面向新工科的CDIO模式電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

孫惠英 南余榮

[摘 要] 以面向新工科建設(shè)的工程教育改革為指導(dǎo)，以CDIO工程教育理念為基石，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)設(shè)備對電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了持續(xù)不斷的改革和探索，并對CDIO項(xiàng)目驅(qū)動模式電工電子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、教學(xué)過程進(jìn)行中多元化考核等問題進(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞] 新工科;CDIO;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[基金項(xiàng)目] 2019年第一批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“面向新工科的CDIO電子工藝實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)體系（杭州英聯(lián)科技）”

[作者簡介] 孫惠英（1972—），女，山東人，浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院講師，主要從事電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)理論與教學(xué)研究;南余榮（1965—），男，浙江人，浙江工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院教授，主要從事電力電子理論與教學(xué)研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）40-0385-02? ? [收稿日期] 2020-07-12

一、新工科建設(shè)和CDIO教育理念

目前第四次工業(yè)革命對創(chuàng)新性人才和復(fù)合型高級工程技術(shù)人才的需求大幅度增長，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題和創(chuàng)新能力是工科高等院校面臨的首要問題。為了改變工科高等院校的教育觀念、教學(xué)模式，教育部開展了中國工程教育專業(yè)認(rèn)證、CDIO特色專業(yè)建設(shè)、新工科建設(shè)、卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃等多項(xiàng)工程教育改革項(xiàng)目[1，2]，重點(diǎn)在引導(dǎo)工科高等院校培養(yǎng)學(xué)生的知識綜合運(yùn)用能力、自主研究思維能力、動手操作能力和創(chuàng)新思維能力。CDIO工程教育理念是近年來國際工程教育專業(yè)改革的成果，是將構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate）融為一體的新型工程教育模式。這種教育模式以工程實(shí)際項(xiàng)目案例開展課堂教學(xué)，在教學(xué)過程的實(shí)施中培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析和解決問題的能力及創(chuàng)新能力，加強(qiáng)學(xué)生對知識的檢索、查閱、自學(xué)和綜合運(yùn)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新意識，讓學(xué)生有更加廣闊的創(chuàng)新思維空間。2016年教育部提出了新工科建設(shè)。目前工科高等院校都在積極推進(jìn)新工科建設(shè)工作[1-3]，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革都在進(jìn)行持續(xù)不斷的探索和實(shí)踐，而在深化工程教育改革的過程中還有許多問題亟待解決。

二、新工科建設(shè)指引下的CDIO模式電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

電工電子類課程實(shí)驗(yàn)是電類專業(yè)的必修基礎(chǔ)課，現(xiàn)有的電工電子實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目配合理論教學(xué)內(nèi)容設(shè)置，側(cè)重理論知識的驗(yàn)證和操作?，F(xiàn)在工科高校面臨全國性的工程教育專業(yè)認(rèn)證，工程教育專業(yè)認(rèn)證側(cè)重考察教學(xué)中如何保障和提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的6種能力：通過觀察提出問題的能力;運(yùn)用所學(xué)知識、查閱文獻(xiàn)并獨(dú)立分析問題的能力;綜合運(yùn)用多種理論基礎(chǔ)知識和技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力;運(yùn)用多種技術(shù)工具進(jìn)行工程實(shí)踐的能力;團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流的能力;個人的創(chuàng)新能力。而CDIO的項(xiàng)目驅(qū)動模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以準(zhǔn)確地解決上述問題，所以在工科院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對CDIO實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目越來越重視[3-5]。結(jié)合新工科建設(shè)和CDIO工程教育理念，筆者所在的高校最近幾年在電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和設(shè)備對電工電子類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了持續(xù)不斷的改革和探索。在電工學(xué)、電路原理、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電路與數(shù)字邏輯、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)等電類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中嘗試采用CDIO的項(xiàng)目驅(qū)動模式進(jìn)行了教學(xué)改革的探索。改革后實(shí)驗(yàn)課程是讓學(xué)生能夠通過類似工程項(xiàng)目的實(shí)際訓(xùn)練，形成一種工程項(xiàng)目開發(fā)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作的思維，并內(nèi)化為項(xiàng)目運(yùn)營的能力，學(xué)有所用。基于CDIO理念的項(xiàng)目驅(qū)動式電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要的學(xué)時數(shù)比以往的常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要多，在工程教育專業(yè)認(rèn)證的過程中，學(xué)校、學(xué)院修訂了電類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的大綱和培養(yǎng)計(jì)劃，增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時數(shù)，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)從8學(xué)時變?yōu)?6學(xué)時，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)也從8學(xué)時變?yōu)榱?6學(xué)時，模擬電子技術(shù)大型實(shí)驗(yàn)在2017年改為模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，數(shù)字電子技術(shù)的大型實(shí)驗(yàn)也已經(jīng)改為課程設(shè)計(jì)類型。有了這些電類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)學(xué)時的支持，電工電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程選擇部分班級進(jìn)行了多次CDIO理念下的項(xiàng)目驅(qū)動模式的教學(xué)改革。在此基礎(chǔ)上選擇部分班級對后續(xù)的電子工藝實(shí)習(xí)課程也開展了CDIO模式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)改革。在指導(dǎo)CDIO模式實(shí)驗(yàn)的過程中教師及時了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目動向，積極的引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生堅(jiān)持不懈地進(jìn)行探索、分析、討論，用靈活的實(shí)驗(yàn)室開放機(jī)制保障學(xué)生可以在課外到電工電子中心的各個實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)。每年的校級、院級教改項(xiàng)目對電工電子等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的本科教學(xué)改革都有所偏重，為面向新工科的CDIO模式電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了保障。筆者所在的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的電工學(xué)實(shí)驗(yàn)、電路實(shí)驗(yàn)室、模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、軟件實(shí)驗(yàn)室、電子工藝實(shí)習(xí)基地等電類實(shí)驗(yàn)室，在學(xué)期中、暑假都對全校師生全面開放。信息工程學(xué)院、計(jì)算機(jī)學(xué)院、機(jī)械工程學(xué)院等都大力開展課外科技活動，每年組織一百多名師生參加智能小車、機(jī)器人、大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽等多種學(xué)科競賽。這些措施都有效的保障和推進(jìn)了CDIO模式電工電子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)改革的進(jìn)程。

