基于CDIO教育理念的航空電子實驗課程開發研究

摘要：針對現在航空電子實驗課程重理論輕實踐的不足，提出基于CDIO工程教育改革要求的實驗課程設計思路。以空客A320導航系統為例，結合課堂所學專業知識和航線維護工程實踐的基本工作，以認知類、操作類、綜合類三個層次遞進進行實驗課程設計，以鍛煉學生的實際動手能力和應用所學解決工程實際問題的能力、提高學生的綜合素質。

關鍵詞：CDIO工程教育；航空電子專業；實驗開發

作者簡介：秦慶霞（1985-），女，山東濰坊人，中國民航大學航空自動化學院，助教。（天津 300300）郝瑞（1981-），女，甘肅隴南人，深圳航空公司維修工程部，高級工程師。（廣東 深圳 518128）

基金項目：本文系天津市高等學校本科教學改革與質量工程研究計劃項目“基于CDIO工程教育的電子信息工程專業實驗教學綜合改革”（項目編號：D02-0807）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0164-02

長期以來，我國的高等教育實驗課以章節為單元，通常是原理驗證性質的課程，強調理論知識的驗證學習，而忽略了實踐能力的培養，導致工科畢業生的實際水平與社會對人才的需求有較大的差距。[1-3]作為民航類高校，航空電子專業作為民航特有專業尤其不能忽視學生實際動手能力的培養，作為CDIO工程教育重要環節的實驗課程更應該注重培養專業理論知識的應用性，以鍛煉學生的實際動手能力和應用所學知識解決民航機務維修工程實際問題的能力。

一、CDIO工程教育改革對專業課實驗教學的要求

為了培養有扎實實踐能力和團隊合作能力的人才，自2000年10月以來，由美國麻省理工學院和瑞典皇家理工學院等4所大學組成的工程教育改革研究團隊提出了全新的CDIO （conceiving-designing-implementing-operating），即構思—設計—實現—運行的工程教育理念和以能力培養為目標的CDIO理念，并于2004年成立了CDIO國際合作組織。[4-6]中國民航大學已進入教育部第二批CDIO試點單位，在電子信息工程品牌專業建設中融入CDIO工程教育理念的關鍵問題是如何培養滿足企業需求的航空電子信息工程專業學生，使其除掌握日益增加的專業知識外，還要具有理論聯系實際的能力。CDIO高等工程教育模式提出的12條標準中，標準4和5為實驗教學指出了具體的方向，對實驗教學具有重要指導作用，[7-9]標準指出實踐環節應引導學生對工程的興趣并為工程能力的培養打下基礎。因此，實驗課程的開發更應注重提高學生在民航飛機維修背景下的實際動手能力和和解決當前專業建設中重理論輕實踐的問題。

二、基于CDIO的實驗體系建設

1.建設思路

針對中國民航大學CDIO工程教育改革對航空電子專業加強機務維修工程環境下的實驗實訓要求和航空電子專業慣性導航系統課程的大綱要求，依托天津市航空電子電氣實驗教學示范中心，以航線維護工程實踐的基本工作（勤務·系統檢查·故障排除）為主線，設計認知類、操作類和綜合類三個層次的實驗（見圖1）。實驗課程體系旨在幫助學生循序漸進的將課本理論知識與實際工作現場相結合，有效地解決了實驗課難以了解真實飛機系統、驗證課堂所學理論指示并熟悉機載系統的操作、學以致用解決實際問題的困難。

圖1 航空電子實驗課程體系結構圖

其中，認知類實驗是操作類和綜合類實驗的基礎，目的是使學生了解所學航空電子系統在航線勤務工作中的應用，將課本上抽象的界面和原理形象的轉化為學生看得見、摸得著的飛機布局，以提高學生做實驗的興趣。操作類實驗以航線檢查工卡為實驗指導，引導學生在現代民航飛機運行仿真環境的各種實驗條件下，通過“做中學”反復操作觀察系統工作狀態和參數指示的變化，并結合系統原理圖的變化進一步理解專業知識，即通過Operate（運行）加深對系統內部工作原理的理解和掌握。綜合類實驗以機務維修工程故障排除任務為引領，在操作類實驗基礎上仿真一線維修常見故障，采用問題驅動的主導學習方法，引導學生主動思考，遵循飛機維修手冊，通過勤務操作、測量、拆裝、排故和發動機試車等規范化操作完成維修任務，提高學生應用所學解決機務維修實際問題的能力，進行有效的工程實踐。

2.實驗課程建設實現

課題組以導航系統為例進行實驗課程體系的設計，實驗的平臺依托中國民航大學建設的天津市航空電子電氣實驗教學示范中心，以自動飛行控制系統課程實驗系統和機載維護模擬機系統為平臺按照CDIO工程教育改革的要求開發實驗項目。

