基于CDIO的應用型地方本科院校電學教育改革研究

藺超文 汪菊

摘 要 對應用型地方本科院校電學教育的特點進行了分析，闡述了CDIO工程教育模式與我國創(chuàng)新型技術(shù)人才培養(yǎng)的關系，從綜合性課程體系的構(gòu)建、課堂教學方法創(chuàng)新、教學環(huán)境完善、教師素質(zhì)培養(yǎng)、考核與評價制度建設五個方面介紹了了CDIO工程教育模式改革的具體措施。

關鍵詞 CDIO模式 電學 教育改革 應用型地方本科院校

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.05.022

Abstract This paper analyzes the characteristics of electronic education in local undergraduate colleges and universities， and discusses the relationship between the CDIO engineering education model and the cultivation of innovative technical talents in China， from the construction of a comprehensive curriculum system， the innovation of classroom teaching methods， the improvement of teaching environment， and the quality of teachers training， assessment and evaluation system construction five aspects introduced the specific measures for the reform of the CDIO engineering education model.

Keywords CDIO mode； electricity education； education reform； applied local college

電學是普通本科院校機械類、電子信息類、計算機類和自動化類等專業(yè)的學科基礎，課程知識點多、信息量大、概念抽象、實踐性和工程應用型很強，學生在學習時容易感到困難，從而產(chǎn)生畏懼、厭學、棄學等現(xiàn)象；而在教師教學上，也極易出現(xiàn)理論教學與實踐教學相分離，重理論而輕應用等問題。[1]而應用型地方本科院校人才的培養(yǎng)目標在于培養(yǎng)能夠服務于生產(chǎn)一線的應用型、復合型和創(chuàng)新型人才，因此對傳統(tǒng)電學類課程的教學策略、教學模式和教學方法必須進行深化改革和創(chuàng)新，真正培養(yǎng)出專業(yè)知識基礎扎實、創(chuàng)新能力強、實踐動手能力過硬、真正能夠做到學有所用、學以致用、用有所成的高素質(zhì)應用型人才；真正增強地方高校為區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展服務的能力，為行業(yè)企業(yè)技術(shù)進步服務的能力，為學習者創(chuàng)造價值的能力。[2]

1 CDIO教育模式與應用型人才培養(yǎng)的關系

1997年，CDIO在麻省理工學院的航空/航天戰(zhàn)略計劃中首次提出，到2014年，全球已經(jīng)有超過107所大學采用了CDIO教學模式。[3]其教育的目標在于通過對實際系統(tǒng)、工序或產(chǎn)品的構(gòu)思（Conceive）——設計（Design）——實現(xiàn)（Implement）——運作（Operate）過程的學習來強化學生的基礎工程實踐能力，[4]它是一種基于“通過實踐學習”和“基于項目的教學和學習”的教學模式，強調(diào)學生的主動學習，引導學生在復雜而真實的現(xiàn)實場景中通過自主探索和相互合作去工程知識和經(jīng)驗。

CDIO的教育模式是西方發(fā)達國家典型的應用型人才培養(yǎng)模式，是對美國的“回歸工程”模式和技術(shù)準備模式的繼承和發(fā)揚。[5]在此模式中，學生能夠充分參與到從產(chǎn)品的創(chuàng)意到產(chǎn)品的實際運行的整個生命周期過程，能夠讓學生體驗到各學科知識間的交叉、課程間的相互聯(lián)系、理想與現(xiàn)實之間的差別，一方面可以提高學科基礎知識的學習效果，另一方面可以提高學生的實踐動手能力、自學能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力；同時，學生在此過程中可以真實的體驗到實際產(chǎn)品設計的艱辛和樂趣、與團隊成員相互協(xié)作、共同進步的好處，有利于學生職業(yè)道德的塑造和團隊精神的建立，為學生畢業(yè)后順利融入不同企業(yè)文化環(huán)境、盡快轉(zhuǎn)變角色踏上專業(yè)工程師的職業(yè)道路奠定基礎。

