基于CDIO工程教育理念的電氣專業(yè)類綜合設(shè)計的應(yīng)用

紀(jì)雯+王峰+張旭隆+喬淑云

本文以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，應(yīng)用型本科院校電氣工程專業(yè)教學(xué)改革為研究對象，結(jié)合電氣專業(yè)綜合課程設(shè)計類的教學(xué)現(xiàn)狀，通過對學(xué)生在電氣專業(yè)綜合設(shè)計中如何進(jìn)行項目選題設(shè)計、教學(xué)過程的組織實施、教學(xué)考核方式以及評價等方面的探索與研究，激發(fā)學(xué)生對課程設(shè)計的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自學(xué)能力、實踐動手能力以及創(chuàng)新能力。

目前，隨著大規(guī)模自動化技術(shù)的推廣，全球?qū)こ碳夹g(shù)人員的需求不斷擴(kuò)大。為了應(yīng)對企業(yè)全球化戰(zhàn)略的需求，培養(yǎng)出適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)的工程技術(shù)人才，高校在電氣工程人才培養(yǎng)過程中就需要不斷創(chuàng)新。作為應(yīng)用型本科院校的中俄合作辦學(xué)項目，如何在電氣工程/工業(yè)自動化方向綜合設(shè)計的教學(xué)中，引入CDIO工程教育理念，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力的提高，在中俄合作辦學(xué)項目中具有重要的意義。

研究對象與研究方法的確定

CDIO教育模式最早由麻省理工學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院等4所院校于2001年提出的一種新型的工程人才培養(yǎng)模式。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、課程間的有機(jī)聯(lián)系為主要方式學(xué)習(xí)工程，以其培養(yǎng)學(xué)生的工程理念和實踐能力。將ODIO工程教育理念引入綜合課程設(shè)計教學(xué)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，提高其職業(yè)素養(yǎng)和團(tuán)隊協(xié)作意識。

在電氣專業(yè)綜合課程設(shè)計中，為了對比我院電氣專業(yè)綜合設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，選取我院中俄合作辦學(xué)項目班級和普通電氣工程教學(xué)班級學(xué)生作為對比。普通電氣工程班級采用傳統(tǒng)的理論與實踐相結(jié)合的方法，通過實驗室項目進(jìn)行電氣專業(yè)綜合設(shè)計的教學(xué)，而中俄合作辦學(xué)項目班級則引入CDIO工程教育模式。普通班在第七學(xué)期開始進(jìn)行《電氣工程/工業(yè)自動化方向綜合設(shè)計》課程教學(xué)工作。為了對中俄合作辦學(xué)班級進(jìn)行CDIO工程教育理念，除了引入俄方教學(xué)項目外，針對整個綜合設(shè)計環(huán)節(jié)，課題組也進(jìn)行了相應(yīng)的改革，采用了新的教學(xué)組織模式。

基于CDIO模式的電氣工程，工業(yè)自動化方向綜合設(shè)計的改革措施

電氣專業(yè)綜合設(shè)計的選題內(nèi)容改革。在電氣專業(yè)綜合設(shè)計改革中，普通教學(xué)班采用教師指定題目的做法，我院根據(jù)實驗窒情況，指定了基于PLC七層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計、基于PLC的自動洗衣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計、基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計、基于MCGS組態(tài)軟件的十字路口交通燈系統(tǒng)設(shè)計等十個題目，而且采用指定學(xué)生的方法進(jìn)行題目的分配。這些題目普遍存在內(nèi)容簡單、陳舊，功能簡單的特點，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而對中俄合作辦學(xué)班級的學(xué)生，則通過CDIO工程教育理念的引入，采用校企合作的方式來制定項目選題或者來自教師科研等方面的題目，通過學(xué)生與教師、企業(yè)工程師之間的交流與互動，引導(dǎo)學(xué)生將選題與企業(yè)需求緊密結(jié)合，最終產(chǎn)生的電氣專業(yè)綜合設(shè)計項目能夠真正的服務(wù)社會，滿足企業(yè)需求，做出的電氣專業(yè)綜合設(shè)計項目能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)的需要。最終產(chǎn)生了基于PLC的礦井提升機(jī)行程控制系統(tǒng)設(shè)計、地鐵信號控制系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、基于PLC的智能交通系統(tǒng)等企業(yè)項目，學(xué)生在綜合設(shè)計過程中，也不拘泥于使用西門子S7-200PLC，也可采用信捷PLC、匯川PLC以及OMRON等型號PLC，還有單片機(jī)，智能芯片等的工程實訓(xùn)項目，提高了學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力。

