CDIO理念下高校实验实训教学模式改革初探

尹向东　王　娜

CDIO理念下高校实验实训教学模式改革初探

尹向东王娜

（湖南科技学院 电子与信息工程学院，湖南 永州 425199）

文章探讨了采用国际流行的CDIO理念来改革高校实验实训中心的教学模式，给同学们提供优秀的实验实训平台，使我们培养出来的人才能够很好地去适应社会、企业和市场。

CDIO；实验实训中心；教学模式改革

1　引　言

CDIO是构思(conceive)、设计(design)、实施(implement)、运作(operate)四个阶段的简称，它是本世纪初全球众多高校提出来，其中以美国MIT(麻省理工学院)为首，其主旨倡导的就是对当代大学生工程应用能力的培养以及如何实施的框架[1]。CDIO以具体的工业产品生产过程为蓝本，在教育过程中将这些生产过程情境具体实施，目的是培养学生过硬的工程能力，一方面培养学生掌握基础的理论知识和专业知识，另一方面培养学生团队协作的能力以及开创性思维能力，从而成为高质量的工程技术人才[2]。

CDIO包括了三个核心文件：1个愿景、1个大纲和12条标准[3]。它的大纲分为3级，有70条规程，400多款条目，这些条目以逐级细化的方式表达了当代各行业工程师所必须具备的四方面能力：工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO全过程能力[4]。CDIO进行工程教育改革，它的12条标准对整个模式的实施和检验进行了系统的、全面的指引，具有更加明确的方向性、系统性，对学生和教师都具有重要指导意义，代表了新世纪高校工程教育的发展趋势[5]。

目前，很多高校特别是新升本科的地方性本科院校为了通过教育部的本科评估，各院系为了硬件指标达标，匆忙建设了很多实验室，由于缺乏全局性的提议布局，很多实验室是类似的，甚至有些实验室是相同的。每个院系都建立了自己的机房、微格教室，这样造成设备的重复建设，浪费国家或学校大量的财力。另外，这些实验室建设完成以后使用率偏低，再一次造成资源浪费。因此，许多高校专门进行了实验实训教学模式改革，将这些实验室集中起来，一方面方便统一进行管理，另一方面，用于解决当前学校大学生工程训练素养较低的现状。如何把这些实验室科学管理起来，使其发挥最好的效益，是摆在高校管理工作者面前的一道难题。下面，笔者以所在单位湖南科技学院为例，探讨如何在CDIO理念下进行高校实验实训教学模式改革。

2　CDIO理念下实验实训教学模式改革

以CDIO的理念来进行高校实验实训教学模式改革，首先要用CDIO的理念来改革实验教学模式，传统的高校实验教学模式都是围绕基础理论教学来开展的，或者说是为了理论教学服务的，教师在课堂上讲授了一个理论知识点，为了验证这个理论知识点，就需要在实验课上开设相关的实验项目，通过学生做这个实验，或者观察实验现象，记录实验结果来佐证理论知识点，其结果最终还是使学生更好地掌握了理论知识点，却忽略了对学生工程应用能力的锻炼。CDIO的理念是完全打破上述传统的实验教学模式，用工程的思维，以产品为中心来开展实验教学：

2.1整体构思能力的培养

CDIO的一个重要内容就是“构思”(conceive)，传统的实验教学模式中完全没有这一阶段，只是在实验课前要求学生进行课前预习，这里的预习指的是提前对实验内容的熟悉，包括复习课堂理论知识，学习实验课程中将要用到的一些基本实验工具的操作，了解实验中所要注意的一些安全规范，学生并没有自己的思考，更谈不上“构思”了。

为了改变这样的现状，我们需要让学生去构思，那就要给学生布置一个明确的产品任务，而实验方法和形式却是相对灵活的。学生为了完成这个产品，他可以用到不同的方法，使用不同的实验室，不同的软件，不同的硬件，他们可以与不同的同学组成若干的项目小组，这些小组的人员是可以交叉的，在不同的小组里面担任不同的角色。因为整个实验过程是开放的，老师只是提出最初的实验要求和目标，实验过程中起到辅助教学和监督的作用，因此，同学们为了实现这个目标，必须要进行构思，构思的过程包括为了完成这个产品，应该选用什么实验室，应该选用什么软件来进行设计开发，在实验的过程中可能用到那些硬件设备，需要哪些实验教材，邀请哪些同学来组成项目小组共同完成这个项目。当然这只是整个项目实现过程中初步的构思，在实验进行过程中很多环节还需要进一步的构思，每个阶段都可能会碰到一些新的问题，为了解决这些问题，都需要进行构思，找到解决问题的方法。一些问题可能是的最初的构思发生变化，甚至会把最初的构思推倒重来，这样就构成了学生在CDIO训练过程中“构思”的这个重要锻炼阶段。

2.2 详细设计能力的培养

在经过初步系统的整体构思后，接下来要进行的就是系统设计(design)的过程，在构思中，学生已经选择好了相应的实验室软硬件设备，在设计阶段，所要做的工作就是利用这些软硬件资源来开展设计工作。

