基于CDIO工程教育理念的电路实验室建设的探索与实践

范莉

摘 要： 本文以南昌工程学院电路实验室建设为例，探讨基于CDIO的工程教育理念，从实验设备的选择、实验项目的改革与设置和建成后的实验室管理等角度探讨电路实验室的建设方案，按此方案可更好地培养学生的工程实践素养、团队合作精神、独立思考、创新和动手能力。

关键词： CDIO 实践教学 电路实验

1.引言

2000年到2004年，美国和瑞典多所著名学府经过探索研究，创立了CDIO（构思conceive，设计design，实施implement，运行operate）工程教育理念[1][2]，并成立了CDIO国际合作组织。目的是对传统工程教育模式进行改革，它的教育理念是以这个全过程为载体培养学生的工程能力，能力不仅包括学科知识，而且包括学生的终身学习能力、团队交流能力和在企业和社会环境下的构思-设计-实施-运行能力。目前，该组织成员已超过80所院校，遍布全球五大洲的25个国家[3][4]。

在中国，CDIO蕴含的理念和做法已为很多工科高校借鉴和吸收，同时增进工科生的实践动手能力、团队协作意识及创新能力，提高工程人才培养质量。将CDIO理念带入电路课程教学，有助于提高教学质量、学生的工程实践能力、学生后续学习深造及就业适应能力。基于这个工程教育理念，我校有针对性地进行电路实验室改建工作。

2.传统电路实验室模式

传统电路实验室通常采用试验台或试验箱，把常用的实验电路在每个模块上搭建好，学生做实验的时候只需要接入电源或接入负载（通常是可变电阻箱或变阻器）。目前国内大部分教仪企业生产的都是该类产品，并且大部分高校都采用这种实验设备。

这种模式的优点是实验设备损坏率低，实验电路简单清晰，学生做实验的难度低，安全性相对较高。缺点很明显，传统实验台能开设的实验大多是验证性实验，难以开展综合性、设计性和开放性实验，对学生的动手能力锻炼不够，对提高高等教育教学质量帮助有限。因此，有必要对传统电路实验室模式进行改革。

3.基于CDIO工程教育理念的电路实验室建设思路

针对原有电工实验台存在的缺陷，在本次电路实验室改造过程中，我校充分参考CDIO工程教育理念，在实验设备选择、实验项目设定及实验室利用方面开展了一系列改革措施。

3.1实验设备选择

为了契合CDIO工程教育理念，提高学生的工程实践能力，实验设备分两个部分进行选择。直流部分采用分立元件，根据大纲要求，将每个实验可能用到的元件按类型布置在不同实验箱中。交流部分采用分立元件模式，但是从安全角度考虑，将大部分元件固定布置在实验台上。

每个实验台都装设计算机，并预装电路仿真软件，学生可以利用电路仿真软件，对要做的实验预先进行仿真测试，从而发现电路设计存在的缺陷，并验证电路设计是否能满足实验要求。在电路仿真软件的选择上，偏重选择可以自主编辑元器件的软件，增强学生在实验设计过程中的自主性和灵活性。

采用这种设计方式，既可以保证实验过程当中学生的安全，又可以充分锻炼学生的实验设计能力，并方便开展各种开放性实验，很好地贯彻CDIO的工程教育理念。

3.2实验项目的设计

依据我校2014版电气工程及其自动化本科专业人才培养方案，并结合我校对综合性、设计性实验不得少于实验总数的三分之二的要求，针对新的电路实验台的特点，在实验项目设计上，尽可能删除验证性实验，增加综合性、设计性实验。如在过去实验设备上，直流部分所做的实验项目为“基尔霍夫定律的验证”、“戴维南定理的验证”等，学生只是被动地在已搭建好的电路上试验，整个过程缺乏主观能动性，实验结束后，没有在学生脑中留下深刻的印象，没有达到实验原本的目的。而在新的实验台上，针对同样的实验项目，学生要根据实验要求自主选择电路元件，设计搭建实验电路，并根据实验数据对实验要求的定理定律进行验证。实验指导书不像过去一样面面俱到，而让学生充分参与设计实验的各个环节，从而达到锻炼学生工程实践能力的目的。

3.3实验室的管理

为了提高实验室及实验设备的利用率，在实验室管理方面，除了之前的管理制度、措施之外，学院拟开展预约实验，即学生可根据需要，在实验室正常上课时间之外，预约使用实验室。

为了充分保证学生在实验过程中的人身安全，要求学生预约时必须提供实验项目、实验需要的元件设备、实验电路等实验设计资料，经实验老师审核通过后方可成功预约，实验过程中必须有实验老师在场指导。

该措施增加了实验教师的工作量，但是对学生的益处是显而易见的。采用实验预约制度，一方面通过“课前实验”，改变过去学生被动接受知识的教学模式，如在讲授基尔霍夫定理之前，学生可通过预习，先设计实验电路，通过预约实验，在理论课之前对该定律进行实验验证，然后通过理论课讲解，掌握该定律的内容及应用。这种教学模式能够很好地激发学生的学习兴趣。另一方面，预约实验可以满足一部分学有余力的学生开展第二课堂的需要，针对相关竞赛，甚至学生个人的想法，自主设计实验项目，进而充分锻炼学生的团队精神、协同合作能力及创新精神。对学生以后专业课程学习、设计性实践教学环节的开展及毕业后的深造、就业都有很大的帮助，这一措施是与CDIO教学理念不谋而合的。

4.结语

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提到要全面提高高等教育质量，明确指出提高质量是高等教育发展的核心任務，是建设高等教育强国的基本要求，必须牢固确立人才培养在高校工作中的中心地位。在这个契机下，建设一个以CDIO工程教育理念为基础的电路实验室，将电路学习与工程案例分析、科研成果相结合，通过多种实验类型的训练，培养学生的工程实践能力和创新能力，拓展学生的知识面，充分发挥学生的个性和创新性，调动学生学习积极性，有助于提高我校本科教学教育质量，有助于学生将来继续深造及求职就业。

参考文献：

[1]王刚，常小勇.KSR-CDIO工程教育模式的改革与实践.中国高等教育评估，2011（1）.

[2]顾佩华，沈民奋，等.从CDIO到EIP-CDIO——汕头大学工程教育与人才培养模式探索.高等工程教育研究，2008（1）.

[3]王天宝，陈卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践——成都信息工程学院的工程教育改革实践.高等工程教育研究，2010（1）.

[4]周悦，张颖，等.基于CDIO理念的电路课程教学改革与实践.高等建筑教育，2013（2）.

江西省教育厅教改课题：JXJG-14-02