基于CDIO工程教育理念的電路實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的探索與實(shí)踐

范莉

摘 要： 本文以南昌工程學(xué)院電路實(shí)驗(yàn)室建設(shè)為例，探討基于CDIO的工程教育理念，從實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選擇、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革與設(shè)置和建成后的實(shí)驗(yàn)室管理等角度探討電路實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方案，按此方案可更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)合作精神、獨(dú)立思考、創(chuàng)新和動(dòng)手能力。

關(guān)鍵詞： CDIO 實(shí)踐教學(xué) 電路實(shí)驗(yàn)

1.引言

2000年到2004年，美國和瑞典多所著名學(xué)府經(jīng)過探索研究，創(chuàng)立了CDIO（構(gòu)思conceive，設(shè)計(jì)design，實(shí)施implement，運(yùn)行operate）工程教育理念[1][2]，并成立了CDIO國際合作組織。目的是對(duì)傳統(tǒng)工程教育模式進(jìn)行改革，它的教育理念是以這個(gè)全過程為載體培養(yǎng)學(xué)生的工程能力，能力不僅包括學(xué)科知識(shí)，而且包括學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)交流能力和在企業(yè)和社會(huì)環(huán)境下的構(gòu)思-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)行能力。目前，該組織成員已超過80所院校，遍布全球五大洲的25個(gè)國家[3][4]。

在中國，CDIO蘊(yùn)含的理念和做法已為很多工科高校借鑒和吸收，同時(shí)增進(jìn)工科生的實(shí)踐動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)及創(chuàng)新能力，提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量。將CDIO理念帶入電路課程教學(xué)，有助于提高教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生的工程實(shí)踐能力、學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)深造及就業(yè)適應(yīng)能力?；谶@個(gè)工程教育理念，我校有針對(duì)性地進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)室改建工作。

2.傳統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)室模式

傳統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)室通常采用試驗(yàn)臺(tái)或試驗(yàn)箱，把常用的實(shí)驗(yàn)電路在每個(gè)模塊上搭建好，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候只需要接入電源或接入負(fù)載（通常是可變電阻箱或變阻器）。目前國內(nèi)大部分教儀企業(yè)生產(chǎn)的都是該類產(chǎn)品，并且大部分高校都采用這種實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

這種模式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)設(shè)備損壞率低，實(shí)驗(yàn)電路簡(jiǎn)單清晰，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的難度低，安全性相對(duì)較高。缺點(diǎn)很明顯，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，難以開展綜合性、設(shè)計(jì)性和開放性實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力鍛煉不夠，對(duì)提高高等教育教學(xué)質(zhì)量幫助有限。因此，有必要對(duì)傳統(tǒng)電路實(shí)驗(yàn)室模式進(jìn)行改革。

3.基于CDIO工程教育理念的電路實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路

針對(duì)原有電工實(shí)驗(yàn)臺(tái)存在的缺陷，在本次電路實(shí)驗(yàn)室改造過程中，我校充分參考CDIO工程教育理念，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備選擇、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)定及實(shí)驗(yàn)室利用方面開展了一系列改革措施。

3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備選擇

為了契合CDIO工程教育理念，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，實(shí)驗(yàn)設(shè)備分兩個(gè)部分進(jìn)行選擇。直流部分采用分立元件，根據(jù)大綱要求，將每個(gè)實(shí)驗(yàn)可能用到的元件按類型布置在不同實(shí)驗(yàn)箱中。交流部分采用分立元件模式，但是從安全角度考慮，將大部分元件固定布置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)都裝設(shè)計(jì)算機(jī)，并預(yù)裝電路仿真軟件，學(xué)生可以利用電路仿真軟件，對(duì)要做的實(shí)驗(yàn)預(yù)先進(jìn)行仿真測(cè)試，從而發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)存在的缺陷，并驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)是否能滿足實(shí)驗(yàn)要求。在電路仿真軟件的選擇上，偏重選擇可以自主編輯元器件的軟件，增強(qiáng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中的自主性和靈活性。

采用這種設(shè)計(jì)方式，既可以保證實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中學(xué)生的安全，又可以充分鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，并方便開展各種開放性實(shí)驗(yàn)，很好地貫徹CDIO的工程教育理念。

