基于CDIO工程教育理念的电气专业类综合设计的应用

纪雯+王峰+张旭隆+乔淑云

本文以CDIO工程教育理念为指导，应用型本科院校电气工程专业教学改革为研究对象，结合电气专业综合课程设计类的教学现状，通过对学生在电气专业综合设计中如何进行项目选题设计、教学过程的组织实施、教学考核方式以及评价等方面的探索与研究，激发学生对课程设计的学习兴趣，提高学生的自学能力、实践动手能力以及创新能力。

目前，随着大规模自动化技术的推广，全球对工程技术人员的需求不断扩大。为了应对企业全球化战略的需求，培养出适应企业生产的工程技术人才，高校在电气工程人才培养过程中就需要不断创新。作为应用型本科院校的中俄合作办学项目，如何在电气工程/工业自动化方向综合设计的教学中，引入CDIO工程教育理念，改变传统的教学模式，促进学生的创新意识和实践能力的提高，在中俄合作办学项目中具有重要的意义。

研究对象与研究方法的确定

CDIO教育模式最早由麻省理工学院、瑞典皇家工学院等4所院校于2001年提出的一种新型的工程人才培养模式。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、课程间的有机联系为主要方式学习工程，以其培养学生的工程理念和实践能力。将ODIO工程教育理念引入综合课程设计教学中，有利于培养学生的工程实践能力，提高其职业素养和团队协作意识。

在电气专业综合课程设计中，为了对比我院电气专业综合设计的教学质量，选取我院中俄合作办学项目班级和普通电气工程教学班级学生作为对比。普通电气工程班级采用传统的理论与实践相结合的方法，通过实验室项目进行电气专业综合设计的教学，而中俄合作办学项目班级则引入CDIO工程教育模式。普通班在第七学期开始进行《电气工程/工业自动化方向综合设计》课程教学工作。为了对中俄合作办学班级进行CDIO工程教育理念，除了引入俄方教学项目外，针对整个综合设计环节，课题组也进行了相应的改革，采用了新的教学组织模式。

基于CDIO模式的电气工程，工业自动化方向综合设计的改革措施

电气专业综合设计的选题内容改革。在电气专业综合设计改革中，普通教学班采用教师指定题目的做法，我院根据实验窒情况，指定了基于PLC七层电梯控制系统设计、基于PLC的自动洗衣机系统的设计、基于PLC的变频调速系统设计、基于MCGS组态软件的十字路口交通灯系统设计等十个题目，而且采用指定学生的方法进行题目的分配。这些题目普遍存在内容简单、陈旧，功能简单的特点，不利于学生创新能力的培养。而对中俄合作办学班级的学生，则通过CDIO工程教育理念的引入，采用校企合作的方式来制定项目选题或者来自教师科研等方面的题目，通过学生与教师、企业工程师之间的交流与互动，引导学生将选题与企业需求紧密结合，最终产生的电气专业综合设计项目能够真正的服务社会，满足企业需求，做出的电气专业综合设计项目能够满足企业生产的需要。最终产生了基于PLC的矿井提升机行程控制系统设计、地铁信号控制系统、风力发电机监控系统、基于PLC的智能交通系统等企业项目，学生在综合设计过程中，也不拘泥于使用西门子S7-200PLC，也可采用信捷PLC、汇川PLC以及OMRON等型号PLC，还有单片机，智能芯片等的工程实训项目，提高了学生的创新和实践能力。

电气专业综合设计的教学模式改革。在教学过程中，普通班采用传统方式，基本上采用一人一题的模式，在正常上课过程中，集中4周时间完成综合设计项目，由于不能和指导老师充分进行互动交流，不能有效的对实训项目的理解，导致部分学生综合设计项目做得不好，甚至不能完成综合设计项目的全部功能。而对于中俄合作办学项目班级的学生，由于将学生的实训项目放在企业，利用大三暑假加上学期的综合设计时间，一共10周时间，通过将学生安排在企业进行综合设计，采用分组方式，每组有3～4名学生，同时配备1名企业工程师作为学生的实训指导老师和学校教师一起对学生进行实训。综合设计具体实施步骤如下：

综合设计项目选题。在电气专业综合设计开始时，指导教师根据科研与合作企业需求，初步拟定题目进行公布。学生在查阅相关资料和项目需求的基础上，设计出相应的技术方案，经过教师和企业工程师的评价与审核，确定项目选题与项目组成员。

整体方案确定。学生在进行选题后，根据项目要求，学生经过调研，并与指导老师及企业工程师充分交流后，经过充分的修改与调整，尤其是与实际生产工艺相结合，制定出满足项目需求的整体技术方案。

项目整体设计与测试。在技术方案确定后，每组学生根据项目需要进行分工，将综合设计项目分成硬件设计、软件编程、系统测试等部分进行分工，在企业工程师和指导老师帮助下进行相关工作。在整个过程中，学生遇到问题，可以与企业工程师进行充分的交流，项目组成员之间也可以相互交流与合作，最终完成整个实训项目。

集中答辩环节。在项目组成员完成综合设计项目后，采用集中的方式进行答辩。学生事先准备好相关PPT，介绍整个综合设计项目的整体方案、硬件构成、软件流程及软件功能，在实训过程中遇到的问题及相应的解决办法。学生陈述后，由企业工程师和指导老师对学生答辩情况进行提问，通过答辩交流，使学生找出实训工作中的优点与不足。

提交综合设计实训报告。学生在完成综合设计项目后，需要提交相应的实训报告。整个实训报告应包括系统综合翻十要求、实训目的、整体方案、硬件选型、软件流程图、软件功能、调试与测试过程、实训总结等8个方面。要求项目组成员实训总结报告主体不能相同。在电气专业综合设计结束后，指导教师对教学环节进行总结与分析，从而找出其中的优点与不足。对于优点进行保留，对于综合设计过程中存在的不足，通过相互之间的交流，形成改进措施，以便进一步提高综合设计实训效果。

电气专业综合设计的考核方式改革。由于CDIO工程教育模式，重在培养学生的工程理念，提高學生的实践能力，创新精神和团队协作能力。因此在电气专业综合设计考核时，采用项目组成员互评、系统方案、设计成绩、答辩成绩、实训报告5部分组成。成员互评成绩来自同一个项目组成员之间的互评；系统方案成绩来自企业工程师对项目的评价；设计成绩和实训报告成绩来自指导教师；答辩成绩由指导教师和企业工程师共同给出。

通过对电气专业综合设计过程与结果的在普通班和中俄合作办学班的对比，中俄合作班学生的电气专业综合设计的质量与难度都有了不同的提高，而且综合设计项目完成较好。同时由于CDIO工程教育理念在中俄合作班中的引入，使学生较好的融入了“构思（Conceive）一设计（Design）一实现（Implement）一运作（Operate）”的工程理念，为其今后的学习与工作奠定了良好的团队协作与分工的理念。endprint