电气工程及其自动化专业CDIO 模式实践教学改革探索

宋起超 杨春光 葛洪军 胡维庆 徐鹿眉 黑龙江工程学院电子工程系 150050

电气工程及其自动化专业CDIO 模式实践教学改革探索

宋起超 杨春光 葛洪军 胡维庆 徐鹿眉 黑龙江工程学院电子工程系 150050

分析了目前工科院校中实践性教学环节的现状和存在的问题，介绍了我国电气工程及其自动化专业的背景与定位；并结合我院基于CDIO 工程教育理念的改革思路，将CDIO 教育理念融入实践性课程设置和教学过程中，针对专业的实践环节中课程实验、课程设计和毕业设计的指导思想、教学模式、设计内容、实施过程和评价手段的改革与实践做出总结，希望对于应用型本科学生的工程实践能力和创新思维的培养起到一定的作用。

1 引言

CDIO 是国际创新型工程教育模式，它是由美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学历经四年的研究成果。CDIO 是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)四个英文单词的缩写，它是“做中学”和“基于项目教育和学习”的集中概括和抽象表达。CDIO 以产品研发的全过程为载体，培养学生工程基础知识、个人、人际团队和工程系统这四个方面的能力。基于国内外这种现状，我们提出以体现当今工程教育中先进教育理念CDIO 模式为指导思想，对整个人才培养模式作了较为深入的改革和探索。

2 工科教学中实践性教学环节的现状和问题

工科院校的实践性教学一般分为：课程实验、课程设计、实习环节和毕业设计。在这些教学环节中，“重知识、轻能力，重学术、轻应用，重说理、轻实效”是工科教学存在的普遍问题。而实践性教学存在的问题和现象主要表现为：在教育思想上，缺乏研究与重视不够，工程教育思想与观念存在模糊不清。在教学体系上，缺乏整体优化与应有的相对独立性，被当作课堂教学的附属物。在教学内容上，缺乏认真的梳理与更新，理论与实践之间存在脱节。在教学方法上，缺乏有效的手段与载体，教师与学生之间互动性差。在教学条件上，缺乏应有的投入，实践环节的设备与师资队伍的建设管理有待加强。在教育观念上，教师包办代替，学生缺乏自主学习意识与能力。在学生自身的情况上，功利思潮带来的轻视专业思想，以及学习积极性不高，眼高手低等等。这些存在的问题和现象急需重视和解决。

3 电气工程及其自动化专业特色

我院的电气工程及其自动化专业创办之初，就定位于应用型人才的培养，在参考《普通高等学校本科专业目录》的基础上结合专业创办时社会需求情况，我们适当的增加了实践性环节，当时对于培养毕业生的适应能力和开拓专业特色奠定了基础。2007年对专业计划进行了大幅度调整，从培养应用型和复合型人才出发，尤其对实践教学模式进行了系统研究，初步形成了具有电气工程及其自动化专业应用型特色的实践教学模式。将依附于理论教学中的分散的实验课和课程设计等教学环节加以高度集中，建立了分层次、分阶段、分步实施和循环设置的实践教学环节。全面强化实验与实践教学环节，贯彻理论—实践—再理论—再实践的教学方法，使实践与理论学习结合更加紧密，实践促进理论学习，理论充实实践能力。

4 CDIO 模式实践性教学环节的改革与实践

4.1 CDIO 工程教育模式

CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念,更重要的是提出了系统的能力培养、全面地实施指引(包括培养计划、教学方法、学生考核以及学习构架)以及实施检验的12条标准,具有可操作性。CDIO 工程教育的理念是充分利用大学学科齐全、学习资源丰富的条件，以尽可能接近工程实际，涉及技术、经济、企业和社会的团队综合设计项目为主要载体，结合专业核心课程的教学，使学生得到全面的训练和提高。构思、设计、实施和运作包含了对概念和实践的理解和创新，对科技和非科技的各种制约条件的理解与妥协，对实践能力的培养和对产品的改善、提高以及对社会、历史、环境的反思和对服务的创新。

4.2 SESC-CDIO模式的“板块式”实践教学体系构建

我们基于CDIO 工程教育理念的“做中学”和“基于项目教育和学习”的思想，结合应用型本科院校人才培养目标，把专业与企业硬软技能深度融合作为基础平台，并与CDIO工程教育理念对接，构建了高等专门人才培养模式（Speciality专业、Enterprise企业、Skill技能、Cooperation合作），改革了课程实验、课程设计、实训及毕业设计等环节，构建了各部分“板块式”的体系结构。

（1）课程实验改革

改革以往课程实验以课程为主题，以知识点为核心，专业内各课程间条块分割，没有整体优化和统一的培养目标的缺点，提出课程实验的“板块化”设置。板块化实验项目的设置以专业核心课程和相应的选修课程之间知识点的相互联系为原则，强调基于项目的实验构思、设计、实现、运作。让课程实验真正起到“亲身经历与感受”的作用。

