面向新工科的CDIO模式电工电子实验教学改革探索

孙惠英 南余荣

[摘 要] 以面向新工科建设的工程教育改革为指导，以CDIO工程教育理念为基石，利用现有的实验项目和实验设备对电工电子实验教学中进行了持续不断的改革和探索，并对CDIO项目驱动模式电工电子实验项目的指导教师、实验项目设计、教学过程进行中多元化考核等问题进行探讨。

[关键词] 新工科;CDIO;实验教学

[基金项目] 2019年第一批产学合作协同育人项目“面向新工科的CDIO电子工艺实习实践教学体系（杭州英联科技）”

[作者简介] 孙惠英（1972—），女，山东人，浙江工业大学信息工程学院讲师，主要从事电工电子技术实验理论与教学研究;南余荣（1965—），男，浙江人，浙江工业大学信息工程学院教授，主要从事电力电子理论与教学研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）40-0385-02    [收稿日期] 2020-07-12

一、新工科建设和CDIO教育理念

目前第四次工业革命对创新性人才和复合型高级工程技术人才的需求大幅度增长，培养学生解决复杂工程问题和创新能力是工科高等院校面临的首要问题。为了改变工科高等院校的教育观念、教学模式，教育部开展了中国工程教育专业认证、CDIO特色专业建设、新工科建设、卓越工程师培养计划等多项工程教育改革项目[1，2]，重点在引导工科高等院校培养学生的知识综合运用能力、自主研究思维能力、动手操作能力和创新思维能力。CDIO工程教育理念是近年来国际工程教育专业改革的成果，是将构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）融为一体的新型工程教育模式。这种教育模式以工程实际项目案例开展课堂教学，在教学过程的实施中培养学生的自学能力、分析和解决问题的能力及创新能力，加强学生对知识的检索、查阅、自学和综合运用能力，培养学生的工程意识和创新意识，让学生有更加广阔的创新思维空间。2016年教育部提出了新工科建设。目前工科高等院校都在积极推进新工科建设工作[1-3]，对实验教学改革都在进行持续不断的探索和实践，而在深化工程教育改革的过程中还有许多问题亟待解决。

二、新工科建设指引下的CDIO模式电工电子实验教学改革

电工电子类课程实验是电类专业的必修基础课，现有的电工电子实验的项目配合理论教学内容设置，侧重理论知识的验证和操作。现在工科高校面临全国性的工程教育专业认证，工程教育专业认证侧重考察教学中如何保障和提高学生解决复杂工程问题的6种能力：通过观察提出问题的能力;运用所学知识、查阅文献并独立分析问题的能力;综合运用多种理论基础知识和技术进行工程设计的能力;运用多种技术工具进行工程实践的能力;团队协作和交流的能力;个人的创新能力。而CDIO的项目驱动模式的实验教学，可以准确地解决上述问题，所以在工科院校的实验教学中，对CDIO实验项目越来越重视[3-5]。结合新工科建设和CDIO工程教育理念，笔者所在的高校最近几年在电工电子实验教学中利用现有的实验项目和设备对电工电子类实验项目进行了持续不断的改革和探索。在电工学、电路原理、模拟电子技术基础、数字电路与数字逻辑、电子系统设计等电类专业的实验教学中尝试采用CDIO的项目驱动模式进行了教学改革的探索。改革后实验课程是让学生能够通过类似工程项目的实际训练，形成一种工程项目开发的构思、设计、实现和运作的思维，并内化为项目运营的能力，学有所用。基于CDIO理念的项目驱动式电工电子实验教学，需要的学时数比以往的常规实验教学要多，在工程教育专业认证的过程中，学校、学院修订了电类基础实验课程的大纲和培养计划，增加了实验学时数，模拟电子技术基础的实验从8学时变为16学时，数字电子技术基础的实验也从8学时变为了16学时，模拟电子技术大型实验在2017年改为模拟电子技术课程设计，数字电子技术的大型实验也已经改为课程设计类型。有了这些电类基础实验课程教学学时的支持，电工电子基础实验课程选择部分班级进行了多次CDIO理念下的项目驱动模式的教学改革。在此基础上选择部分班级对后续的电子工艺实习课程也开展了CDIO模式实验项目的教学改革。在指导CDIO模式实验的过程中教师及时了解学生的实验项目动向，积极的引导和鼓励学生坚持不懈地进行探索、分析、讨论，用灵活的实验室开放机制保障学生可以在课外到电工电子中心的各个实验室开展实验。每年的校级、院级教改项目对电工电子等基础实验课程的本科教学改革都有所偏重，为面向新工科的CDIO模式电工电子实验教学改革提供了保障。笔者所在的电工电子实验教学示范中心的电工学实验、电路实验室、模拟电子技术实验室、数字电子技术实验室、软件实验室、电子工艺实习基地等电类实验室，在学期中、暑假都对全校师生全面开放。信息工程学院、计算机学院、机械工程学院等都大力开展课外科技活动，每年组织一百多名师生参加智能小车、机器人、大学生电子设计竞赛等多种学科竞赛。这些措施都有效的保障和推进了CDIO模式电工电子实验项目教学改革的进程。

