基于CDIO工程教育的航空电子专业实验体系研究

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摘要：应用CDIO工程教育思想从微观上改革航空电子专业实验体系，面向航空机务工程实际，以学生为主体，教师为主导，以应用所学的知识解决机务工程实际问题能力为目标，分类航空电子专业实验为专业实验、创新实验和航空机务实习三类，以网络互联，构成航空机务工程环境，融入验证性、综合设计性和专业创新性实验层次以及考核与管理，形成CDIO实验体系，其建设思路对同类高校相关专业实验室建设具有借鉴意义。

关键词：CDIO工程教育；实验设备；航空电子专业；实验体系

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）40-0167-03

一、引言

航空机务维修工程是应用多学科知识，从事复杂系统的运行、维护的工作，内容涵盖相关理论、工程技术、技能、规范、流程、人为因素等，维修质量的好坏直接关系到飞行安全及航空公司的经济效益。随着民用航空技术的飞速发展，我国要实现从民航大国向民航强国的转变，高素质人才的培养无疑是重要的因素之一。这要求学生不仅应具有坚实宽广的基础理论知识，而且更应注重对综合能力和创新能力的培养。对航空机务维修人员而言，工程技术应用能力的培养显得尤为重要和紧迫，传统实验教学体系已越来越难以满足现代人才培养的需求。因此，根据民航发展对航空工程机务维修人员的实际需要，建立适合民航专业人才培养模式的实践教学体系、教学内容、教学方法、教学手段、考核方式是一项亟待研究和解决的课题。

二、建设背景

目前，民航院校人才培养的主要问题是与航空企业的实际脱节，不能很好地满足企业需要，为企业提供满意的“产品”。中国民航大学作为国内民航特色专业门类齐全的唯一高校，在硬件设施及专业教师等方面有一定的优势，但也存在实践课程体系、教学内容、教学方法手段等方面不能很好地满足民航对专业人才培养的要求[1-5]。因此，电子信息工程专业实验教学综合改革借鉴CDIO工程教育理念，构造集系统性思维养成、工程实现意识锻造、创新精神激励为一体的人才培养模式，在实训环节探索国际合作、企业参与的工程训练模式，建立了天津市航空电子电气实验教学示范中心。

中国民航大学历来重视实验教学改革，2011年，学校了《中国民航大学教育教学改革与发展规划纲要（2011—2020）》，到2020年基本形成凸显中国民航大学特色的以工程应用型为主的人才培养体系。以树立“大工程观”为理念，以创新人才培养模式为主线，深化高等工程教育改革，着力提高学生工程实验能力。多项举措从不同的侧面与角度促进实验教学改革和建设，对提升实验教学质量，培养学生的实验能力、综合素质与创新精神均起到了重要的作用。

三、建设思路

遵循“面向机务工程实际，以学生为主体，教师为主导，知识、能力、素质全面发展”的教学理念，基于cdio工程教育的航空电子专业实验体系的建设思路，是构建层次完善、结构合理的基于“大工程观”教育理念的航电一体化实验体系。以学生为主体，加强对学生人文素养、工程能力、创新能力、社会责任、团队协作、环境意识的综合培养，加强学科交叉和特色专业综合，借助航空机务专业科研成果转化，推动实验教学和科研协同发展。新的实验体系体现了以下特征。

1.构建航电一体化的专业实验教学体系。完善实验教学层次和类型，以飞机系统基本构成和原理—飞机电子电气设备单元设计—飞机电子电气系统测试、维护与综合应用为主线，建立由浅入深、由表及里、由单元到系统，涵盖知识、能力、素质，航电一体化的专业实验教学体系，在学科专业设置综合化的条件下，探索提高实验课程体系的科学性和柔性适应能力的有效途径。

2.基于“大工程观”，以学生为中心，加强学生工程实验能力和创新能力的培养。积极探索实验教学模式改革，以学生为主体，以教师为主导，提高学生综合工程能力为宗旨，调动学生实验过程中的积极主动性。转变教学理念，在教学理念上淡化理论教学与实验教学的界限，将理论教学与实验教学有机的结合，融知识传授、能力培养、素质教育于一体，实现原理、方法、应用的有机结合。

3.加强学科交叉和特色专业综合，借助航空机务专业科研成果转化，推动实验教学和科研协同发展，建设国内领先的航电实验室。加强实验教学的系统性和综合性，使跨专业知识在天津市航空电子电气实验教学示范中心各实验平台上完成系统性实验教学。将科研成果与特色实验教学紧密结合，研发先进系统性特色专业实验实训装置，构建航空电子维修模拟环境。充分开放和共享专业实验实训资源。凝聚校内外各方力量，建立航空维修专业校外实习基地。

4.建立以培养综合能力为目标的考核机制和管理体系。建设系列课程下的实验技能综合评价机制，按逐级达标要求，建立多元实验考核方法，统筹考核实验过程与实验结果，对学生的实验理论、基本技能、设计能力及创新能力进行更为客观的评价。将个人能力考核与团队成绩相结合。

四、建设内容

1.实验教学体系建设。航电一体化的专业实验教学体系如图1所示。该体系面向一个人才培养目标、基于一条主线、集成四大类实验。

人才培养目标服务和服从专业培养目标，体现在专业教学计划之上的实验教学任务。该任务紧密围绕飞机系统基本构成和原理—飞机电子电气设备单元设计—飞机电子电气系统测试、维护与综合应用这一主线，并依托控制科学与工程学科基础。航电一体化专业实验教学内容归为专业基础实验、专业实验、创新实验和行业实践四大类。按照实验阶梯型层次规划和设计，配置了课程基础性实验、设计性实验、创新性实验和行业综合维修实训。航电系统综合实验和综合维修实训则建立在网络互连的平台基础之上，打破专业壁垒，构建的开放式实验项目。

