面向新工科的CDIO模式電工電子實驗教學改革探索

孫惠英 南余榮

[摘 要] 以面向新工科建設的工程教育改革為指導，以CDIO工程教育理念為基石，利用現有的實驗項目和實驗設備對電工電子實驗教學中進行了持續不斷的改革和探索，并對CDIO項目驅動模式電工電子實驗項目的指導教師、實驗項目設計、教學過程進行中多元化考核等問題進行探討。

[關鍵詞] 新工科;CDIO;實驗教學

[基金項目] 2019年第一批產學合作協同育人項目“面向新工科的CDIO電子工藝實習實踐教學體系（杭州英聯科技）”

[作者簡介] 孫惠英（1972—），女，山東人，浙江工業大學信息工程學院講師，主要從事電工電子技術實驗理論與教學研究;南余榮（1965—），男，浙江人，浙江工業大學信息工程學院教授，主要從事電力電子理論與教學研究。

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

一、新工科建設和CDIO教育理念

目前第四次工業革命對創新性人才和復合型高級工程技術人才的需求大幅度增長，培養學生解決復雜工程問題和創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、教學模式，教育部開展了中國工程教育專業認證、CDIO特色專業建設、新工科建設、卓越工程師培養計劃等多項工程教育改革項目[1，2]，重點在引導工科高等院校培養學生的知識綜合運用能力、自主研究思維能力、動手操作能力和創新思維能力。CDIO工程教育理念是近年來國際工程教育專業改革的成果，是將構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）融為一體的新型工程教育模式。這種教育模式以工程實際項目案例開展課堂教學，在教學過程的實施中培養學生的自學能力、分析和解決問題的能力及創新能力，加強學生對知識的檢索、查閱、自學和綜合運用能力，培養學生的工程意識和創新意識，讓學生有更加廣闊的創新思維空間。2016年教育部提出了新工科建設。目前工科高等院校都在積極推進新工科建設工作[1-3]，對實驗教學改革都在進行持續不斷的探索和實踐，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、新工科建設指引下的CDIO模式電工電子實驗教學改革

電工電子類課程實驗是電類專業的必修基礎課，現有的電工電子實驗的項目配合理論教學內容設置，側重理論知識的驗證和操作。現在工科高校面臨全國性的工程教育專業認證，工程教育專業認證側重考察教學中如何保障和提高學生解決復雜工程問題的6種能力：通過觀察提出問題的能力;運用所學知識、查閱文獻并獨立分析問題的能力;綜合運用多種理論基礎知識和技術進行工程設計的能力;運用多種技術工具進行工程實踐的能力;團隊協作和交流的能力;個人的創新能力。而CDIO的項目驅動模式的實驗教學，可以準確地解決上述問題，所以在工科院校的實驗教學中，對CDIO實驗項目越來越重視[3-5]。結合新工科建設和CDIO工程教育理念，筆者所在的高校最近幾年在電工電子實驗教學中利用現有的實驗項目和設備對電工電子類實驗項目進行了持續不斷的改革和探索。在電工學、電路原理、模擬電子技術基礎、數字電路與數字邏輯、電子系統設計等電類專業的實驗教學中嘗試采用CDIO的項目驅動模式進行了教學改革的探索。改革后實驗課程是讓學生能夠通過類似工程項目的實際訓練，形成一種工程項目開發的構思、設計、實現和運作的思維，并內化為項目運營的能力，學有所用。基于CDIO理念的項目驅動式電工電子實驗教學，需要的學時數比以往的常規實驗教學要多，在工程教育專業認證的過程中，學校、學院修訂了電類基礎實驗課程的大綱和培養計劃，增加了實驗學時數，模擬電子技術基礎的實驗從8學時變為16學時，數字電子技術基礎的實驗也從8學時變為了16學時，模擬電子技術大型實驗在2017年改為模擬電子技術課程設計，數字電子技術的大型實驗也已經改為課程設計類型。有了這些電類基礎實驗課程教學學時的支持，電工電子基礎實驗課程選擇部分班級進行了多次CDIO理念下的項目驅動模式的教學改革。在此基礎上選擇部分班級對后續的電子工藝實習課程也開展了CDIO模式實驗項目的教學改革。在指導CDIO模式實驗的過程中教師及時了解學生的實驗項目動向，積極的引導和鼓勵學生堅持不懈地進行探索、分析、討論，用靈活的實驗室開放機制保障學生可以在課外到電工電子中心的各個實驗室開展實驗。每年的校級、院級教改項目對電工電子等基礎實驗課程的本科教學改革都有所偏重，為面向新工科的CDIO模式電工電子實驗教學改革提供了保障。筆者所在的電工電子實驗教學示范中心的電工學實驗、電路實驗室、模擬電子技術實驗室、數字電子技術實驗室、軟件實驗室、電子工藝實習基地等電類實驗室，在學期中、暑假都對全校師生全面開放。信息工程學院、計算機學院、機械工程學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、機器人、大學生電子設計競賽等多種學科競賽。這些措施都有效的保障和推進了CDIO模式電工電子實驗項目教學改革的進程。