（1）認知類實驗開發。結合導航系統課程大綱和理論課教師實際的課堂教授重點，依托教學示范中心的現有軟件平臺，設計認知類實驗的目的主要是驗證各類導航系統組成元素在真實飛機上的位置和布局，以各導航子系統為實驗單位，學習各個導航計算機在飛機上的位置布局、計算機的外形特征與識別、天線位置與外形識別、駕駛艙控制面板的操作、駕駛艙的參數監控等。要求學生結合課堂知識、以實驗指導書的驅動問題為主線自行在機載維護模擬機系統軟件上進行相應的驗證，將課本上靜態枯燥的圖片和原理與仿真軟件的彩色、動態顯示相結合，使學生獲得初步的感知認識和親手操作的樂趣。要求學生能知其然，而不一定要知其所以然，頭腦中留下的問號將成為以后學習的動力。

（2）操作類實驗開發。操作類實驗屬于驗證性實驗。實驗以導航子系統為單位，通過指導書問題引導學生執行導航系統工程實踐中經常遇到的各種功能檢查和操作測試，觀察儀表對應系統監控參數的變化，并結合平臺配備的動態原理圖實時了解系統的工作狀態。另外教師可以設置不同的實驗條件，學生在理解系統工作原理基礎上，根據自動飛行控制系統課程在實驗系統上進行獨立、反復操作以加深對原理的理解。該類實驗的主要目的是幫助學生通過動手操作驗證課堂所學原理、結合原理圖理解從駕駛艙操縱究竟是如何通過系統內部工作原理實現工作狀態和參數變化的，使前期所獲得的感性認識得到了理論知識的支撐，同時理論知識又在虛擬環境的操作和原理圖中得到驗證和運用，使學生在學習過程中不僅知其然，更知其所以然，不但加深了對理論知識的認識，并進一步鍛煉了實踐能力。

（3）綜合類實驗開發。綜合類實驗屬于設計類實驗，包括故障分析類實驗和故障排除類實驗。兩類實驗均以機務維修工程故障排除任務為引領，通過選擇不同的故障條件，使學生觀察故障效應和報告。分析類實驗重在訓練學生依據效應結合所學原理分析故障原因，通過指導書問題引導學生根據觀察到的故障效應從工作原理的角度分析導航系統故障的可能原因，并且針對所分析的故障原因設計所需的檢查操作檢查，通過操作檢查進一步排查可能的故障原因、縮小故障范圍。故障類實驗重在訓練學生結合所學原理知識動手排故的能力，引導學生根據觀察的故障效應查閱航線維修手冊、依據手冊步驟通過測試和測量確認故障原因并隔離故障，通過實驗使學生熟悉機務維修管理工作和排故工作，提高學生應用所學解決機務維修實際問題的能力。

3.實驗課程建設成果

導航系統實驗課程系統共開發認知類實驗5個、操作類實驗10個和綜合類實驗15個。其中，認知類實驗包括大氣數據系統、慣性導航系統、無線電導航系統、氣象雷達系統、近地警告系統、交通防撞系統等認知實驗；操作類實驗主要針對5個導航子系統進行啟動、操作、測試檢查，并且每個實驗都配備動態原理圖；綜合類實驗包括5個系統勤務實驗和10個故障實驗。開發的實驗課時大大超過了課程要求的實驗課時，便于教師針對不同層次的學生自由選擇實驗內容。

同時所有開發的實驗均配備教師版實驗指導書和學生版實驗指導書，其中教師版指導書實驗內容和步驟詳盡、便于實驗教師的使用；學生版指導書主要用于學生實驗中使用，指導書實驗步驟采取問題模式，僅提出問題、不寫明操作的詳細步驟和預期的結果，旨在改變以往的實驗教學中讓學生按部就班完成實驗步驟的方式，通過問題引導學生積極思考，利用課堂學習知識設計解決問題的操作步驟，激發學生的積極性和創造性。

三、結束語

與傳統實驗課程有很大的不同，本文根據CDIO工程教育改革的要求提出航空電子實驗課程開發的思路，將以專業課為導向的驗證實驗轉變為在機務維修仿真環境下以工程項目為導向設計的專業實驗，支持學生在工程項目中通過實驗深入理解所學專業知識，引導學生在實驗過程中不僅主動探尋專業知識，而且應用知識解決工程問題，同時在仿真工程環境的實驗平臺上加深對現代機務維修工程的理解，增強學生獲取知識和技能的興趣和主動性，將學生從專業學習逐層引導到機務維修工程實踐中。課程設計達到了理論和實踐相結合的目的，提高了學生實際動手能力和應用所學解決機務維修實際問題的能力。

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（責任編輯：孫晴）