CDIO工程教育模式理念符合我國應用型本科教育對應用型、復合型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的理念。作為地方型工科院校，進行CDIO工程教育模式的教學改革，將有助于我國的應用型大學本科教育更好地借鑒國際上先進的工程教育研究成果，推進我國的應用型本科教育從傳統(tǒng)的課堂教學方式轉(zhuǎn)向工程教學方式，提高我國應用型人才培養(yǎng)的質(zhì)量。[6]

2 基于CDIO工程教育模式的電學類課程改革措施

應用型地方本科院校對畢業(yè)生的培養(yǎng)更要注重學生的工程實踐能力的提升，使學生能夠在由社會環(huán)境、經(jīng)濟環(huán)境、歷史環(huán)境、人文環(huán)境、技術(shù)環(huán)境、政治環(huán)境等組成的復雜背景下學習知識和經(jīng)驗，掌握工程產(chǎn)品設計的技能和處理現(xiàn)代團隊協(xié)作關系的技巧。同時，為更好地服務地方經(jīng)濟和社會的發(fā)展，在對電學類課程傳統(tǒng)教育教學模式進行改革時，要吸取地方發(fā)展的特色，積極融入以地方經(jīng)濟的支撐行業(yè)和特色行業(yè)為主體的發(fā)展領域，為地方培養(yǎng)全面的、成熟的、有思想的合格創(chuàng)新人才。

2.1 優(yōu)化教學內(nèi)容，建立基于工程實踐的綜合性課程體系

工程項目設計驅(qū)動是CDIO教育模式的突出特點，基于這一教育理念，在教學改革中，重新對電學類課程的知識點進行梳理，以實際工程設計項目為依據(jù)，將課程知識進行優(yōu)化組合，注重教學內(nèi)容的實用性和工程性，同時要充分考慮到學生的知識水平和基礎能力，對課程內(nèi)容進行合理的增減和調(diào)整。以項目設計為導向、能力培養(yǎng)為目標，通過多個實際工程項目的設計將整個課程體系有機的、系統(tǒng)的結(jié)合起來。

課程項目的設計是基于CDIO教育模式課程改革的關鍵。項目的設計首先要基于教學計劃中對電學類課程知識點的要求，依據(jù)長期總結(jié)出來的知識學習的一般規(guī)律來安排項目的完成順序；其次，每個項目的設計要注重層次性，有基礎性項目設計，也有擴展性項目設計，以滿足不同學習層次學生的需求；第三，項目的設計要注重實踐性、可行性、安全性和經(jīng)濟性，設計的項目中要充分體現(xiàn)“構(gòu)思-設計-實施-運作”這一完整的工程產(chǎn)品生命周期，項目在技術(shù)上是科學的、可行的，要能夠做出實際的裝置或系統(tǒng)，項目中要安排足夠的實踐過程，要合理安排驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗的任務總量和比例，實踐或?qū)嶒瀮?nèi)容安全，不易對學生、設備等產(chǎn)生安全事故，項目實現(xiàn)過程花費的經(jīng)濟成本要適當；第四，項目的設計要能夠體現(xiàn)管理，溝通和團隊合作等軟技能的培養(yǎng)；最后，項目的設計要考慮教學過程的進度，時間上要合理。同時，為了順利進行工程項目實踐教學，要充分考慮本學校所能提供的資源是否能夠滿足教學需求，這些資源包括教學設備、教學場所、教師隊伍、文獻資料資源等。

