CDIO理論在《電機(jī)拖動基礎(chǔ)》實驗課程中的應(yīng)用

摘要：“電機(jī)與拖動基礎(chǔ)”課程與實際接觸緊密，理論性強(qiáng)、抽象概念多，學(xué)生難于理解與掌握，致使學(xué)習(xí)興趣低，教學(xué)效果差。為此，基于CDIO工程理論進(jìn)行了該實驗課程的教學(xué)改革。將這種教學(xué)思路應(yīng)用在電氣專業(yè)2005--2008級學(xué)生的教學(xué)中，結(jié)果證明教學(xué)效果有了較大的提高。在當(dāng)代提倡理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)模式中，教學(xué)思路對于各高校講授“電機(jī)與拖動基礎(chǔ)”實驗課程具有一定輻射示范作用。

關(guān)鍵詞：電機(jī)與拖動基礎(chǔ)；實驗教學(xué)；CDIO理論

中圖分類號：G640 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1671--7740(2010)02--0151--03

引言

“電機(jī)與拖動基礎(chǔ)”是電氣工程自動化及相關(guān)專業(yè)的一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，在其專業(yè)學(xué)習(xí)中占有相當(dāng)重要的地位。同時，該課程又可作為一門獨(dú)立的技術(shù)應(yīng)用課，直接為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。該課程既有較強(qiáng)的理論性又有很強(qiáng)的應(yīng)用性，其既有理論基礎(chǔ)課的性質(zhì)又有技術(shù)專業(yè)課的特點，在分析電機(jī)拖動系統(tǒng)的各種平衡關(guān)系時還要涉及到電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)及熱學(xué)等方面的定律，又使其具有綜合性、復(fù)雜性的特點。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程時普遍反映難理解、難接受。為使學(xué)生能更好地掌握本課程知識，并能在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的能力，必須根據(jù)該課程的特點進(jìn)行教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的改革，真正擺脫傳統(tǒng)教育模式影響。按照素質(zhì)教育與創(chuàng)新教育的思路，培養(yǎng)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)方法和創(chuàng)新意識。本文應(yīng)用CDIO工程理論對該課程的實驗環(huán)節(jié)進(jìn)行了教學(xué)思路的改革。

一、CDIO工程理論

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2 000萬美元巨額資助，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是構(gòu)思(coneelve)，設(shè)計(Design)，實現(xiàn)(Imple-ment)，運(yùn)作(Operate)4個英文單詞的縮寫。它以工程項目(包括產(chǎn)品、生產(chǎn)流程和系統(tǒng))從研發(fā)到運(yùn)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(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美二十多年以來的工程教育大改革的理念，更重要的是還提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面的實施指導(dǎo)(包括培養(yǎng)計劃、教學(xué)方法、師資、學(xué)生考核、學(xué)習(xí)環(huán)境)以及實施過程和結(jié)果檢驗的12條標(biāo)準(zhǔn)，具有可操作性。

二、加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生的實踐應(yīng)用技能

在市場經(jīng)濟(jì)條件下，用人單位對勞動力的選擇已不再只憑一張文憑，而是在很大程度上看其是否具有一定的實際動手能力。因此，提高學(xué)生實踐能力是本科教育的重中之重，要加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)理論與實踐的互動。為此，實踐教學(xué)也要做相應(yīng)的調(diào)整或改革。本文基于CDIO工程理論提出了一套實踐改革方案，分如下幾個過程。

1 調(diào)整實驗過程，由感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識

在多年的電機(jī)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生缺乏對電機(jī)的感性認(rèn)識，致使教師在講解其結(jié)構(gòu)、繞組等各部分組成及工作原理時，學(xué)生們因摸不著頭腦而產(chǎn)生畏難情緒，教學(xué)效果不理想。為了能使學(xué)生在學(xué)習(xí)電機(jī)理論時對其實物先有一個感性認(rèn)識，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)某部分理論課前先到實驗室，結(jié)合實物講解它的結(jié)構(gòu)、繞組等各部分組成。這樣由直觀的物理現(xiàn)象再通過課堂教學(xué)上升到理論分析，克服了學(xué)生以前被動盲目地接受理論的狀態(tài)，使抽象的理論變得直觀易懂。最后學(xué)生在正確理論指導(dǎo)下自己動手進(jìn)行實驗。加深了對理論的理解。例如，在講解電機(jī)前首先讓學(xué)生到實驗室對拆開的電機(jī)的每個部件進(jìn)行感性認(rèn)識，這樣在進(jìn)行理論學(xué)習(xí)時就會和實物聯(lián)系起來，使抽象的理論變得生動具體而增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣。