事实上，构思并不是只是一阶段的工作，而是融会贯通在各个阶段中，尤其在设计阶段，为了实现教学任务的目标，学生要在初步构思的基础上进行具体的设计。设计阶段大致可以分为两个阶段：概要设计阶段、详细设计阶段。其中第一阶段为概要设计阶段，这一阶段可以看作设计阶段的构思部分，主要是从产品的需求开始，分析产品要达到的目标，需要实现哪些功能，这些功能由哪些基本要素构成，对这些要素进行属性分析，写出具体的需求说明书。第二阶段是详细设计阶段，这一阶段要对概要设计阶段要达成的功能进行分解，就是要将功能模块化，每一个功能对应相应的模块，每个模块要实现哪些功能，这些模块之间存在哪些关系，如果模块可以分层，还要进行层次化管理，另外，就是对模块进行必要的约束，画出详细的功能流程图。每一个模块内部可能还会包括子模块，子模块完成对应的子功能，这些子模块最好是相对独立的，可以被其他模块使用，这样可以节约设计成本，为将来的实现过程打下良好的基础。

2.3 精密的实施能力培养

在完成设计后，下一步就是要具体实施(implement)了，这对现在的高校实验实训中心提出了新的要求，实验实训中心不仅仅局限于是一个实验场所，更要成为一个产品生产基地，学生可以在实验实训教学过程中完成自己设计的产品的制作过程。

要实现具体的产品，首先学生要学会基本的实验室基本工具的操作方法，这个不同的学科有着不同的要求。比如信息类的学生要掌握基本的计算机操作，要掌握至少一门计算机编程语言，另外还有相关的计算机课程如计算机网络、算法基础、数据结构、微机原理、操作系统、数据库原理等等。这就不再像传统的教学模式中，让学生去学习这些课程的驱动力仅仅是考试和学分，学生在实现产品的过程中遇到了问题，需要这些课程的知识的时候，他们会主动地加强这些课程的学习，甚至会学的比教学大纲要求更为深入，这样就真正能够做到从“要我学”到“我要学”的转变了。其次，产品实现的过程可以充分锻炼学生们团队协作的能力，要做好一件产品，需要很多的原材料，也需要不同的操作技能，不同的学生各有所长，为了实现一件作品，他们可以各自发挥自己的优势，共同来实现目标。

2.4 社会化的运作能力培养

产品在完成制作实现以后，如何来进行实际使用呢？这就需要学生锻炼自己社会运作(operate)能力了，学生所处的环境是校园，这本身就是一个小社会，可以满足部分产品的需求，比如学生制作完成了一个微信平台应用软件的开发项目，他就可以在学校及周边去推销他的微信平台，让学校的一些部门，校园周边的小商铺来使用。在这个过程中，学生要学会如何为自己的产品定位，产品不仅仅只是在实验室里面用于检验课程内容或测试算法，它必须要满足实际的用户需求；在产品设计方面可能不需要过分追求成熟的理论或者完美的算法，而是要充分与用户交流，让产品的功能更加全面；在实验室中，我们可能会更多地去比较同类产品中谁的效率更高，而实际中可能更多的要考虑产品的成本，在用户使用过程中，稳定性要求可能比速度要求更重要。

在社会运作的环节，对于学生来讲就不仅仅是专业技术能力的培养了，如何融入到除去同学老师以外的社会关系中去，要求他们去经营一定人际关系，学会如何与人相处，以及如何理财。适应了学校这个小社会，学生在面对更大的社会关系时就不会无所适从。

3　总　结

现在的高校与社会、企业、市场紧密相关，不再是孤立的象牙塔，这样就要求我们培养出来的人才能够很好地去适应社会、企业和市场。这就要求我们高校的实验实训教学担负起这个培养的重任，给同学们提供优秀的平台，采用国际流行的CDIO理念来改革我们的教学模式，是一条实现上述目标的有效途径。

[1]李金泉,尤小梅,赵满平.以“CDIO”理念为指导,培养学生的实践能力[J].科技创新导报,2014,(12):125.

[2]李文,黄文,等.CDIO理念的计科专业“卓越计划”人才培养方案改革与探讨[J].中国科教创新导刊,2014,(13):74-75.

[3]李文,黄文,等.CDIO理念下硬件课程体系改革与实践[J].实验室研究与探索,2014,(7):161-164.

[4]李文,黄文,等.IACI-CDIO理念下项目驱动的数字逻辑实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2014,(6):161- 164.

[5]张辉.CDIO教育理念下计算机实验教学模式[J].实验室研究与探索,2011,(9):110-113.

（责任编校：何俊华）

2017－06－21

湖南省高等教育教学改革项目（湘教通[2013]223号）；湖南科技学院计算机应用技术重点建设学科资助。

尹向东（1976－），男，湖南永州人，教授，硕士，研究方向为计算机网络和算法。

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1673-2219（2017）10-0106-02