三、CDIO理念在电工电子实验教学中存在的问题

随着CDIO项目驱动模式电工电子实验教学改革的推进，教师、学生和实验室管理工作都变得更加繁重和复杂，一些问题也渐渐暴露出来[4-6]，主要问题有：（1）学生主动参与的积极性问题。CDIO实验项目综合性较强，所需的理论知识、完成的时间、对学生的要求等都比较高，学生有畏难心理，能积极主动参与的学生数量不多。为了解决这个问题笔者在电子工艺实习的课程中引入CDIO实验项目时没有让学生自由选择，而是选择几个班级同时推进，学生刚开始有畏难情绪，但是完成后学生普遍反映收获比较大。（2）CDIO模式实验指导教师问题。CDIO项目驱动模式的实验教学内容复杂，难度增加，涉及的知识面较宽，教师在实施教学工作量远远超过常规的传统实验教学，在而现行的实验教学工作量计算机制中CDIO实验项目中教师投入的巨大工作量在计算时体现不出来，使得实验指导老师对CDIO模式的实验教学没有积极性，目前只能以教改立项的方式来加以推进。（3）CDIO模式实验教学的考核问题。传统常规的电工电子实验项目的考核侧重实验的结果，而CDIO模式实验项目在考核时必須构建一个多元化的考核方法，将考核贯穿于实验项目的构思—设计—实现—运作的每个环节，在实验过程中观察学生解决的手段和方法、采取的措施、对知识的综合运用等方面以便进行全面的考核，对学生工程技术能力给予客观公正的全面评价。（4）实验室管理问题。基于CDIO理念的电工电子实验项目在运行过程中，存在着课内实验时间不够需要学生在实验室开放时自行补充时间的问题，为了解决这个问题笔者所在的电工电子中心的所有电类实验室面向全校师生全面开放。但是由于CDIO实验项目内容比常规的实验内容多而且复杂，实验对象的多层次和多专业相对较为分散等许多问题，给实验室的安全、有效管理、仪器设备维修费、耗材费用增加等新问题[5]。

四、结语

面向新工科的电工电子实验课程CDIO项目驱动模式教学改革是一个复杂的系统工程。CDIO实验项目需要高水平的师资，必须建立合适的激励机制以鼓励老师不断丰富CDIO实验项目和内容，需要适用于实验教学的硬件环境，需要有配套管理模式来支持。在以后的电工电子实验教学中必须通过不断地摸索、总结来丰富和完善CDIO模式的电工电子实验教学内容，以工程项目驱动的模式来培养学生解决复杂的工程问题能力和创新能力，以便适应高校教学的未来发展趋势，深化并大力推进工程教育的改革已应对第四次工业革命的挑战。

参考文献

[1]阎群.OBE准则下CDIO在实验室建设中的探索[J].实验室技术与管理，2017（8）：231-234.

[2]顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017（6）.

[3]张熠.基于CDIO理念的电子信息类实践项目设计[J].实验室科学，2015（6）：155-158.

[4]张颖.基于CDIO模式的实验教学探究[J].实验室科学，2014（6）：56-58.

[5]罗频捷.基于CDIO一体化实验教学和管理体系构建[J].验室研究与探索，2016（3）：169-171.

[6]张慧颖.融入CDIO理念的“电子技术”课程改革探索[J].吉林化工学院学报，2016（10）：70-73.