CDIO工程教育模式對電工電子課程實驗教學(xué)改革的啟示

鄭 瑤

（梧州學(xué)院，廣西 梧州 543002）

CDIO工程教育模式對電工電子課程實驗教學(xué)改革的啟示

鄭 瑤

（梧州學(xué)院，廣西 梧州 543002）

結(jié)合CDIO工程教育模式與工程素質(zhì)的培養(yǎng)，對電工電子實驗教學(xué)課程進行改革嘗試，從開放式實驗教學(xué)內(nèi)容、項目式實驗教學(xué)方式、基于實驗過程的評價方法等方面進行。以學(xué)生為主體，因材施教，提高該專業(yè)學(xué)生的CDIO能力。

CDIO；電工電子實驗教學(xué)改革；開放實驗；項目式教學(xué)

1 電工電子課程教學(xué)改革的需要

1.1 梧州學(xué)院電工電子類專業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)

結(jié)合梧州市的產(chǎn)業(yè)特色和地理位置特點，梧州學(xué)院設(shè)置了電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)等應(yīng)用型專業(yè)，為梧州市及其周邊地區(qū)的經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展需要，培養(yǎng)大量技術(shù)型、應(yīng)用型、實踐型的工程人才。為了讓“企業(yè)招到合適的人才，學(xué)生找到合適的工作”，創(chuàng)新工程人才的大量需求為梧州學(xué)院的發(fā)展提供了極佳的發(fā)展機遇，但如何培養(yǎng)合格的高等工程技術(shù)人才也是梧州學(xué)院電子類專業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。

1.2 傳統(tǒng)教育模式下學(xué)生工程素質(zhì)的不足

電工電子專業(yè)是工科類，畢業(yè)生大多走向產(chǎn)業(yè)，就業(yè)于與電子產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、制造、營銷等崗位。但是，大多畢業(yè)生就業(yè)后不能很快地走上工程師的崗位，主要原因是技術(shù)、管理、經(jīng)濟的相關(guān)知識和能力比較欠缺，理論聯(lián)系實際的能力不夠，跨學(xué)科理論綜合運用的知識不足，實際動手能力比較差，還有語言文字的表達能力、團結(jié)協(xié)調(diào)能力比較弱等。如何改變畢業(yè)生不適應(yīng)企業(yè)需求的現(xiàn)狀？答案是：需要大力加強學(xué)生的工程素質(zhì)培養(yǎng)，大幅提高他們的工程素質(zhì)。

工程素質(zhì)的培養(yǎng)應(yīng)該是高等工程教育的重要內(nèi)容，工程素質(zhì)的形成不僅是知識的簡單綜合，而是一個復(fù)雜的漸進過程，不僅需要不斷充實理論知識，還要經(jīng)常從事工程實踐活動，將不同學(xué)科的知識融合在工程活動中，創(chuàng)造出有益的結(jié)果[1]。

1.3 課程改革本身的需求

隨著電工電子技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)層出不窮，電工電子課程的教學(xué)內(nèi)容不斷地擴充，但電子類教學(xué)學(xué)時卻是有限的，面對有限的學(xué)時和不斷膨脹的教學(xué)內(nèi)容，如何以工程素質(zhì)培養(yǎng)為目的，讓學(xué)生從繁瑣、枯燥的理論學(xué)習(xí)中解放出來，為用而學(xué)？筆者認為必須改革教學(xué)模式與手段，尤其是實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的改造。

2 CDIO工程教育模式概述

2.1 什么是CDIO？

CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式來學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達到預(yù)定目標(biāo)[1]。CDIO理念提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實施指引（包括培養(yǎng)計劃、教學(xué)方法、學(xué)生考核及學(xué)習(xí)構(gòu)架）以及實施過程和結(jié)果檢驗的12條標(biāo)準，具有可操作性[1]。

