基于CDIO工程教育理念的電路實驗室建設的探索與實踐

范莉

摘 要： 本文以南昌工程學院電路實驗室建設為例，探討基于CDIO的工程教育理念，從實驗設備的選擇、實驗項目的改革與設置和建成后的實驗室管理等角度探討電路實驗室的建設方案，按此方案可更好地培養學生的工程實踐素養、團隊合作精神、獨立思考、創新和動手能力。

關鍵詞： CDIO 實踐教學 電路實驗

1.引言

2000年到2004年，美國和瑞典多所著名學府經過探索研究，創立了CDIO（構思conceive，設計design，實施implement，運行operate）工程教育理念[1][2]，并成立了CDIO國際合作組織。目的是對傳統工程教育模式進行改革，它的教育理念是以這個全過程為載體培養學生的工程能力，能力不僅包括學科知識，而且包括學生的終身學習能力、團隊交流能力和在企業和社會環境下的構思-設計-實施-運行能力。目前，該組織成員已超過80所院校，遍布全球五大洲的25個國家[3][4]。

在中國，CDIO蘊含的理念和做法已為很多工科高校借鑒和吸收，同時增進工科生的實踐動手能力、團隊協作意識及創新能力，提高工程人才培養質量。將CDIO理念帶入電路課程教學，有助于提高教學質量、學生的工程實踐能力、學生后續學習深造及就業適應能力。基于這個工程教育理念，我校有針對性地進行電路實驗室改建工作。

2.傳統電路實驗室模式

傳統電路實驗室通常采用試驗臺或試驗箱，把常用的實驗電路在每個模塊上搭建好，學生做實驗的時候只需要接入電源或接入負載（通常是可變電阻箱或變阻器）。目前國內大部分教儀企業生產的都是該類產品，并且大部分高校都采用這種實驗設備。

這種模式的優點是實驗設備損壞率低，實驗電路簡單清晰，學生做實驗的難度低，安全性相對較高。缺點很明顯，傳統實驗臺能開設的實驗大多是驗證性實驗，難以開展綜合性、設計性和開放性實驗，對學生的動手能力鍛煉不夠，對提高高等教育教學質量幫助有限。因此，有必要對傳統電路實驗室模式進行改革。

3.基于CDIO工程教育理念的電路實驗室建設思路

針對原有電工實驗臺存在的缺陷，在本次電路實驗室改造過程中，我校充分參考CDIO工程教育理念，在實驗設備選擇、實驗項目設定及實驗室利用方面開展了一系列改革措施。

3.1實驗設備選擇

為了契合CDIO工程教育理念，提高學生的工程實踐能力，實驗設備分兩個部分進行選擇。直流部分采用分立元件，根據大綱要求，將每個實驗可能用到的元件按類型布置在不同實驗箱中。交流部分采用分立元件模式，但是從安全角度考慮，將大部分元件固定布置在實驗臺上。

每個實驗臺都裝設計算機，并預裝電路仿真軟件，學生可以利用電路仿真軟件，對要做的實驗預先進行仿真測試，從而發現電路設計存在的缺陷，并驗證電路設計是否能滿足實驗要求。在電路仿真軟件的選擇上，偏重選擇可以自主編輯元器件的軟件，增強學生在實驗設計過程中的自主性和靈活性。

采用這種設計方式，既可以保證實驗過程當中學生的安全，又可以充分鍛煉學生的實驗設計能力，并方便開展各種開放性實驗，很好地貫徹CDIO的工程教育理念。

3.2實驗項目的設計

依據我校2014版電氣工程及其自動化本科專業人才培養方案，并結合我校對綜合性、設計性實驗不得少于實驗總數的三分之二的要求，針對新的電路實驗臺的特點，在實驗項目設計上，盡可能刪除驗證性實驗，增加綜合性、設計性實驗。如在過去實驗設備上，直流部分所做的實驗項目為“基爾霍夫定律的驗證”、“戴維南定理的驗證”等，學生只是被動地在已搭建好的電路上試驗，整個過程缺乏主觀能動性，實驗結束后，沒有在學生腦中留下深刻的印象，沒有達到實驗原本的目的。而在新的實驗臺上，針對同樣的實驗項目，學生要根據實驗要求自主選擇電路元件，設計搭建實驗電路，并根據實驗數據對實驗要求的定理定律進行驗證。實驗指導書不像過去一樣面面俱到，而讓學生充分參與設計實驗的各個環節，從而達到鍛煉學生工程實踐能力的目的。

3.3實驗室的管理

為了提高實驗室及實驗設備的利用率，在實驗室管理方面，除了之前的管理制度、措施之外，學院擬開展預約實驗，即學生可根據需要，在實驗室正常上課時間之外，預約使用實驗室。

為了充分保證學生在實驗過程中的人身安全，要求學生預約時必須提供實驗項目、實驗需要的元件設備、實驗電路等實驗設計資料，經實驗老師審核通過后方可成功預約，實驗過程中必須有實驗老師在場指導。

該措施增加了實驗教師的工作量，但是對學生的益處是顯而易見的。采用實驗預約制度，一方面通過“課前實驗”，改變過去學生被動接受知識的教學模式，如在講授基爾霍夫定理之前，學生可通過預習，先設計實驗電路，通過預約實驗，在理論課之前對該定律進行實驗驗證，然后通過理論課講解，掌握該定律的內容及應用。這種教學模式能夠很好地激發學生的學習興趣。另一方面，預約實驗可以滿足一部分學有余力的學生開展第二課堂的需要，針對相關競賽，甚至學生個人的想法，自主設計實驗項目，進而充分鍛煉學生的團隊精神、協同合作能力及創新精神。對學生以后專業課程學習、設計性實踐教學環節的開展及畢業后的深造、就業都有很大的幫助，這一措施是與CDIO教學理念不謀而合的。

4.結語

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提到要全面提高高等教育質量，明確指出提高質量是高等教育發展的核心任務，是建設高等教育強國的基本要求，必須牢固確立人才培養在高校工作中的中心地位。在這個契機下，建設一個以CDIO工程教育理念為基礎的電路實驗室，將電路學習與工程案例分析、科研成果相結合，通過多種實驗類型的訓練，培養學生的工程實踐能力和創新能力，拓展學生的知識面，充分發揮學生的個性和創新性，調動學生學習積極性，有助于提高我校本科教學教育質量，有助于學生將來繼續深造及求職就業。

參考文獻：

[1]王剛，常小勇.KSR-CDIO工程教育模式的改革與實踐.中國高等教育評估，2011（1）.

[2]顧佩華，沈民奮，等.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養模式探索.高等工程教育研究，2008（1）.

[3]王天寶，陳衛東.基于CDIO的創新型工程人才培養模式研究與實踐——成都信息工程學院的工程教育改革實踐.高等工程教育研究，2010（1）.

[4]周悅，張穎，等.基于CDIO理念的電路課程教學改革與實踐.高等建筑教育，2013（2）.

江西省教育廳教改課題：JXJG-14-02