基于CDIO的電氣工程及其自動化專業(yè)課程教學(xué)改革

熊才高++潘岱

摘要：為了深化人才培養(yǎng)的模式，全面提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)效果，CDIO工程教育模式即“項目式教學(xué)法”在高校越來越被廣泛的應(yīng)用到實際教學(xué)中，并取得了較好的實踐效果。特別對于注重動手實踐能力的工科專業(yè)來說，CDIO工程教育模式的普及不僅讓教師在教學(xué)過程中方向明確，而且學(xué)生結(jié)合工程項目，在動手過程中能更好的掌握專業(yè)知識。本文結(jié)合在高校電氣工程及其自動化專業(yè)課程中實施的項目式教學(xué)來對這種新型教學(xué)方法進行簡略的剖析。

關(guān)鍵詞：電氣工程；工程教育模式（CDIO）；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）01-0096-03

一、引言

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標(biāo)準(zhǔn)。

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)。CDIO工程教育模式是一種基于項目驅(qū)動的教學(xué)法，是一個打破課程界限進行教學(xué)的方法。教師把教學(xué)內(nèi)容設(shè)計成一個或多個具體任務(wù)，讓學(xué)生通過完成一個個具體的任務(wù)，掌握教學(xué)內(nèi)容，達到教學(xué)目標(biāo)。信息的收集、方案的設(shè)計、項目實施及最終評價，都由學(xué)生自己負責(zé)。為了使學(xué)生在解決問題的過程中能學(xué)以致用，所設(shè)置的“項目”需要綜合應(yīng)用多門課程的知識。在老師的指導(dǎo)下，將一個相對獨立的項目交由學(xué)生自己處理，信息的收集、方案的設(shè)計、項目實施及最終評價，都由學(xué)生自己負責(zé)。

二、項目式教學(xué)目標(biāo)

“項目式教學(xué)”，顧名思義，就是通過完成項目來進行教學(xué)。項目式教學(xué)最顯著的特點是“以項目為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”，改變了以往“教師講，學(xué)生聽”被動的教學(xué)模式，創(chuàng)造了學(xué)生主動參與、自主協(xié)作、探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。項目式教學(xué)對學(xué)生而言，通過轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，在主動積極的學(xué)習(xí)環(huán)境中，激發(fā)好奇心和創(chuàng)造力，培養(yǎng)分析和解決實際問題的能力；對教師而言，通過對學(xué)生的指導(dǎo)，轉(zhuǎn)變教育觀念和教學(xué)方式，從單純的知識傳遞者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的促進者、組織者和指導(dǎo)者；對學(xué)校而言，建立全新的課程理念，提升學(xué)校的辦學(xué)思想和辦學(xué)目標(biāo)，通過項目式教學(xué)法的實施，探索組織形式、活動內(nèi)容、管理特點、考核評價、支撐條件等的革新，逐步完善和重新整合學(xué)校課程體系。

電氣工程及其自動化專業(yè)是一個綜合性較強的工科專業(yè)，學(xué)生在校期間要能獲得工程師的基礎(chǔ)訓(xùn)練，能做到理論聯(lián)系實際，具備電工技術(shù)、電子技術(shù)、自動檢測與儀表、信號處理、計算機技術(shù)與應(yīng)用等較寬廣領(lǐng)域的工程技術(shù)基礎(chǔ)和一定的專業(yè)知識，專業(yè)主要課程包括《電路理論》、《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《自動控制原理》、《微機原理與應(yīng)用》、《電力電子技術(shù)》、《電氣控制與PLC》、《單片機原理與應(yīng)用》、《傳感器與檢測技術(shù)》等。普通的課堂教學(xué)中，教師利用課堂講授和實驗演示等方式對學(xué)生進行了專業(yè)知識的講解和訓(xùn)練，雖然根據(jù)課程的不同要求配置了一定學(xué)時的實驗，但是對于反應(yīng)不同課程之間聯(lián)系的綜合實驗卻很少，學(xué)生在進入高年級后一度疑惑：“這么多專業(yè)課知識都是零零散散的，它們之間有什么聯(lián)系？”電氣工程專業(yè)的大三學(xué)生帶著這樣的疑惑參與了本校的項目式教學(xué)。

“項目式教學(xué)”是跨專業(yè)課程的教學(xué)方法，在教學(xué)過程中，指導(dǎo)老師會將一個相對獨立的項目交由學(xué)生自己處理，這個“項目”的設(shè)置應(yīng)包含多門課程的知識，學(xué)生在拿到“項目”后要收集項目信息、設(shè)計方案以及項目實施并最終對項目進行總結(jié)。

