基于CDIO模式的实验教学探索

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摘 要 在传统的工程教育中，实验教学存在一定的局限性，影响学生实验技能的培养。将CDIO教育理念融入整个教学体系中，能够很好地解决当前实验教学中存在的一些问题。

关键词 CDIO;实验教学;工程教育

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2014）24-0145-02

随着工业产业的迅速发展和科学技术的日新月异，工程教育越来越受到世界各国的重视。众所周知，工程教育相对产业发展滞后，这导致工程教育与产业对工程技术人员的能力要求之间还普遍存在差距，不能很好地满足产业需求。在经济全球化形势下，为了满足产业发展对工程人才的需求，世界各国的著名高校相继开展了工程教育改革，积极探索和完善工程教育新模式。

在这种历史背景下，麻省理工学院在2000年联合瑞典三所著名大学展开跨国研究，创立了CDIO（Conceive Design Implement Operate）工程教育理念[1]。CDIO工程教育理念继承和发展了欧美近20多年工程教育的精髓思想和实践经验，并在此基础上系统地提出具有可操作性的能力培养、可全面实施以及可检测教育质量的12条标准[2]。目前，丹麦、法国和中国等国家的多所大学已经加入到CDIO合作计划中，共同继续开发和完善CDIO教学模式[3]。

实验教学是工程教育的重要组成部分，是培养高素质创新型工程人才的重要途径。因此，针对实验教学的改革研究已成为当前研究的重要内容。本文分析了当前实验教学中存在的问题，探讨如何把CDIO教学理念恰当地融入实验教学中去，如何把理论知识的传授和实践能力的培养结合起来，更好地解决这些问题。

1 实验教学中存在的问题

一直以来，高校受应试教育的影响根深蒂固。重视科学理论教学，忽视实验教学，实验教学仅仅作为理论教学的一个验证环节[4]。这种教育模式典型的特点是以专业考试为导向，以理论传授为主要方式，侧重于理论分析与推理能力的培养。在这种教育模式指导下，实验教学存在很多突出的问题。实验课教学长期得不到应有的重视，这不仅体现在人们从指导思想上以实验课作为理论课的附庸，而且表现在从教学组织、实施到考核等教学环节，经常将实验课置于可有可无的位置。

在指导思想上，重视科学教育，轻视工程教育

首先，在课程设置上，学术性和理论性的内容不断增加，而技术性和实践性的内容不断削减，实验教学时间得不到充足的保证。因此，学科课程中的重点内容不可能都在实验教学中体现出来，通常挑选一两个具有代表性的实验展开教学。

其次，在实验教学手段上，某些专业课程摒弃了传统的实验方式，完全使用虚拟仿真技术进行实验教学。虚拟仿真技术是伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一种实验研究的新技术。利用虚拟仿真技术，当对实验对象设置各种不同的参数后，就可以得到理想状态下的实验结果。这非常有助于提高实验效率和提升学生对实验现象分析的水平，但是虚拟仿真实验并不是建立在物理的实验基础上，不能很好地锻炼学生的实验技能。

在教学体系上，以学科为基础，实验课程缺乏整体性和系统性 目前，高校的教学体制在形式上都实行了欧美的学分制，而在本质上却是苏联的学年制的改良版，这是由我国的特殊国情决定的。在这种教学体制下，教学以班级制为核心，课程设置偏向于以学科为基础。在制定课程教学体系时，考虑了理论课程间的相互关系，确定出相应的前导课程和后续课程。

然而实验课程缺乏系统性规划，未能形成一个完整的体系。实验课程分散于课程教学之中，各个实验环节之间的衔接和联系不够紧密。这可能导致同类实验重复性教学，或者实验课程间缺乏前后连贯性。

在教学过程中，忽视学习对象的接受能力，实施灌输式教学 在实验教学中，教师不能根据教学的实际情况而灵活地调节实验内容，必须被动地按照实验教学大纲的要求讲授实验内容。在实验过程中，学生过分依赖教师，难以培养学生独立自主学习的能力，更谈不上创新意识的培养。在以班级制为核心的教学中，学生的学习能力参差不齐，很难保证每位学生的学习效果，从而不能激发学生主动学习的兴趣和参与教学活动的热情。教师仅仅通过实验报告或者设计报告，无法对每位学生实际的学习情况做出准确判断，这也必然导致一些没有完成实验任务的学生逐渐丧失学习信心。

2 CDIO教学模式的含义和特点

CDIO教育理念是以产品生命周期作为知识传授的切入点，涵盖了工程项目从设计到运作的各个关键环节[5]。它通过简化而又具有实际意义的工程项目，培养学生的工程意识、个人能力、团队协作精神和职业素养等综合素质。教学内容围绕产业需求，以项目为中心，使学生主动地将课程知识与实践知识有机结合地学习工程。