三、CDIO理念在電工電子實驗教學中存在的問題

隨著CDIO項目驅動模式電工電子實驗教學改革的推進，教師、學生和實驗室管理工作都變得更加繁重和復雜，一些問題也漸漸暴露出來[4-6]，主要問題有：（1）學生主動參與的積極性問題。CDIO實驗項目綜合性較強，所需的理論知識、完成的時間、對學生的要求等都比較高，學生有畏難心理，能積極主動參與的學生數量不多。為了解決這個問題筆者在電子工藝實習的課程中引入CDIO實驗項目時沒有讓學生自由選擇，而是選擇幾個班級同時推進，學生剛開始有畏難情緒，但是完成后學生普遍反映收獲比較大。（2）CDIO模式實驗指導教師問題。CDIO項目驅動模式的實驗教學內容復雜，難度增加，涉及的知識面較寬，教師在實施教學工作量遠遠超過常規的傳統實驗教學，在而現行的實驗教學工作量計算機制中CDIO實驗項目中教師投入的巨大工作量在計算時體現不出來，使得實驗指導老師對CDIO模式的實驗教學沒有積極性，目前只能以教改立項的方式來加以推進。（3）CDIO模式實驗教學的考核問題。傳統常規的電工電子實驗項目的考核側重實驗的結果，而CDIO模式實驗項目在考核時必須構建一個多元化的考核方法，將考核貫穿于實驗項目的構思—設計—實現—運作的每個環節，在實驗過程中觀察學生解決的手段和方法、采取的措施、對知識的綜合運用等方面以便進行全面的考核，對學生工程技術能力給予客觀公正的全面評價。（4）實驗室管理問題。基于CDIO理念的電工電子實驗項目在運行過程中，存在著課內實驗時間不夠需要學生在實驗室開放時自行補充時間的問題，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驗室面向全校師生全面開放。但是由于CDIO實驗項目內容比常規的實驗內容多而且復雜，實驗對象的多層次和多專業相對較為分散等許多問題，給實驗室的安全、有效管理、儀器設備維修費、耗材費用增加等新問題[5]。

四、結語

面向新工科的電工電子實驗課程CDIO項目驅動模式教學改革是一個復雜的系統工程。CDIO實驗項目需要高水平的師資，必須建立合適的激勵機制以鼓勵老師不斷豐富CDIO實驗項目和內容，需要適用于實驗教學的硬件環境，需要有配套管理模式來支持。在以后的電工電子實驗教學中必須通過不斷地摸索、總結來豐富和完善CDIO模式的電工電子實驗教學內容，以工程項目驅動的模式來培養學生解決復雜的工程問題能力和創新能力，以便適應高校教學的未來發展趨勢，深化并大力推進工程教育的改革已應對第四次工業革命的挑戰。

參考文獻

[1]閻群.OBE準則下CDIO在實驗室建設中的探索[J].實驗室技術與管理，2017（8）：231-234.

[2]顧佩華.新工科與新范式：概念、框架和實施路徑[J].高等工程教育研究，2017（6）.

[3]張熠.基于CDIO理念的電子信息類實踐項目設計[J].實驗室科學，2015（6）：155-158.

[4]張穎.基于CDIO模式的實驗教學探究[J].實驗室科學，2014（6）：56-58.

[5]羅頻捷.基于CDIO一體化實驗教學和管理體系構建[J].驗室研究與探索，2016（3）：169-171.

[6]張慧穎.融入CDIO理念的“電子技術”課程改革探索[J].吉林化工學院學報，2016（10）：70-73.