2.2 CDIO與工程素質(zhì)的培養(yǎng)

基于CDIO工程教育模式，電工電子專業(yè)需要進行課程教學(xué)改革，以學(xué)生個性發(fā)展為核心，創(chuàng)造虛擬的工程職業(yè)環(huán)境，以能力培養(yǎng)為目的，把教學(xué)分解成彼此聯(lián)系的若干個項目，對教學(xué)模式進行“項目式教學(xué)”改革[2]。學(xué)生在完成一個個項目的過程中，從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題，逐步培養(yǎng)克服困難的毅力，提高主動學(xué)習(xí)、收集信息的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。通過對項目進行構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)和運作等（CDIO），實現(xiàn)課程的“做中學(xué)”，提高學(xué)生的工程能力[2]。

3 CDIO工程教育模式下的電工電子實驗類課程改革嘗試

3.1 以學(xué)生為主體，因材施教的開放式實驗教學(xué)模式

電工電子類課程的特色是實踐性比較強、實驗教學(xué)占有比較大的比重。開放式實驗教學(xué)模式對實驗內(nèi)容和實驗方式進行改革，并能充分利用實驗室的空間與資源，進一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，在培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和工程素質(zhì)方面起到很好的作用。

3.1.1 開放的空間與時間[3]

開放實驗室的模式按時間可以分為：定時開放、預(yù)約開放和全天開放這三種。

（1）定時開放。實驗室按照實驗課程的排課安排，在固定時間對班級開放。

（2）預(yù)約開放。由學(xué)生向?qū)嶒炇姨岢錾暾?，申請包括完成該實驗項目所使用的實驗儀器、元件清單、實驗時間等具體要求，由實驗室具體安排時間向?qū)W生開放。

（3）全天開放。學(xué)生可以隨時進入開放的各個實驗室，只需要在門口登記姓名、班級和學(xué)號等相關(guān)信息。

不同的實驗室可以選擇不同的模式進行開放。比如軟件實驗室、電子制作中心等不需要教師的專業(yè)輔導(dǎo)，可以選擇全天開放或定時開放，學(xué)生可以自行完成課堂中未完成的項目，或者進行自選項目的研究。電工實驗室、信號處理實驗室等需要教師準備實驗儀器、設(shè)備，審核學(xué)生的實驗方案，可以選擇預(yù)約開放的方式，完成實驗項目后，教師還需檢查學(xué)生的實驗報告或設(shè)計報告，并將此作為實驗考核的一項依據(jù)。

3.1.2 開放的實驗內(nèi)容

以學(xué)生為主體，根據(jù)學(xué)生自身能力的不同情況，因材施教?？砂褜嶒灲虒W(xué)內(nèi)容分為兩種類型、三個層次。兩種類型是指課堂實驗和課外實驗，三個層次是指驗證型—設(shè)計綜合型—創(chuàng)新型。

（1）兩種類型。課堂實驗主要包括驗證型實驗和部分設(shè)計型實驗。該實驗內(nèi)容屬于實驗教學(xué)計劃內(nèi)，要求每一個同學(xué)在規(guī)定的時間內(nèi)完成。課外實驗屬于教學(xué)計劃外，學(xué)生自行選擇一個到若干個，實驗內(nèi)容以設(shè)計綜合型和創(chuàng)新型為主。

（2）三個層次。驗證型實驗主要是就理論課程的某些定理、現(xiàn)象進行實驗驗證，學(xué)生根據(jù)實驗指導(dǎo)書的具體步驟進行實驗。與此同時，學(xué)生還需要掌握電子儀器的使用方法，熟悉常用電子電路，掌握電子測量的常用方法。設(shè)計綜合型實驗可以由教師提出一些小型的設(shè)計性課題，給出實驗要求、設(shè)計參數(shù)，并加以適當(dāng)?shù)妮o導(dǎo)，由學(xué)生自行設(shè)計實驗步驟，自由選擇實驗技能和實驗方法。創(chuàng)新型實驗提出的設(shè)計要求則更貼近實際，對學(xué)生的創(chuàng)新能力要求也更高。例如智能小車的設(shè)計、精密恒壓源的設(shè)計等。創(chuàng)新實驗是課程計劃外內(nèi)容，主要是對有興趣、有自主完成實驗?zāi)芰Φ耐瑢W(xué)開設(shè)。教師安排培訓(xùn)并進行適當(dāng)輔導(dǎo)，但主要由學(xué)生自主完成。