電氣專業(yè)綜合設(shè)計的教學(xué)模式改革。在教學(xué)過程中，普通班采用傳統(tǒng)方式，基本上采用一人一題的模式，在正常上課過程中，集中4周時間完成綜合設(shè)計項目，由于不能和指導(dǎo)老師充分進(jìn)行互動交流，不能有效的對實訓(xùn)項目的理解，導(dǎo)致部分學(xué)生綜合設(shè)計項目做得不好，甚至不能完成綜合設(shè)計項目的全部功能。而對于中俄合作辦學(xué)項目班級的學(xué)生，由于將學(xué)生的實訓(xùn)項目放在企業(yè)，利用大三暑假加上學(xué)期的綜合設(shè)計時間，一共10周時間，通過將學(xué)生安排在企業(yè)進(jìn)行綜合設(shè)計，采用分組方式，每組有3～4名學(xué)生，同時配備1名企業(yè)工程師作為學(xué)生的實訓(xùn)指導(dǎo)老師和學(xué)校教師一起對學(xué)生進(jìn)行實訓(xùn)。綜合設(shè)計具體實施步驟如下：

綜合設(shè)計項目選題。在電氣專業(yè)綜合設(shè)計開始時，指導(dǎo)教師根據(jù)科研與合作企業(yè)需求，初步擬定題目進(jìn)行公布。學(xué)生在查閱相關(guān)資料和項目需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計出相應(yīng)的技術(shù)方案，經(jīng)過教師和企業(yè)工程師的評價與審核，確定項目選題與項目組成員。

整體方案確定。學(xué)生在進(jìn)行選題后，根據(jù)項目要求，學(xué)生經(jīng)過調(diào)研，并與指導(dǎo)老師及企業(yè)工程師充分交流后，經(jīng)過充分的修改與調(diào)整，尤其是與實際生產(chǎn)工藝相結(jié)合，制定出滿足項目需求的整體技術(shù)方案。

項目整體設(shè)計與測試。在技術(shù)方案確定后，每組學(xué)生根據(jù)項目需要進(jìn)行分工，將綜合設(shè)計項目分成硬件設(shè)計、軟件編程、系統(tǒng)測試等部分進(jìn)行分工，在企業(yè)工程師和指導(dǎo)老師幫助下進(jìn)行相關(guān)工作。在整個過程中，學(xué)生遇到問題，可以與企業(yè)工程師進(jìn)行充分的交流，項目組成員之間也可以相互交流與合作，最終完成整個實訓(xùn)項目。

集中答辯環(huán)節(jié)。在項目組成員完成綜合設(shè)計項目后，采用集中的方式進(jìn)行答辯。學(xué)生事先準(zhǔn)備好相關(guān)PPT，介紹整個綜合設(shè)計項目的整體方案、硬件構(gòu)成、軟件流程及軟件功能，在實訓(xùn)過程中遇到的問題及相應(yīng)的解決辦法。學(xué)生陳述后，由企業(yè)工程師和指導(dǎo)老師對學(xué)生答辯情況進(jìn)行提問，通過答辯交流，使學(xué)生找出實訓(xùn)工作中的優(yōu)點與不足。

提交綜合設(shè)計實訓(xùn)報告。學(xué)生在完成綜合設(shè)計項目后，需要提交相應(yīng)的實訓(xùn)報告。整個實訓(xùn)報告應(yīng)包括系統(tǒng)綜合翻十要求、實訓(xùn)目的、整體方案、硬件選型、軟件流程圖、軟件功能、調(diào)試與測試過程、實訓(xùn)總結(jié)等8個方面。要求項目組成員實訓(xùn)總結(jié)報告主體不能相同。在電氣專業(yè)綜合設(shè)計結(jié)束后，指導(dǎo)教師對教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行總結(jié)與分析，從而找出其中的優(yōu)點與不足。對于優(yōu)點進(jìn)行保留，對于綜合設(shè)計過程中存在的不足，通過相互之間的交流，形成改進(jìn)措施，以便進(jìn)一步提高綜合設(shè)計實訓(xùn)效果。

電氣專業(yè)綜合設(shè)計的考核方式改革。由于CDIO工程教育模式，重在培養(yǎng)學(xué)生的工程理念，提高學(xué)生的實踐能力，創(chuàng)新精神和團(tuán)隊協(xié)作能力。因此在電氣專業(yè)綜合設(shè)計考核時，采用項目組成員互評、系統(tǒng)方案、設(shè)計成績、答辯成績、實訓(xùn)報告5部分組成。成員互評成績來自同一個項目組成員之間的互評；系統(tǒng)方案成績來自企業(yè)工程師對項目的評價；設(shè)計成績和實訓(xùn)報告成績來自指導(dǎo)教師；答辯成績由指導(dǎo)教師和企業(yè)工程師共同給出。

通過對電氣專業(yè)綜合設(shè)計過程與結(jié)果的在普通班和中俄合作辦學(xué)班的對比，中俄合作班學(xué)生的電氣專業(yè)綜合設(shè)計的質(zhì)量與難度都有了不同的提高，而且綜合設(shè)計項目完成較好。同時由于CDIO工程教育理念在中俄合作班中的引入，使學(xué)生較好的融入了“構(gòu)思（Conceive）一設(shè)計（Design）一實現(xiàn)（Implement）一運作（Operate）”的工程理念，為其今后的學(xué)習(xí)與工作奠定了良好的團(tuán)隊協(xié)作與分工的理念。endprint