2 配備先進(jìn)的實驗設(shè)備，寓教于樂

為了增強(qiáng)學(xué)生對實物的直觀性、感性認(rèn)識，實驗室購買一批外殼透明的小型實物模型，通電后能正常運(yùn)行。使學(xué)生能夠清晰地看到電機(jī)的各個部件以及電機(jī)磁極、繞組、電刷等部件在實際工作中的相互配合和運(yùn)行情況。雖然這些模型與實際電機(jī)之間還存在一定差距，但對學(xué)生理解電機(jī)工作原理有著極大的幫助。另外，增加實驗設(shè)備的套數(shù)，由原來的1～2人一組提高到1人一組，要求同學(xué)都能自始至終地自己動手操作并圓滿完成實驗任務(wù)。既培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的實驗方法和操作技能，又起到理論教學(xué)與生產(chǎn)實際的聯(lián)系作用。

3 改進(jìn)實驗教學(xué)方法，注重提問，加強(qiáng)引導(dǎo)

在學(xué)生開始動手實驗前進(jìn)行的講解，除了根據(jù)實驗指導(dǎo)書結(jié)合實驗室具體的電機(jī)、電器等實驗設(shè)備將實驗指導(dǎo)書中相關(guān)的術(shù)語向同學(xué)們講解清楚，強(qiáng)調(diào)重點、難點和安全操作注意事項外。在實驗的過程中結(jié)合實驗現(xiàn)象對學(xué)生提出一些問題，并與考核成績掛鉤，促使學(xué)生在實驗前認(rèn)真做好預(yù)習(xí)，避免盲目性。讓學(xué)生帶著問題在實驗過程中邊思考、邊結(jié)合實際操作及實驗結(jié)果進(jìn)行分析，加深對理論知識的認(rèn)識、理解和鞏固。

在實驗過程中，學(xué)生常常會遇到這種情況：即有的同學(xué)在實驗時往往會將所學(xué)的理論知識與實際操作中遇到的現(xiàn)象聯(lián)系不起來，只是按指導(dǎo)書的要求進(jìn)行機(jī)械的操作和記錄。故在指導(dǎo)學(xué)生實驗過程中采用啟發(fā)式教學(xué)方法，不直接回答學(xué)生的提問，而是提示或啟發(fā)學(xué)生自己思考，盡量能夠讓他們自己得出正確答案。這樣，不僅可以激發(fā)學(xué)生上好實驗課的興趣，而且還可以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

4 設(shè)置虛擬仿真實驗，增加實驗的有效時間

將計算機(jī)仿真引入到課程教學(xué)中來開發(fā)虛擬實驗，使學(xué)生能在計算機(jī)上做實驗，在計算機(jī)上研究各種電路和系統(tǒng)，并且可以任意地在計算機(jī)上設(shè)計、修改電路和系統(tǒng)，且立即看到所設(shè)計電路或系統(tǒng)運(yùn)行的效果，不僅可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，加深學(xué)生對理論的認(rèn)識，更重要的是掌握了一種現(xiàn)代設(shè)計分析手段，使學(xué)生可以利用這方法研究開發(fā)新的系統(tǒng)和裝置。對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)可以起重要的促進(jìn)作用。目前常見的拖動控制仿真軟件有PSPICE、MATLAB等，這些軟件各有優(yōu)點，其中以MATLAB的應(yīng)用更為廣泛，在自控理論和其它課程中都有應(yīng)用，MATLAB在電路和控制的連接中較方便，虛擬實驗主要在MATLAB上開發(fā)。