3.2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

依據(jù)我校2014版電氣工程及其自動(dòng)化本科專業(yè)人才培養(yǎng)方案，并結(jié)合我校對(duì)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不得少于實(shí)驗(yàn)總數(shù)的三分之二的要求，針對(duì)新的電路實(shí)驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)上，盡可能刪除驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。如在過去實(shí)驗(yàn)設(shè)備上，直流部分所做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為“基爾霍夫定律的驗(yàn)證”、“戴維南定理的驗(yàn)證”等，學(xué)生只是被動(dòng)地在已搭建好的電路上試驗(yàn)，整個(gè)過程缺乏主觀能動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，沒有在學(xué)生腦中留下深刻的印象，沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)原本的目的。而在新的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，針對(duì)同樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生要根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自主選擇電路元件，設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)電路，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)要求的定理定律進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書不像過去一樣面面俱到，而讓學(xué)生充分參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而達(dá)到鍛煉學(xué)生工程實(shí)踐能力的目的。

3.3實(shí)驗(yàn)室的管理

為了提高實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率，在實(shí)驗(yàn)室管理方面，除了之前的管理制度、措施之外，學(xué)院擬開展預(yù)約實(shí)驗(yàn)，即學(xué)生可根據(jù)需要，在實(shí)驗(yàn)室正常上課時(shí)間之外，預(yù)約使用實(shí)驗(yàn)室。

為了充分保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的人身安全，要求學(xué)生預(yù)約時(shí)必須提供實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)需要的元件設(shè)備、實(shí)驗(yàn)電路等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)資料，經(jīng)實(shí)驗(yàn)老師審核通過后方可成功預(yù)約，實(shí)驗(yàn)過程中必須有實(shí)驗(yàn)老師在場(chǎng)指導(dǎo)。

該措施增加了實(shí)驗(yàn)教師的工作量，但是對(duì)學(xué)生的益處是顯而易見的。采用實(shí)驗(yàn)預(yù)約制度，一方面通過“課前實(shí)驗(yàn)”，改變過去學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的教學(xué)模式，如在講授基爾霍夫定理之前，學(xué)生可通過預(yù)習(xí)，先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，通過預(yù)約實(shí)驗(yàn)，在理論課之前對(duì)該定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后通過理論課講解，掌握該定律的內(nèi)容及應(yīng)用。這種教學(xué)模式能夠很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面，預(yù)約實(shí)驗(yàn)可以滿足一部分學(xué)有余力的學(xué)生開展第二課堂的需要，針對(duì)相關(guān)競(jìng)賽，甚至學(xué)生個(gè)人的想法，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)而充分鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、協(xié)同合作能力及創(chuàng)新精神。對(duì)學(xué)生以后專業(yè)課程學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的開展及畢業(yè)后的深造、就業(yè)都有很大的幫助，這一措施是與CDIO教學(xué)理念不謀而合的。

4.結(jié)語

《國家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提到要全面提高高等教育質(zhì)量，明確指出提高質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)，是建設(shè)高等教育強(qiáng)國的基本要求，必須牢固確立人才培養(yǎng)在高校工作中的中心地位。在這個(gè)契機(jī)下，建設(shè)一個(gè)以CDIO工程教育理念為基礎(chǔ)的電路實(shí)驗(yàn)室，將電路學(xué)習(xí)與工程案例分析、科研成果相結(jié)合，通過多種實(shí)驗(yàn)類型的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，拓展學(xué)生的知識(shí)面，充分發(fā)揮學(xué)生的個(gè)性和創(chuàng)新性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，有助于提高我校本科教學(xué)教育質(zhì)量，有助于學(xué)生將來繼續(xù)深造及求職就業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王天寶，陳衛(wèi)東.基于CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐——成都信息工程學(xué)院的工程教育改革實(shí)踐.高等工程教育研究，2010（1）.

[4]周悅，張穎，等.基于CDIO理念的電路課程教學(xué)改革與實(shí)踐.高等建筑教育，2013（2）.

江西省教育廳教改課題：JXJG-14-02