例如，在“數(shù)字電子技術(shù)”實驗課程中，教師提出設(shè)計一個全加器，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，可以選擇分立元器件（如邏輯門電路與非門，異或門等）或集成芯片（如74138、74151等）兩種方式來完成設(shè)計。但是傳統(tǒng)實驗方式是根據(jù)理論教學(xué)進度，先完成分立元器件實現(xiàn)包括全加器在內(nèi)的某些邏輯功能，然后用集成芯片實現(xiàn)全加器或其他邏輯函數(shù)，前后屬于兩個完全分離的實驗內(nèi)容，學(xué)生只是單純地完成驗證，對前后兩個實驗沒有新的認識。顯然，現(xiàn)在把全加器作為設(shè)計型實驗，學(xué)生對分離元器件的使用和集成芯片的使用孰優(yōu)孰劣、孰簡孰煩有一個清晰的對比。在設(shè)計綜合型實驗和創(chuàng)新型實驗中，學(xué)生需要運用所學(xué)的知識去分析問題和解決問題。比如，實驗中，學(xué)生需要根據(jù)實驗要求自行設(shè)計實驗電路、制定實驗方案步驟，自行準備實驗器材，獨立完成實驗操作。在這樣的實驗過程中，學(xué)生就必須在實驗前預(yù)習(xí)，查閱相關(guān)資料，精心準備，這樣做起實驗來也就心中有數(shù)，最后分析實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果也有理有據(jù)。

開放實驗教學(xué)模式已在部分實驗室展開，實踐表明教學(xué)效果良好。在與學(xué)生座談時，不少同學(xué)反映這種教學(xué)模式既能充分利用實驗室資源，又能主動學(xué)習(xí)，有效的實驗環(huán)節(jié)有助于他們更好地理解理論知識，提高實驗技能，為今后的實習(xí)和就業(yè)打下了堅實的基礎(chǔ)。有關(guān)專業(yè)的教師也感覺在畢業(yè)設(shè)計和電子設(shè)計大賽中，學(xué)生的設(shè)計能力比以往有了很大的提高。

3.2 建立CDIO工程教育環(huán)境，開展基于項目設(shè)計的實驗教學(xué)

CDIO模式的第一準則告訴我們應(yīng)把工程師職場環(huán)境作為工程教育的環(huán)境，而不是“內(nèi)容”[3]，在教育過程中應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生以下能力：

（1）獲取知識的能力（自學(xué)）

（2）運用知識的能力（解決問題）

（3）共享知識的能力（團隊合作）

（4）發(fā)現(xiàn)知識的能力（創(chuàng)新）

（5）傳播知識的能力（交流溝通）

將以上能力作為促進學(xué)生學(xué)習(xí)的因素和學(xué)以致用的方向。具體實施辦法是開展基于項目設(shè)計的實驗教學(xué)。項目設(shè)計內(nèi)容包括基礎(chǔ)層次和高級層次。基礎(chǔ)層次是使本專業(yè)學(xué)生掌握最基本的工程能力，高級層次則是可以讓學(xué)生了解社會，理論聯(lián)系實際，是培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)的重要途徑[2]。無論哪種層次的項目設(shè)計都應(yīng)讓學(xué)生從最初的構(gòu)思設(shè)計開始，經(jīng)歷過程設(shè)計和實現(xiàn)階段，使學(xué)生逐步學(xué)習(xí)工程科學(xué)知識、設(shè)計和制作產(chǎn)品的能力。這種設(shè)計制作活動有時可能要涉及一門以上的課程，因此對學(xué)生的要求會更高。實踐項目的選擇上最好來自于產(chǎn)業(yè)第一線，是真刀真槍的項目，而不是“假題真做”。[2]因為企業(yè)的項目更實際，包含更多的信息，可讓學(xué)生學(xué)到許多技術(shù)之外的東西，如管理、成本、市場、溝通、團隊合作等?；蛘哌€可以做一些企業(yè)做過的項目、學(xué)生自選的有意義的項目、面對社會和市場有價值的項目或其他來源的項目。