三、CDIO理念在電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

隨著CDIO項(xiàng)目驅(qū)動模式電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的推進(jìn)，教師、學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室管理工作都變得更加繁重和復(fù)雜，一些問題也漸漸暴露出來[4-6]，主要問題有：（1）學(xué)生主動參與的積極性問題。CDIO實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目綜合性較強(qiáng)，所需的理論知識、完成的時間、對學(xué)生的要求等都比較高，學(xué)生有畏難心理，能積極主動參與的學(xué)生數(shù)量不多。為了解決這個問題筆者在電子工藝實(shí)習(xí)的課程中引入CDIO實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時沒有讓學(xué)生自由選擇，而是選擇幾個班級同時推進(jìn)，學(xué)生剛開始有畏難情緒，但是完成后學(xué)生普遍反映收獲比較大。（2）CDIO模式實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師問題。CDIO項(xiàng)目驅(qū)動模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，難度增加，涉及的知識面較寬，教師在實(shí)施教學(xué)工作量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在而現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作量計(jì)算機(jī)制中CDIO實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中教師投入的巨大工作量在計(jì)算時體現(xiàn)不出來，使得實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師對CDIO模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有積極性，目前只能以教改立項(xiàng)的方式來加以推進(jìn)。（3）CDIO模式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核問題。傳統(tǒng)常規(guī)的電工電子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的考核側(cè)重實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，而CDIO模式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在考核時必須構(gòu)建一個多元化的考核方法，將考核貫穿于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作的每個環(huán)節(jié)，在實(shí)驗(yàn)過程中觀察學(xué)生解決的手段和方法、采取的措施、對知識的綜合運(yùn)用等方面以便進(jìn)行全面的考核，對學(xué)生工程技術(shù)能力給予客觀公正的全面評價。（4）實(shí)驗(yàn)室管理問題?；贑DIO理念的電工電子實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在運(yùn)行過程中，存在著課內(nèi)實(shí)驗(yàn)時間不夠需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室開放時自行補(bǔ)充時間的問題，為了解決這個問題筆者所在的電工電子中心的所有電類實(shí)驗(yàn)室面向全校師生全面開放。但是由于CDIO實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容比常規(guī)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多而且復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)對象的多層次和多專業(yè)相對較為分散等許多問題，給實(shí)驗(yàn)室的安全、有效管理、儀器設(shè)備維修費(fèi)、耗材費(fèi)用增加等新問題[5]。

四、結(jié)語

面向新工科的電工電子實(shí)驗(yàn)課程CDIO項(xiàng)目驅(qū)動模式教學(xué)改革是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。CDIO實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要高水平的師資，必須建立合適的激勵機(jī)制以鼓勵老師不斷豐富CDIO實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容，需要適用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的硬件環(huán)境，需要有配套管理模式來支持。在以后的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必須通過不斷地摸索、總結(jié)來豐富和完善CDIO模式的電工電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，以工程項(xiàng)目驅(qū)動的模式來培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜的工程問題能力和創(chuàng)新能力，以便適應(yīng)高校教學(xué)的未來發(fā)展趨勢，深化并大力推進(jìn)工程教育的改革已應(yīng)對第四次工業(yè)革命的挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

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