“項目教學(xué)法”通過任務(wù)驅(qū)動讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、學(xué)習(xí)知識、解決問題，充分發(fā)掘了學(xué)生的創(chuàng)造潛能。全面培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的思想和方法，提高學(xué)生的各種能力，包括實踐能力、動手能力、分析能力、應(yīng)變能力、交流能力、合作能力和解決實際問題的綜合能力。最關(guān)鍵的是“項目教學(xué)法”的實踐過程中整個計劃要同學(xué)們自主選題自主設(shè)計。

三、項目式教學(xué)實施方法

項目式教學(xué)的實施過程主要按照選題、查閱資料、電路原理圖設(shè)計、結(jié)合硬件電路編程、仿真調(diào)試、電路焊接及硬件調(diào)試等幾個階段流程圖來進行。整個實施過程中，教師不再是教學(xué)過程的“主角”，強調(diào)的是學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇相應(yīng)的項目，從嘗試入手，從練習(xí)開始，主動參與到教學(xué)中。實施過程中的不同環(huán)節(jié)將電氣工程專業(yè)中不同的專業(yè)課程綜合起來運用，其中電路設(shè)計部分，綜合考察了《電路理論》、《電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《單片機原理與接口技術(shù)》、《PLC原理及其應(yīng)用》、《自動控制原理》等各課程，電路繪制則考察的是學(xué)生對于ORCAD、AltiumDesigner、ProtelDXP的使用；系統(tǒng)編程考察的是學(xué)生C語言或者匯編語言的使用，其中涉及到了控制理論中的各種算法；仿真調(diào)試部分考察了學(xué)生對仿真軟件Proteus的使用和PCB設(shè)計等內(nèi)容；電路焊接考察了學(xué)生的電工技術(shù)，包括電子元件的識別、測試、焊接及組裝技術(shù)，電子儀器的使用，電路板的調(diào)試等。

在我校的項目式教學(xué)中，教師根據(jù)專業(yè)的特性設(shè)置了數(shù)十個不同的項目，項目名稱和簡介參考表1，不同項目側(cè)重不同的專業(yè)課，學(xué)生在選好自己感興趣的項目后開始查閱資料，大多數(shù)學(xué)生能夠很好的運用網(wǎng)絡(luò)來檢索相關(guān)資料，不論是學(xué)校電子圖書館還是大師云集的論壇，學(xué)生總是能找到自己需要的項目資料從而設(shè)計自己所選項目的電路圖并進行電路圖的繪制、電路編程、仿真調(diào)試、電路焊機及硬件調(diào)試。教師針對學(xué)生在項目實施過程中遇到的問題進行解答和幫助，從問題入手，深刻的講解書本提到過的重難點知識，讓學(xué)生受益匪淺。

四、項目式教學(xué)成果

項目式教學(xué)的實施，學(xué)生通過做項目發(fā)現(xiàn)問題再回頭查閱課本或者通過網(wǎng)絡(luò)搜索來解決問題，達到了很好的學(xué)習(xí)效果。我校的項目式教學(xué)前后共進行了十二周，在最后一周的成果展示活動中，85%以上的同學(xué)都做出了功能齊全的實物成品。項目式教學(xué)在學(xué)生中反響熱烈，不少學(xué)生表示這次教學(xué)改革給他們帶來了很大的啟發(fā)，讓他們真正的將書本上的理論和動手實踐相結(jié)合，同時也大大的提升了學(xué)生的自學(xué)能力，對書本知識的理解也更加深入。課堂學(xué)習(xí)雖然知識量豐富，但不夠直觀，難免的晦澀難懂，伴隨著項目的實施，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題再回頭查閱課本或者通過網(wǎng)絡(luò)搜索來解決問題，達到了很好的學(xué)習(xí)效果。在成果展示期間，很多學(xué)生表達了他們的震撼，講解員通過為參觀的學(xué)生講解原理和使用說明，讓不少其他專業(yè)的學(xué)生對機電與信息工程學(xué)院的項目式教學(xué)也產(chǎn)生了濃厚的興趣，更是有不少同學(xué)向作品的作者咨詢討教，互留聯(lián)系方式，也有部分同學(xué)大呼要“轉(zhuǎn)專業(yè)”，雖然“轉(zhuǎn)專業(yè)”是一個玩笑，但也能反應(yīng)出學(xué)生對提高動手能力的迫切希望。

五、結(jié)束語

“項目式教學(xué)”在我院是一次教學(xué)改革的創(chuàng)新實踐，取得了初步成果。希望通過實踐教學(xué)，讓學(xué)生更加明白：“實踐出真知，動手添能力”，使更多的學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，掀起愛學(xué)習(xí)、愛鉆研、愛動手、愛實踐的熱潮。項目式教學(xué)在電氣工程專業(yè)的實施，在一定程度上解決了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)與社會需求之間的矛盾，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，提到了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，并培養(yǎng)了學(xué)生分析問題解決問題的實際能力以及團隊協(xié)作能力，從側(cè)面提升了電氣工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)能力。

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