高 微 江 楠 张建秋 赵海龙

大庆石油学院 黑龙江大庆 163318

基于CDIO工程理论的立体化实验教学体系研究

高 微 江 楠 张建秋 赵海龙

大庆石油学院 黑龙江大庆 163318

针对电工电子实验的实际情况自行设计了一种基于CDIO工程理论的全方位立体化实验教学体系，从转变实验教学观念和方法，健全开放实验制度，建立虚拟实验室，增加学生科研训练等方面详细论述了该体系的内容，在实践应用中取得了较好的教学效果，极大地提高了学生的学习积极性及创新实践能力。

实验教学体系；CDIO工程理论；开放实验；虚拟实验；科研训练

电工电子实验是电工电子类理论教学的重要组成部分。在传统实验教学中，电工电子课程的实验教学内容总是重复几个验证性实验，虽然对理论知识有了进一步理解，但学生缺乏运用新学知识的能力，理论不能联系实际。为了培养学生的创新能力和实践能力，必须在实验教材、实验方法、实验内容等各个方面，乃至整个实验教学模式上加以改革。

实验室建设应由学校按照学科相关、内在联系紧密、资源共享为原则进行统筹规划，集中管理，提高实验仪器设备的利用率。实验教学的内容必须体现出重应用、重开发、重技能、重素质教育。电工电子实验教学改革一直以来备受高等工科院校关注，而应用CDIO工程理论建立一个适应新形势的实验教学体系对于实验教学的发展尤为重要，按照构思、设计、实现与运作的理念进行实验，充分发挥学生是实验主体的作用，使学生从实验中得到独立提出问题、分析问题和解决问题等能力的提高。为此，我们从教学观念和方法、实验开放制度、虚拟实验建设和提高学生科研能力几方面入手，提出电工电子实验中心改革的具体措施，旨在建立一个全方位立体化的实验教学体系，在做好基础实验的同时充分发挥和培养学生的创新能力和实践能力。

一、CDIO工程理论

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思(Conceive),设计(Design),实现(Implement)和运作(Operate),它是现代工业产品从构思研发到运行改良乃至终结废弃的生命全过程。CDIO工程教育的设计灵感源于工程产品/系统的生命周期，注重培养学生掌握扎实的工程基础理论和专业知识，并在此基础上将教育过程放到工程领域的具体情境中，通过贯穿整个人才培养过程的团队设计和创新实践训练，培养专业基础扎实、职业道德高尚的新一代高水平工程师。

CDIO工程教育理念就是要以此全过程为载体培养学生的工程能力，此能力不仅包括个人的学术知识，而且包括学生的终生学习能力、团队协作交流能力和大系统掌控能力。它以工程项目(包括产品、生产流程和系统)从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来的工程教育大改革的理念，更重要的是还提出了系统的能力培养、全面的实施指导(包括培养计划、教学方法、师资、学生考核、学习环境)以及实施过程和结果检验的12条标准，具有可操作性。

二、实验教学体系

实验教学的改革是一项系统工程，一个全方位立体化实验教学体系的建设需要考虑复杂多样的情况，综合各方面因素，设计出图1所示教学体系总体结构框图。下面具体说明体系中各模块具体内容。

图1 立体化实验教学体系结构框图

1.转变实验教学观念与教学方法

(1)转变教学观念

首先，实验教学必须从课程—教材—课堂—操作这种传统教育方法向知识—能力—素质—人才的现代化教育模式转变。教师要具有“知识传授、能力培养、素质提高”三方面协调发展的教育理念和以能力培养为核心的教学观念。在实验过程中教师应当好导师，从辅导的角色变为引导的角色，实施以“学生为主体，教师为主导”的自主学习模式，积极引导学生运用所学知识解决实验问题。在实验教学中教师要注意进行启发式教学，鼓励学生独立观察、思考、分析和解决问题。

(2)完善实验教材

①理论知识与工艺实践的结合。传统的电工电子实验教材主要用于验证所学的理论知识，很少注意基本技能的培养和工艺知识的教育，为了扩大学生的知识面，对基本技能和工艺知识的教育应在实验教材中加以体现。

