宋起超 楊春光 葛洪軍 胡維慶 徐鹿眉 黑龍江工程學(xué)院電子工程系 150050

電氣工程及其自動化專業(yè)CDIO 模式實(shí)踐教學(xué)改革探索

宋起超 楊春光 葛洪軍 胡維慶 徐鹿眉 黑龍江工程學(xué)院電子工程系 150050

分析了目前工科院校中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀和存在的問題，介紹了我國電氣工程及其自動化專業(yè)的背景與定位；并結(jié)合我院基于CDIO 工程教育理念的改革思路，將CDIO 教育理念融入實(shí)踐性課程設(shè)置和教學(xué)過程中，針對專業(yè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)中課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想、教學(xué)模式、設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)施過程和評價(jià)手段的改革與實(shí)踐做出總結(jié)，希望對于應(yīng)用型本科學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)起到一定的作用。

1 引言

CDIO 是國際創(chuàng)新型工程教育模式，它是由美國麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等四所大學(xué)歷經(jīng)四年的研究成果。CDIO 是構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)、運(yùn)作(Operate)四個(gè)英文單詞的縮寫，它是“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”的集中概括和抽象表達(dá)。CDIO 以產(chǎn)品研發(fā)的全過程為載體，培養(yǎng)學(xué)生工程基礎(chǔ)知識、個(gè)人、人際團(tuán)隊(duì)和工程系統(tǒng)這四個(gè)方面的能力?；趪鴥?nèi)外這種現(xiàn)狀，我們提出以體現(xiàn)當(dāng)今工程教育中先進(jìn)教育理念CDIO 模式為指導(dǎo)思想，對整個(gè)人才培養(yǎng)模式作了較為深入的改革和探索。

2 工科教學(xué)中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀和問題

工科院校的實(shí)踐性教學(xué)一般分為：課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這些教學(xué)環(huán)節(jié)中，“重知識、輕能力，重學(xué)術(shù)、輕應(yīng)用，重說理、輕實(shí)效”是工科教學(xué)存在的普遍問題。而實(shí)踐性教學(xué)存在的問題和現(xiàn)象主要表現(xiàn)為：在教育思想上，缺乏研究與重視不夠，工程教育思想與觀念存在模糊不清。在教學(xué)體系上，缺乏整體優(yōu)化與應(yīng)有的相對獨(dú)立性，被當(dāng)作課堂教學(xué)的附屬物。在教學(xué)內(nèi)容上，缺乏認(rèn)真的梳理與更新，理論與實(shí)踐之間存在脫節(jié)。在教學(xué)方法上，缺乏有效的手段與載體，教師與學(xué)生之間互動性差。在教學(xué)條件上，缺乏應(yīng)有的投入，實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)備與師資隊(duì)伍的建設(shè)管理有待加強(qiáng)。在教育觀念上，教師包辦代替，學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)意識與能力。在學(xué)生自身的情況上，功利思潮帶來的輕視專業(yè)思想，以及學(xué)習(xí)積極性不高，眼高手低等等。這些存在的問題和現(xiàn)象急需重視和解決。

3 電氣工程及其自動化專業(yè)特色

我院的電氣工程及其自動化專業(yè)創(chuàng)辦之初，就定位于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，在參考《普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄》的基礎(chǔ)上結(jié)合專業(yè)創(chuàng)辦時(shí)社會需求情況，我們適當(dāng)?shù)脑黾恿藢?shí)踐性環(huán)節(jié)，當(dāng)時(shí)對于培養(yǎng)畢業(yè)生的適應(yīng)能力和開拓專業(yè)特色奠定了基礎(chǔ)。2007年對專業(yè)計(jì)劃進(jìn)行了大幅度調(diào)整，從培養(yǎng)應(yīng)用型和復(fù)合型人才出發(fā)，尤其對實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行了系統(tǒng)研究，初步形成了具有電氣工程及其自動化專業(yè)應(yīng)用型特色的實(shí)踐教學(xué)模式。將依附于理論教學(xué)中的分散的實(shí)驗(yàn)課和課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)加以高度集中，建立了分層次、分階段、分步實(shí)施和循環(huán)設(shè)置的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。全面強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，貫徹理論—實(shí)踐—再理論—再實(shí)踐的教學(xué)方法，使實(shí)踐與理論學(xué)習(xí)結(jié)合更加緊密，實(shí)踐促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，理論充實(shí)實(shí)踐能力。