我们把教学实验设计成若干个具体的实际工程系统，每个工程系统有3 级项目组成，1 级项目为工程要求，提出总的培养目标和要培养的工程实训能力。2 级项目为进一步划分的工程各子系统的设计与分析；3 级项目才是具体的实验内容和试验科目。通过基于SESC-CDIO 模式的相对独立的板块式实验教学课程改革的探索，我们在人才培养上初步实现了以下两个基本目标：第一，学生具备分析问题和解决工程问题的能力和协作精神。第二，通过理论和实验教学系统而深入的训练，学生具备采用系统的理论知识和实际技能，具有自主创新的精神和思维。

（2）课程设计改革

传统的课程设计一般是按照各主干课分别设置的，鉴于我们学校的专业设置背景，不可能有这么多的学时。按照人才培养模式要求、知识体系的要求和时间的限制，我们把课程设计内容定为以专业方向设计为主线，贯穿所有课程的内容，完成一个完整的项目设计过程。

基于CDIO 工程教育思想，我们把课程设计分解为一个具有3 级项目的工程。项目设计的核心思想是鼓励学生进行主动学习和综合学习，开展学术研讨活动，推动学生学习系统构建、模型分析、算法比较、仿真开发、科学结论分析等技能。在课程设计项目中，教师只起引导作用，通过专题讲座、技术研讨、方案研究等形式启发学生的创新思维。通过CDIO 模式下的课程设计，学生对于所选研究对象进行系统模型分析计算，可以培养用数学逻辑方法准确描述电力系统拓扑结构、反映系统行为的参数体系、系统行为的能力。

（3）实训改革

我们认为应提出实训概念，将实训贯穿于整个教学体系，实训教师的主体为企业兼职教师。“实训”现阶段不仅已写入中国教育部文件；中国业也涌现出500多家实训基地，实训变成了一个产业。我们按照人才培养过程将实训分解为3种：课程实训、项目实训和企业实训，3种实训都以团队方式进行。

课程实训主要是在教师的指导下进行以学习课程为目的的实训，通过实训项目掌握课程的知识点和立论点；项目实训是在项目经理的指导下针对每个学期所学课程设计的实训项目。各年级的项目实训不同，均以解决问题、实现要求、做出产品为目的。项目实训必须完成一个产品，对教师的案例设计要求非常高。企业实训是在三年级所有课程后、实习之前，把学生送到企业，封闭一个月，按照员工的要求做一个项目，从设计、开发到交付，全面考核学生能否成为一个合格的员工。通过3种实训构成了较完整的人才培养体系。实训有效地提高了学生的自学能力、表达能力、团队合作和动手能力。

（4）毕业设计改革

“教育就是创造学生的价值”，我们基于CDIO模式，进行了“产学研”相结合的毕业设计过程改革。CDIO 工程教育思想是让学生以主动、实践和课程之间有机联系的方式学习工程技术。教学过程中加强与社会各行各业特别是专业技术行业的联系，这也是当前高等教育改革与发展的趋势之一。我们基于CDIO 工程教育思想，实施按“产、学、研”相结合的模式来组织和管理为期一年的毕业设计（包括毕业实习）的教学过程，建立了“三环节”管理模式。

教师通过产学研合作，真正做到理论与实践相结合。通过科研使教师自身的业务素质、实践能力、创新能力得到锻炼和提高，不仅丰富了教学内容，进一步提高了教师指导毕业设计的水平，而且丰富的课题为学生开展毕业设计提供了实际的工程设计项目，使学生在走出校门前有机会直接参与实际科研项目的选题、论证、设计和研究工作，使学生的毕业设计从单纯教学环节逐步与生产实际、科研工作和学生的就业紧密结合，强化了学生认识社会、服务社会的意识，从而从根本上提高了学生的科研能力和实践动手能力。

5 结语

通过实施基于CDIO 的实践性教学环节的改革措施，实现基础知识成系统，实验、实训、实习成系统，且二者交融，明确解决教什么，怎么教的问题。构建的SESC-CDIO高技能人才培养模式注重校企合作，工学结合，并充分利用企业的优势资源。强调学生基础知识、创新能力和团队协作能力的培养，强调做人与做事有机结合，做人通过做事体现，做事通过做人保证，在培养过程中注重人文精神和企业文化的熏陶，从而使培养出的高技能人才具备良好的职业道德、创新意识和团队合作能力，成为具有国际视野、国际理念和国际竞争力的高技能人才。因此，可以认为，这种教学模式的改革无论是对于学生，还是对于教师、学校乃至社会都是有利的。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.104

2010年黑龙江省新世纪高等教育教学改革工程项目、2010年黑龙江工程学院教育教学改革工程项目基金资助及2008年黑龙江工程学院教育科学规划课题

电气工程及其自动化；实践性教学；CDIO；改革与实践