②基本知识与现代技术的结合。电工电子实验教学传授的都是成熟的知识，而电工电子技术发展迅速，新技术不断涌现，学生所学知识远远跟不上应用技术的飞速发展。为了缩小知识与现状的差距，应在电工电子技术实验教材中加以补充，让学生能紧跟飞速发展的新技术。

③验证性实验与综合性实验的结合。我校电工电子实验中心不仅承担电气专业的实验，还承担非电专业的教学活动，为了让非电专业学生将所学知识在其专业领域内找到适当应用，电工电子实验教材应逐步将验证性实验向综合性实验过渡。

④双基训练与课题研究的结合。教师可以采取布置大作业、引导学生自行开发设计、组织学生装调测试等方法加以解决。建设教材中要求教师有针对性地引导学生从事一些课题的研究，积极组织第二课堂的活动。

(3)改进教学方法

①改变单一的教学模式，采用多层次、开放式教学，统筹安排实验教学和理论教学，合理分配课时，留给学生思考的时间。

②实验时1人1组，有利于学生能力的提高，使学生在实验预习、操作、解决问题、总结报告等方面都能独立完成。

③推行选题模式实验，由学生自己根据兴趣确定实验项目和设备器材，独立完成实验电路的设计、组装、调试等环节。实验教师提供给学生的不是完备的实验指导书，而是进行该实验的思路、应得出的或要验证的问题，让学生自己思考、设计实验过程，以提高学生的开发创造能力。

④开放实验室，学生通过预约能选做实验室开设的任何实验项目，教师要多鼓励学生利用实验室进行开发创新活动。

⑤结合实验室自身建设开展电子技术类的课外活动，可以组织学生对新购置的仪器设备进行调试验收，维修实验室的故障仪器，开发稳压电源过流保护电路等，以增强学生的基本技能训练。

2.健全开放实验制度

开放实验室，为学生的个性发展营造一个良好的环境和机会，使学生能在课余时间补做实验课中未能完成的实验，做自己设计的带有一定综合性的实验，利用实验室的仪器设备，完成自己的小发明、小制作等。学生可以根据自己的兴趣和特长独立拟定实验方案，组成合作团队，自行设计实验技术路线，独立完成实验过程，教师对整个实验不进行任何干预，只有在学生遇到问题向教师提问时，才给予必要的启发和指导，实验完成后对实验结果和实验报告进行审查和评估。

开放实验室以提高学生动手能力、设计实验能力、知识综合运用能力及创新能力为主要目的。

(1)开放实验室为学生提供良好的实验环境

①时间开放型

学生可以根据实验方案到实验室自主选择时间，在自己可控的时间内想做多久就做多久，或有了新思路在开放时间内随时到实验室实践。

②内容开放型

开放实验室给学生提供了独立活动的空间，学生可以针对自己薄弱的项目进行强化练习，也可以根据自己设计的实验方案进行实验。

③仪器开放型

实验室可用的仪器设备资源共享，供学生选用。

(2)实验室开放的主要内容

①教师指导性实验：实验室提供实验项目，如收音机、电动车、信号源等项目，学生进行选题，在课外时间完成方案设计，安装与调试，并撰写实验报告。

②学生科研性实验：教师开展的科研活动吸引学生积极参与。教师根据科研情况，提出实验要求，指导学生搜集资料展开实验研究，让学生较早地接触到科研实际，亲身体验科研工作的乐趣。

③创新实验：为培养具有创新意识和创新能力的人才，开展了个性化培养模式，对拔尖学生进行个性化培养、电子赛事培训及学生业余科技活动制作。

3.建立虚拟实验室

利用网络信息化这一现代化教学手段，打破传统实践教学在时间和空间上的限制,可以在任何时间、任何地点,通过网络进行自主学习、自由讨论、创新设计。为此,我们将计算机技术引入电工电子实验教学中,大力推广和使用多媒体实验教学课件,建立实验教学网站，实现网上预约实验、成绩查询、成绩统计、实验室基本信息管理等。我们可以在网络平台上向学生提供教学内容、网络课件、电子教案、学习辅导、电子书籍、电子手册、应用资料等电子教学资源。

