通）

将以上能力作为促进学生学习的因素和学以致用的方向。具体实施办法是开展基于项目设计的实验教学。项目设计内容包括基础层次和高级层次。基础层次是使本专业学生掌握最基本的工程能力，高级层次则是可以让学生了解社会，理论联系实际，是培养学生工程素质的重要途径[2]。无论哪种层次的项目设计都应让学生从最初的构思设计开始，经历过程设计和实现阶段，使学生逐步学习工程科学知识、设计和制作产品的能力。这种设计制作活动有时可能要涉及一门以上的课程，因此对学生的要求会更高。实践项目的选择上最好来自于产业第一线，是真刀真枪的项目，而不是“假题真做”。[2]因为企业的项目更实际，包含更多的信息，可让学生学到许多技术之外的东西，如管理、成本、市场、沟通、团队合作等。或者还可以做一些企业做过的项目、学生自选的有意义的项目、面对社会和市场有价值的项目或其他来源的项目。

3.3 实施基于实验过程的评价体系与形式多样的考核方法

学生学习考核是对每个学生所取得的具体学习成果进行考查，也是检验学期教学效果的一个重要手段。但传统的教学课堂中，考核往往就是考试，“一考论成败”。只关注结果的考核评价具有较浓的功利色彩，学生只需要按照教师要求完成相应的任务，在学习过程中仅是接受知识而无法真正培养工程应用能力。因此，考核评价不仅要看学生实验的结果，更要重视得出实验结论的过程。比如，在课程中分阶段按课题任务或进度来进行评价，保证每一个评价阶段都能让学生明确已完成的内容、未完成的内容、方案的制定改进等。另外，根据课堂内实验完成情况，课堂外设计综合型实验和创新型实验的参与项目数以及完成情况，对每一位同学进行综合评价。在学习过程中给予学生评价，并获得相应的反馈，这样有利于学生从全局性的角度而不是以个人得分高低去看待学习[4]。

考核形式也可以多种多样，灵活科学。根据课程特点，除了可以采取常用的闭卷考试以外，还要引用其他合理的考试形式，如开卷考试、写论文、面试、实际操作以及笔试加操作、笔试加面试等，还可以利用计算机仿真功能给出一些设计型考题，让学生在计算机上完成设计过程并通过仿真得到结果，考查学生对本学科知识的综合掌握能力。在考题选定上还可以采用抽签定考题（包括实际操作题和计算机仿真题），避免了死记硬背、全班雷同的弊端。

4 结束语

工程教育是一种先进的教育理念和人才培养模式，目前国内外很多高校已经在实施和推广工程教育改革。为了推动梧州学院的实验教学改革，加强电工电子类学生的工程实践技能，重要的是要建立一套完整的、面向现代工业生产的教学课程体系，结合工程训练开展实验教学，同时教师自身要加强CDIO能力，教师更应成为学生心目中的工程师榜样。

[1]王天宝.实施CDIO全面推进我校教育教学改革[J].成都信息工程学院校报,2009.3（4）．

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

[3]翟福存,巨辉.CDIO理念下培养现代工程师的原则和措施[J].高校教育研究,2008（12）：90-94．

[4]袁旦,苏志强,钱慧娜.CDIO模型的理念对工程类大学生学业评价的启示[J].中国高等教育评估,2008（4）：67-69．

G642

A

1673-8535（2011）06-0105-04

2011-09-12

梧州学院教改项目（wyjg2008C005）

郑瑶（1980-），女，湖北宜昌人，梧州学院电子信息工程系教师，研究方向：电路与系统。

高 坚）