4 CDIO 模式實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的改革與實(shí)踐

4.1 CDIO 工程教育模式

CDIO的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念,更重要的是提出了系統(tǒng)的能力培養(yǎng)、全面地實(shí)施指引(包括培養(yǎng)計(jì)劃、教學(xué)方法、學(xué)生考核以及學(xué)習(xí)構(gòu)架)以及實(shí)施檢驗(yàn)的12條標(biāo)準(zhǔn),具有可操作性。CDIO 工程教育的理念是充分利用大學(xué)學(xué)科齊全、學(xué)習(xí)資源豐富的條件，以盡可能接近工程實(shí)際，涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、企業(yè)和社會的團(tuán)隊(duì)綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目為主要載體，結(jié)合專業(yè)核心課程的教學(xué)，使學(xué)生得到全面的訓(xùn)練和提高。構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)作包含了對概念和實(shí)踐的理解和創(chuàng)新，對科技和非科技的各種制約條件的理解與妥協(xié)，對實(shí)踐能力的培養(yǎng)和對產(chǎn)品的改善、提高以及對社會、歷史、環(huán)境的反思和對服務(wù)的創(chuàng)新。

4.2 SESC-CDIO模式的“板塊式”實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

我們基于CDIO 工程教育理念的“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目教育和學(xué)習(xí)”的思想，結(jié)合應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)目標(biāo)，把專業(yè)與企業(yè)硬軟技能深度融合作為基礎(chǔ)平臺，并與CDIO工程教育理念對接，構(gòu)建了高等專門人才培養(yǎng)模式（Speciality專業(yè)、Enterprise企業(yè)、Skill技能、Cooperation合作），改革了課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，構(gòu)建了各部分“板塊式”的體系結(jié)構(gòu)。

（1）課程實(shí)驗(yàn)改革

改革以往課程實(shí)驗(yàn)以課程為主題，以知識點(diǎn)為核心，專業(yè)內(nèi)各課程間條塊分割，沒有整體優(yōu)化和統(tǒng)一的培養(yǎng)目標(biāo)的缺點(diǎn)，提出課程實(shí)驗(yàn)的“板塊化”設(shè)置。板塊化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置以專業(yè)核心課程和相應(yīng)的選修課程之間知識點(diǎn)的相互聯(lián)系為原則，強(qiáng)調(diào)基于項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作。讓課程實(shí)驗(yàn)真正起到“親身經(jīng)歷與感受”的作用。

我們把教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成若干個(gè)具體的實(shí)際工程系統(tǒng)，每個(gè)工程系統(tǒng)有3 級項(xiàng)目組成，1 級項(xiàng)目為工程要求，提出總的培養(yǎng)目標(biāo)和要培養(yǎng)的工程實(shí)訓(xùn)能力。2 級項(xiàng)目為進(jìn)一步劃分的工程各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析；3 級項(xiàng)目才是具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和試驗(yàn)科目。通過基于SESC-CDIO 模式的相對獨(dú)立的板塊式實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程改革的探索，我們在人才培養(yǎng)上初步實(shí)現(xiàn)了以下兩個(gè)基本目標(biāo)：第一，學(xué)生具備分析問題和解決工程問題的能力和協(xié)作精神。第二，通過理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)而深入的訓(xùn)練，學(xué)生具備采用系統(tǒng)的理論知識和實(shí)際技能，具有自主創(chuàng)新的精神和思維。

（2）課程設(shè)計(jì)改革

傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)一般是按照各主干課分別設(shè)置的，鑒于我們學(xué)校的專業(yè)設(shè)置背景，不可能有這么多的學(xué)時(shí)。按照人才培養(yǎng)模式要求、知識體系的要求和時(shí)間的限制，我們把課程設(shè)計(jì)內(nèi)容定為以專業(yè)方向設(shè)計(jì)為主線，貫穿所有課程的內(nèi)容，完成一個(gè)完整的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程。

基于CDIO 工程教育思想，我們把課程設(shè)計(jì)分解為一個(gè)具有3 級項(xiàng)目的工程。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的核心思想是鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行主動學(xué)習(xí)和綜合學(xué)習(xí)，開展學(xué)術(shù)研討活動，推動學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)建、模型分析、算法比較、仿真開發(fā)、科學(xué)結(jié)論分析等技能。在課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，教師只起引導(dǎo)作用，通過專題講座、技術(shù)研討、方案研究等形式啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。通過CDIO 模式下的課程設(shè)計(jì)，學(xué)生對于所選研究對象進(jìn)行系統(tǒng)模型分析計(jì)算，可以培養(yǎng)用數(shù)學(xué)邏輯方法準(zhǔn)確描述電力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、反映系統(tǒng)行為的參數(shù)體系、系統(tǒng)行為的能力。