对于一些比较抽象,学生不好理解的内容,可借助于计算机仿真进行教学。我们把相关程序装入计算机,让学生在计算机上先进行实验仿真，然后再考虑实际动手做真实实验。如：电路和数字电子实验,我们可以运用常用的Protel和EWB实验仿真系统,进行电路板的设计和制作,以及对实验方案进行虚拟仿真。

4.增加学生科研训练

为培养大学生的创新意识和才能，我们制定了一些科研训练策略，挑选一些喜欢电工电子而且操作水平较高的学生进行科研训练。在条件允许情况下吸收高年级的优秀学生参与教师的科研工作，对少数突出的学生，鼓励其直接参与立项研究，学院给予一定的资金支持。我们成立竞赛小组或科技小组，配合电子设计大赛开展创新培养。如：帮助教师改进制作一些仪器设备、实验教具，参加教师的产品开发和软件编制等。这样的训练能够激发学生的主观能动性，使其自觉学习；开阔学生思路，增强学生实验兴趣，锻炼学生实验操作的技能，同时也培养学生良好的心理素质，发掘学生潜在的能力，提高学生发现、分析和解决问题的能力，这对实验教学是一个良好的推动。

三、结束语

经过一系列改革和实践，我校电工类学生对实验的兴趣明显增强，动手能力也有所提高，实验项目完成较好。电工电子实验室作为“全国电子设计大赛”的训练和培养基地，我们在实验室中配备了比较先进的设备和微机，方便学生到这里做实验或课题，在“全国电子设计大赛”中我们取得了不错的成绩，学生的动手能力和创新能力都得到了锻炼。在学校组织的挑战杯上学生拿到很多奖项，这样的成绩对我们是一种极大的肯定和鼓励。

此外，我们对电气、自动化、通信3个专业的2008、2009两届毕业生的工作表现情况做了跟踪调查，调查方式采取问卷、电话、传真、电子邮件等形式；调查结果表明，通过电工电子实验教学改革培养的学生具有较强的动手能力和创新能力，学生的社会适应性强，得到用人单位的一致好评。

当今科学技术发展日新月异，电工电子技术的发展更是生机勃勃，只有不断地改进和完善实验教学方法，才能适应新形势发展的需要。同时，我们也清醒地意识到，电工电子实验教学的改革是一项长期、复杂的系统工程。因此，我们要积极投入教学改革中，不断总结经验、开拓思路、发现问题，努力开发新的项目和实验方法，不断提高实验教学质量，促进学生科学思维品质的养成、科学方法的掌握和创造能力的缔造，不断为社会输送高技能型人才。

[1]周宏，谭敏，胡敏.电工电子实验教学改革模式的探讨[J].合肥学院学报(自然科学版)，2005，15(1)：76～77，90

[2]单成明，周海云.高校实验室开放教学的探讨[J].宁波大学学报(理工版)，2004，17(1)：89～91

[3]姜凤利，吴仕宏.电工电子实验教学改革的探讨与实践[J].实验室科学，2008，5：61～62

[4]王硕旺，洪成文.CDIO：美国麻省理工学院工程教育的经典模式—基于对CDIO课程大纲的解读[J].理工高教研究，2009，8(4)：116～119

[5]吴新开，聂荣华.电工电子实验教学模式改革的探讨[J].实验室研究与探索，2002，21(3)：26～28

[6]张跃勤.电工电子实验教学改革的探索与实践[J].长沙大学学报，2002，12(4)：85～87

[7]刘一兵.电工电子实验教学改革与实践[J].实验科学与技术，2008，6(4)：75～77

Research on three-dimensional experimental teaching system based on CDIO engineering theory

Gao Wei, Jiang Nan, Zhang Jianqiu, Zhao Hailong
Daqing petroleum institute, Daqing, 163318, China

The paper established a three-dimensional experimental teaching system based on CDIO engineering theory for the actual situation of electrical and electronic experiment. It discussed in detail the content of this system from experimental changes in concepts and methods of teaching, a sound system of an open experiment, establishment of virtual laboratories and increase in student research training. It had made good teaching results in practice application, and greatly enhanced the students' learning enthusiasm and innovative practice capacity.

experimental teaching system; CDIO engineering theory; open experiment; virtual experiment; research training

2010-06-03

高微，本科，副教授。江楠，硕士，助教，实验员。张建秋，本科，讲师。赵海龙，博士，讲师。