CDIO教育理念在人才培养模式上具有四个优点：

1）具有国际先进性;

2）具有实践可操作性;

3）具有全面系统性;

4）具有普遍适应性。

当前，CDIO已经得到了国际工程教育界的共识。

3 CDIO教学模式下实验教学的探索

科学地制定集理论教学、实验教学与工程实践于一体的课程体系 以产业需求为导向，合理地构建一体化的课程体系。整个课程体系由理论课程和实践课程两个主要环节组成。其中，理论课程包括学科基础课、专业核心课及选修课。实践课程不仅包括实验课、课程设计、生产实习和毕业设计，还应包括各项竞赛、课外科技活动等。因此，实验课程不仅要跟理论课程紧密联系起来，还应当和其他实践环节紧密相连。

在课程设置上，基础课程以理论知识传授为主，引导工程实践入门，培养学生的工程素养。专业课程应围绕项目中的某个具体环节展开理论教学，并通过实验教学实现项目环节。在专业选修课程上，应当以实验教学为主，项目需要什么方面的理论知识，教师再传授这方面的理论知识。在基础实验课上，让学生亲自制作一些简单的作品，激发学生兴趣。通过专业实验教学，鼓励学生积极参与各项竞赛以及课外科技活动。学生完成所有课程任务后，能够将大学四年中做过的实验项目有机地联系起来，从而完成毕业设计任务。

以综合素质培养为核心，改进实验教学 在教学组织上，项目实施均以小组为单位展开教学[6]。教师综合考虑学生的成绩、动手能力、性别等因素，均衡各个小组的整体水平。小组间形成竞争关系，小组内构成团结协作关系。在项目实施过程中，教师应充当项目管理者的角色，全程参与、指导和鼓励学生完成项目。通过项目实践，不仅培养学生的工程意识和个人能力，还能培养学生组织沟通与协调能力，增强团队合作意识。

在教学方法上，以学生为中心。根据教学内容的特点，采用灵活多样的教学方法，比如讨论式教学和案例式教学等。根据实验的重点内容，精心设计若干个问题，引导学生主动思考，应用所学知识去探究实验现象。

在实验教学手段上，对虚拟仿真技术与传统实验技术进行有机整合。首先，采用虚拟仿真技术验证实验对象的正确性。如果不能在虚拟仿真实验中验证实验对象的正确性，那么在实际情况下也必然出现问题。在虚拟仿真环境中，验证实验后，再使用传统实验技术来验证实验。比如在数字电路课程的实验教学中，验证电路的原理。虚拟仿真技术提供了跟真实仪器完全相同的操作面板，其调试、编辑、修改和跟踪执行等功能也一应俱全，可以形象、直观地观察电路的每个细节。它能验证电路的可行性，为产品设计提供了可靠性的分析。在验证电路的正确性后，再搭建物理电路，使学生产生临场感和真实感。

在实验教学考核上，采用项目验收的方式对学生成绩进行评价。学生在项目完成后，提交项目日志和项目报告，并以小组为单位组织答辩。教师根据项目报告的细节，提出问题，让学生现场作答。比如，让学生解释某段程序的功能，或者修改项目的一个小功能等。

在实验资源管理上，开放实验室，提高实验室设备的利用率。实验中心采用现代化管理方式，通过实验中心信息系统平台，为学生提供实验预约、信息查询、在线答疑、课程安排等服务。学生能够合理规划学习时间，自动调节实验内容。

4 结论

实验教学是工程教育中不可分割的一部分，要从根本上转变思想观念，重视实验教学。根据CDIO的标准，对课程体系、实验方式和教学模式进行了一些探索和实践，激发了学生主动学习的兴趣，促进了学生综合素质的培养，取得了很好的教学效果。

参考文献

[1]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].工程教育研究，2008（3）：1-6.

[2]李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].工程教育研究，2008（6）：78-86.

[3]顾佩华，李异平，沈民奋，等.以设计为导向的创新型工程人才培养模式[J].中国高等教育，2009（3）：47-49.

[4]袁银男，许桢英，刘会霞，等.完善实践教学体系 强化创新能力培养[J].实验室研究与探索，2010（4）：92-94.

[5]王亚良，张烨，陈勇，等.基于cdio的实验项目开发与实践[J].实验技术与管理，2010（2）：119-121.

[6]凌芳，吕恬生，范成杰，等.以CDIO模式推进工程实践教学改革[J].实验室研究与探索，2010（10）：141-142.

作者：高俊锋，通信作者，哈尔滨理工大学软件学院实验师，研究方向为嵌入式系统开发与设计;唐光义、王姚，哈尔滨理工大学软件学院（150040）。