（3）實(shí)訓(xùn)改革

我們認(rèn)為應(yīng)提出實(shí)訓(xùn)概念，將實(shí)訓(xùn)貫穿于整個(gè)教學(xué)體系，實(shí)訓(xùn)教師的主體為企業(yè)兼職教師?！皩?shí)訓(xùn)”現(xiàn)階段不僅已寫入中國教育部文件；中國業(yè)也涌現(xiàn)出500多家實(shí)訓(xùn)基地，實(shí)訓(xùn)變成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)。我們按照人才培養(yǎng)過程將實(shí)訓(xùn)分解為3種：課程實(shí)訓(xùn)、項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)和企業(yè)實(shí)訓(xùn)，3種實(shí)訓(xùn)都以團(tuán)隊(duì)方式進(jìn)行。

課程實(shí)訓(xùn)主要是在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行以學(xué)習(xí)課程為目的的實(shí)訓(xùn)，通過實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目掌握課程的知識點(diǎn)和立論點(diǎn)；項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)是在項(xiàng)目經(jīng)理的指導(dǎo)下針對每個(gè)學(xué)期所學(xué)課程設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。各年級的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)不同，均以解決問題、實(shí)現(xiàn)要求、做出產(chǎn)品為目的。項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)必須完成一個(gè)產(chǎn)品，對教師的案例設(shè)計(jì)要求非常高。企業(yè)實(shí)訓(xùn)是在三年級所有課程后、實(shí)習(xí)之前，把學(xué)生送到企業(yè)，封閉一個(gè)月，按照員工的要求做一個(gè)項(xiàng)目，從設(shè)計(jì)、開發(fā)到交付，全面考核學(xué)生能否成為一個(gè)合格的員工。通過3種實(shí)訓(xùn)構(gòu)成了較完整的人才培養(yǎng)體系。實(shí)訓(xùn)有效地提高了學(xué)生的自學(xué)能力、表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作和動手能力。

（4）畢業(yè)設(shè)計(jì)改革

“教育就是創(chuàng)造學(xué)生的價(jià)值”，我們基于CDIO模式，進(jìn)行了“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程改革。CDIO 工程教育思想是讓學(xué)生以主動、實(shí)踐和課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程技術(shù)。教學(xué)過程中加強(qiáng)與社會各行各業(yè)特別是專業(yè)技術(shù)行業(yè)的聯(lián)系，這也是當(dāng)前高等教育改革與發(fā)展的趨勢之一。我們基于CDIO 工程教育思想，實(shí)施按“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的模式來組織和管理為期一年的畢業(yè)設(shè)計(jì)（包括畢業(yè)實(shí)習(xí)）的教學(xué)過程，建立了“三環(huán)節(jié)”管理模式。

教師通過產(chǎn)學(xué)研合作，真正做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。通過科研使教師自身的業(yè)務(wù)素質(zhì)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力得到鍛煉和提高，不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步提高了教師指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的水平，而且豐富的課題為學(xué)生開展畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了實(shí)際的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，使學(xué)生在走出校門前有機(jī)會直接參與實(shí)際科研項(xiàng)目的選題、論證、設(shè)計(jì)和研究工作，使學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)從單純教學(xué)環(huán)節(jié)逐步與生產(chǎn)實(shí)際、科研工作和學(xué)生的就業(yè)緊密結(jié)合，強(qiáng)化了學(xué)生認(rèn)識社會、服務(wù)社會的意識，從而從根本上提高了學(xué)生的科研能力和實(shí)踐動手能力。

5 結(jié)語

通過實(shí)施基于CDIO 的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的改革措施，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識成系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)成系統(tǒng)，且二者交融，明確解決教什么，怎么教的問題。構(gòu)建的SESC-CDIO高技能人才培養(yǎng)模式注重校企合作，工學(xué)結(jié)合，并充分利用企業(yè)的優(yōu)勢資源。強(qiáng)調(diào)學(xué)生基礎(chǔ)知識、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)做人與做事有機(jī)結(jié)合，做人通過做事體現(xiàn)，做事通過做人保證，在培養(yǎng)過程中注重人文精神和企業(yè)文化的熏陶，從而使培養(yǎng)出的高技能人才具備良好的職業(yè)道德、創(chuàng)新意識和團(tuán)隊(duì)合作能力，成為具有國際視野、國際理念和國際競爭力的高技能人才。因此，可以認(rèn)為，這種教學(xué)模式的改革無論是對于學(xué)生，還是對于教師、學(xué)校乃至社會都是有利的。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.104

2010年黑龍江省新世紀(jì)高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目、2010年黑龍江工程學(xué)院教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目基金資助及2008年黑龍江工程學(xué)院教育科學(xué)規(guī)劃課題

電氣工程及其自動化；實(shí)踐性教學(xué)；CDIO；改革與實(shí)踐