5 轉(zhuǎn)變考核方式，發(fā)揮學(xué)生主觀能動性

轉(zhuǎn)變實驗考核方式分以下幾個部分：

(1)上交報告，期末學(xué)生交一份有針對性知識的實驗總結(jié)，包含本知識點的基本概念、基礎(chǔ)知識，要求重點突出、覆蓋面廣及實驗構(gòu)思、設(shè)計、實現(xiàn)、運(yùn)行的全過程。這樣的考試調(diào)動了大家的積極性，同學(xué)們以極大的熱情投入到這次考試中，自主學(xué)習(xí)、自覺參與的積極性得到充分發(fā)揮；(2)開展答辯形式，教師對學(xué)生所學(xué)知識內(nèi)容進(jìn)行隨即考察。由于答辯內(nèi)容涉及面廣，學(xué)生必須全面仔細(xì)地復(fù)習(xí)才行。通過此方式，老師可以加深對同學(xué)的了解，掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的真實情況，評分相對比較公正，消除了考試作弊的不良現(xiàn)象；(3)考核實驗技能，《電機(jī)與拖動基礎(chǔ)》是實踐性較強(qiáng)的課程，筆試、答辯考試只能反映學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)狀況，而實際動手操作能力和應(yīng)用能力無法衡量，將實驗作為考核要求，可以督促學(xué)生在平時的實驗中認(rèn)真對待，掌握常用實驗設(shè)備、儀器的正確的使用方法，掌握常用電機(jī)實驗的基本方法，并設(shè)計電機(jī)實驗及綜合應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行綜合性實驗，提高實驗效率。

6 加強(qiáng)校外實習(xí)基地的開發(fā)建設(shè)，提供用武之地

實習(xí)基地是實踐性教學(xué)的載體，要真正體現(xiàn)專業(yè)特色和水平，體現(xiàn)先進(jìn)性、配套性和實用性，形成教學(xué)、實習(xí)、生產(chǎn)一體化。在充分利用校內(nèi)現(xiàn)有實習(xí)基地的同時，應(yīng)及時把目光投向校外。電機(jī)幾乎是所有工業(yè)企業(yè)、公司必不可少的動力設(shè)備，這就為校外實習(xí)基地的開發(fā)建設(shè)提供了廣闊的空間。以方便、實際、先進(jìn)為原則，聯(lián)合一批企業(yè)、公司，每年按計劃、按比例安排學(xué)生進(jìn)行實習(xí)。這樣不僅給企業(yè)和公司帶來了效益，節(jié)約了資金，而且使學(xué)生得到了鍛煉，積累了經(jīng)驗，提高了能力，為將來走向社會打下良好的基礎(chǔ)。

三、總結(jié)

通過以上教學(xué)思路的改革和應(yīng)用，我校電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程過程中理論與實踐均有明顯提高，實施前后比較見下表。雖然教學(xué)效果有了明顯提高，但是限于學(xué)校條件的要求，并沒有購進(jìn)外殼透明的實物模型，同時虛擬實驗項目較少，有待將來進(jìn)一步設(shè)計更多的實驗項目。幾年來，通過對《電機(jī)與拖動基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革，取得了較好的教學(xué)效果，加大了課堂教學(xué)的信息量，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生的實際動手能力，調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，為今后培養(yǎng)應(yīng)用型人才打下了一定的基礎(chǔ)。本門課中采用CDIO方法教學(xué)，取得突出成果。通過基于項目的學(xué)習(xí)，學(xué)生普遍稱贊學(xué)到了真本事，增強(qiáng)了自學(xué)和解決問題以及研發(fā)、團(tuán)隊工作和溝通的能力。

同時，教學(xué)改革是一項長期而艱巨的任務(wù)，還有大量工作等待今后去做。如今我國和國外的技術(shù)交往、合作越來越密切，不但需要我們的學(xué)生有豐富的專業(yè)知識，還要有較高的實踐應(yīng)用能力。這就需要我們在專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)中也能有所突破，要根據(jù)學(xué)校的要求，逐步過渡到以實踐能力培養(yǎng)為導(dǎo)向教學(xué)，以適應(yīng)新的教育形勢需要。