3.3 實施基于實驗過程的評價體系與形式多樣的考核方法

學(xué)生學(xué)習(xí)考核是對每個學(xué)生所取得的具體學(xué)習(xí)成果進行考查，也是檢驗學(xué)期教學(xué)效果的一個重要手段。但傳統(tǒng)的教學(xué)課堂中，考核往往就是考試，“一考論成敗”。只關(guān)注結(jié)果的考核評價具有較濃的功利色彩，學(xué)生只需要按照教師要求完成相應(yīng)的任務(wù)，在學(xué)習(xí)過程中僅是接受知識而無法真正培養(yǎng)工程應(yīng)用能力。因此，考核評價不僅要看學(xué)生實驗的結(jié)果，更要重視得出實驗結(jié)論的過程。比如，在課程中分階段按課題任務(wù)或進度來進行評價，保證每一個評價階段都能讓學(xué)生明確已完成的內(nèi)容、未完成的內(nèi)容、方案的制定改進等。另外，根據(jù)課堂內(nèi)實驗完成情況，課堂外設(shè)計綜合型實驗和創(chuàng)新型實驗的參與項目數(shù)以及完成情況，對每一位同學(xué)進行綜合評價。在學(xué)習(xí)過程中給予學(xué)生評價，并獲得相應(yīng)的反饋，這樣有利于學(xué)生從全局性的角度而不是以個人得分高低去看待學(xué)習(xí)[4]。

考核形式也可以多種多樣，靈活科學(xué)。根據(jù)課程特點，除了可以采取常用的閉卷考試以外，還要引用其他合理的考試形式，如開卷考試、寫論文、面試、實際操作以及筆試加操作、筆試加面試等，還可以利用計算機仿真功能給出一些設(shè)計型考題，讓學(xué)生在計算機上完成設(shè)計過程并通過仿真得到結(jié)果，考查學(xué)生對本學(xué)科知識的綜合掌握能力。在考題選定上還可以采用抽簽定考題（包括實際操作題和計算機仿真題），避免了死記硬背、全班雷同的弊端。

4 結(jié)束語

工程教育是一種先進的教育理念和人才培養(yǎng)模式，目前國內(nèi)外很多高校已經(jīng)在實施和推廣工程教育改革。為了推動梧州學(xué)院的實驗教學(xué)改革，加強電工電子類學(xué)生的工程實踐技能，重要的是要建立一套完整的、面向現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的教學(xué)課程體系，結(jié)合工程訓(xùn)練開展實驗教學(xué)，同時教師自身要加強CDIO能力，教師更應(yīng)成為學(xué)生心目中的工程師榜樣。

[1]王天寶.實施CDIO全面推進我校教育教學(xué)改革[J].成都信息工程學(xué)院校報,2009.3（4）．

[2]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008（3）：1-9．

[3]翟福存,巨輝.CDIO理念下培養(yǎng)現(xiàn)代工程師的原則和措施[J].高校教育研究,2008（12）：90-94．

[4]袁旦,蘇志強,錢慧娜.CDIO模型的理念對工程類大學(xué)生學(xué)業(yè)評價的啟示[J].中國高等教育評估,2008（4）：67-69．

G642

A

1673-8535（2011）06-0105-04

2011-09-12

梧州學(xué)院教改項目（wyjg2008C005）

鄭瑤（1980-），女，湖北宜昌人，梧州學(xué)院電子信息工程系教師，研究方向：電路與系統(tǒng)。

高 堅）