2.2 以學生為中心，教師為主導，創(chuàng)新課堂教學新方法

為充分體現(xiàn)CDIO教育模式的優(yōu)勢，激發(fā)學生學習興趣，讓學生能夠在實踐中主動領略出工程技術(shù)之美，在教學方法和手段的改革中，要樹立以學生為中心的教育理念，從“以教師為中心，灌輸式的理論教學”方式，轉(zhuǎn)變成“以學生為中心，探究式、問題式、實踐式知識學習”方式。教師在以工程項目為主的教學方法中，要從傳統(tǒng)的課堂“表演者”，相對退居幕后，成為教學過程的“導演者”；學生則從知識的被動接受者，轉(zhuǎn)變成知識的發(fā)現(xiàn)者和創(chuàng)造者。

電學類課程實施項目教學時，教師的主要任務在于充分考慮學生的承受能力和項目實施過程中可能發(fā)生的問題，提出項目任務要求和考核辦法，引導學生去思考、去研討、去嘗試，幫助學生找到完善自身知識體系和方法和途徑。教師根據(jù)電學類課程教學大綱和教學計劃的要求，將制定好的課程項目按照知識的銜接關系和項目實現(xiàn)的難易程度分批布置，對每個項目可能涉及的知識點和相關注意事項進行預先點撥，并以實際的工業(yè)產(chǎn)品照片、視頻或者實物等形式，對項目產(chǎn)品進行功能和原理性演示，以使學生在頭腦中盡快建立工業(yè)產(chǎn)品的概念和相關知識體系的框架，使學生學習的方向性和主動性獲得較大提高。學生在項目實踐學習過程中處于主體地位，依據(jù)具體實踐項目的特點，按照“構(gòu)思-設計-實施-運作”的工程實踐模式，自主形成“強-強結(jié)合”、“強-弱結(jié)合”、“弱-弱結(jié)合”的團隊結(jié)構(gòu)，每組人數(shù)不能超過3人。各小組自主選拔各組組長、查閱文獻資料、分析項目任務、小組討論、形成方案、進行項目設計、選擇元器件、完成硬件電路制作和調(diào)試、進行項目總結(jié)等全過程工作。[7]

2.3 融合現(xiàn)代教學技術(shù)手段，構(gòu)建全方位教學環(huán)境

CDIO工程教育模式的高度實踐性對教學手段也提出了較高的要求，教師在進行教學方法創(chuàng)新的同時，要不斷學習，充分利用先進的教學手段以提高工程實踐教學效果。

（1）利用新媒體技術(shù)。在進行電學類課程教學時，教師一方面要繼續(xù)深入挖掘多媒體技術(shù)的優(yōu)勢和潛力，通過精心準備和設計，運用先進手段，創(chuàng)作出嚴謹而豐富的電子課件，以圖片、文字、聲音、影像、虛擬現(xiàn)實技術(shù)作品（VR）、三維動畫等媒介形式，使教學內(nèi)容化繁為簡，化宏觀為微觀，化微觀為宏觀，形象生動地傳遞教學內(nèi)容。另一方面要充分發(fā)揮網(wǎng)絡教學平臺的功能，采取自主研發(fā)或與引進相結(jié)合的方法，構(gòu)建基于校園網(wǎng)的電學類網(wǎng)絡課程，以網(wǎng)絡電視、虛擬社區(qū)、微課、慕課等教學方式，為學生提供自學、資料下載、課外輔導和答疑等服務；教師要靈活使用基于手機的媒體功能，采用博客、微博、播客、微信、聊天軟件等搭建與學生間的互動和溝通，實時掌握學生的學習進度和效果。

（2）利用虛擬仿真技術(shù)。電子電路的虛擬仿真技術(shù)正好可以彌補傳統(tǒng)課堂理論教學的這一缺陷，它可以替代電學類實驗室中多種傳統(tǒng)的儀器和元器件，實現(xiàn)基于計算機的電子電路輔助設計、分析和仿真，使主講教師可以一邊進行理論知識的講解，一邊在仿真軟件中搭建電路、運行并仿真?？梢杂糜陔妼W類課程虛擬仿真實驗的軟件平臺很多，如美國加州大學的PSpice仿真軟件、歐洲D(zhuǎn)esignSoft Kft.公司的Tina Pro仿真軟件、匈牙利Designsoft公司的Edison（愛迪生）仿真軟件、美國NI公司的MultiSIM仿真軟件和英國Lab Center Electronics的Proteus仿真軟件等，它們各有特點，對使用者的能力要求也有區(qū)別，應結(jié)合課程的要求和學生的學習能力進行選用。

2.4 加強教師全面素質(zhì)培養(yǎng)，提升CDIO教學能力

由于多方面的原因，應用型地方本科院校的教師引進方式一般同其他普通本科院校基本一致，對引進人員的職稱、學歷和畢業(yè)院校等外在因素看得過重，而對其工程實踐能力、思想道德、學識水平、工作能力和發(fā)展?jié)摿Φ确矫娌粔蛑匾?。[7]為解決教師工程經(jīng)驗缺乏的問題，一方面要加強“雙師雙能型”教師隊伍建設，調(diào)整教師結(jié)構(gòu)，在教師引進時突出對人才的工程能力和實踐經(jīng)驗的評估，積極引進行業(yè)公認專才，或聘請企業(yè)優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才、管理人才和高技能人才作為專業(yè)建設帶頭人、擔任專兼職教師；另一方面可有計劃地選派青年教師到企業(yè)的生產(chǎn)一線掛職工作，通過有針對性的學習、實踐、專業(yè)進修、培訓和學術(shù)交流等形式提高教師的理論與實踐水平。

2.5 完善評價制度，立體化考核學習效果

在考核方式上，改革以往傳統(tǒng)的期末閉卷理論考試的單一形式，根據(jù)工程項目實踐教學的特點，可采用多種靈活的考核方式，如采用項目總結(jié)報告、項目答辯、期末測驗相結(jié)合的方式，突出實踐過程成績在總成績中所占比重，引導學生重視平時的學習積累，消除傳統(tǒng)考核時學生集中突擊學習的弊?。灰部梢圆捎闷綍r考核+期末專題設計和匯報的形式，或者采用平時的項目考核+理論考試+實踐操作考核的形式等。為增強學生對考核評價工作的參與度，可以組織學生先自評、再互評、最后再結(jié)合教師評價進行綜合打分；而評價教師的主體組成中，除了任課教師外，應該適當引進項目技術(shù)中可能涉及到的其他學科的教師，或者是聘請的相關企業(yè)中的兼職導師和專門技術(shù)人才，以使評價更全面，更能為學生后續(xù)的學習提出良好的建議。

3 結(jié)語

作為應用型地方本科院校，把CDIO工程教育理念引入到電學類課程的教學中，有助于應用型本科教育從傳統(tǒng)的課堂講授式教學向工程實踐式教學的轉(zhuǎn)變，更好的培養(yǎng)出高質(zhì)量的、符合行業(yè)和社會發(fā)展需要的、綜合性應用型人才。通過我校CDIO工程教育模式在電學類課程改革中的實踐證明，學生在此教育模式下激發(fā)出了極大的學習興趣，逐步改變了消極被動的狀態(tài)，變得有活力、愛提問、更主動、學習的目的性更強，在實踐動手能力、分析和解決問題的能力、創(chuàng)新能力、團隊協(xié)作能力和人文素質(zhì)等方面均得到有效增強。基于CDIO理念的工程教育模式為學生踏上專業(yè)工程師之路構(gòu)建了良好的環(huán)境。

參考文獻

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[2] 教育部、國家發(fā)展改革委、財政部關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉(zhuǎn)變的指導意見[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A03/moe_1892/moe_630/201511/t20151113_218942.html，2015.10.23.

[3] Takemata K..Engineering project-based learning under the CDIO concept[C].IEEE International Conference on Teaching， Assessment and Learning for Engineering （TALE），August，2013.

[4] Edward F.Crawley.Rethinking Engineering Education：The CDIO Approach[M].Springer-Verlag New York Inc.

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