突出实验教学与理论教学之间的密切关系，构建了以实验目标为导向、实验内容为载体、创新能力为核心的实验教学体系。该体系层次清晰、目标明确。实验内容与科研和工程应用紧密结合，并注重其趣味性、工程性和探究性。突出系统级实践训练和新技术实验，实验体系设计如下：（1）层次一：专业基础实验。专业基础实验包括电子专业基础课程中各课程对应的实验环节，是专业基础性实验，一般作为验证专业基础理论的实验阶段，如模拟电子技术、数字电子技术、自动控制原理等。（2）层次二：专业实验。从这一层次开始逐步体现了CDIO工程教育思想。专业实验包括航空电子、特色专业课程的课程实验和设计性实验，以及涵盖航空电子、电气、机械和发动机的综合维修实训。通过综合性强的实验项目设计，培养学生在理论学习过程中的实地构思、设计、实现与操作的工程实践应用与团队合作创新能力。专业实验教学注重工程实践训练，特别设计了综合维修实训，从制作电子钟、飞机防撞灯控制等小系统的基本工程技能训练到特色专业课程实验，再到综合维修实训。（3）层次三：创新实践实验。创新实践实验主要给学生提供第二课堂活动，有助于学生创造和创新能力的提高。在创新实践实验室，学生开展创造、创新活动，积极参加全国大学生电子制作竞赛和智能车竞赛等活动，并参加科研课题的申报及研究。通过加大对实验室的开放，建立科学的课外活动体系，与课内紧密结合，培养学生的综合素质。引导学生以工程观学习专业知识，从系统观的角度引导学生了解、掌握专业知识体系。由课题需求引导学习、激发学生探求知识的主动性和积极性，能良好地掌握相关的课程知识，提高分析问题、解决问题的能力。（4）层次四：行业实习基地。行业实习基地利用校外机务维修资源，建立天津航大雄英行业实习基地，其内容涵盖从飞机电子、电气各系统原理、构造、运行性能及其维护技能实习等多个环节，其中尤其强化了特色专业基本技能训练和有效的专业维修基础实习和系统维修实习环节。

将工程实际贯穿于学生的教育培养，促使学生带着工程问题进入针对性的学习，增强学习的兴趣。在学生的入学阶段树立工程创新意识，对他们整个培养阶段的创新能力和成就极为重要。民航机务工程师维修技能的高低关系到维修人员能否尽快上岗，能否达到维修质量，是尽量减小维修差错的关键。在认识实习阶段，要强化行业及对人才需求的综合能力要求，除了有很重要的工程实践技能之外，还要学生了解航空法规和人为因素等方面对机务工程综合能力培养的作用。

《机务维修实践》课程是与民航维修联系最紧密的实践课程。同时，《机务维修实践》课程的培训内容按照民航局CCAR-147法规技能培训标准制订。具体实验室建设如图2所示。

2.考核方法与实验成绩评定。（1）实验过程结构比例考核方法。为使综合性实验的考核环节贴近工程实际，尝试改变以往以实验态度和实验过程为主，评定实验成绩的方法。在考核的过程中，注重对学生的课程专长加以考核和评价，依据学生的兴趣进行综合评价。通过实验项目报告、设计评估等形式，学生也可以自评、互评等方式实质性地提出实验过程考核结构比例，目的是让学生通过实验成绩评定，自主建立起对学习和生活的品格的塑造，实现育人的目标。（2）团队（与个人贡献）加权考核方法。由团队共同协作完成的实验教学项目，采用新型的答辩考核方式，由课程教学团队成员组成课程考核委员会，对学生的课程进行加权考核。考核委员会对团队角色贡献予以评价，得出每个学生实验的总评成绩。实验实训项目和开发创新实践项目的阶段工作研究报告，亦可以作为课程考试部分成绩或设计性实验、综合维修实训成绩等。

总之，评价方式的改革和教学模式改革是相配套的。大部分课程的成绩应由理论知识掌握的程度和做实验的质量、实验报告等几部分组成，合理和综合安排实验实训整个过程的各项成绩所占的比例，突出考核学生的综合能力，鼓励学生勤于思考，克服困难完成实验。实验中既提倡小组合作，又鼓励他们独立研究。

五、结束语

在天津市航空电子电气实验教学示范中心的良好环境下，经过三年多来中心教师的不懈努力，形成了具有鲜明时代特征的实践教育教学思想，重构了实验课程体系，更新了教学内容，主持了9项省部级教研项目，发表了多篇论文，获得了多项省部级科技进步奖和教学奖。高素质的师资队伍，已有的建设成果及优良的天津市航空电子电气实验教学示范中心，为课程建设的可持续发展奠定了坚实的基础。

实验体系建设历时三年，实践证明在下列方面具有明显的效果。

1.学生获取信息和知识的能力普遍提高。例如：学生利用本校“大学生科技创新基金”的资助，在指导教师的指导下，借助创新实验室提供的条件完成多项科技项目制作，设计方案新颖实用、富有创意，说明实验教学体系改革后的大学生思想活跃、有进取心，综合应用已学知识，实践能力得到明显提高。

2.学生自主选择开发课题的意识和能力有明显的提高。如学生参与的自行研制的教学设备，已用于本专业综合课程实验中。

3.优秀学生自愿参加老师科研活动的人数明显增多。在近年举行的飞思卡尔智能车大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计竞赛中，本专业学生获得多项全国和赛区的奖项。

参考文献：

[1]马庆龙，李赵红，朱明强.大学生创新型实验室建设[J].电气电子教学学报，2010，32（4）：86-87.

[2]石光明，王松林，周佳社，等.电工电子实验教学示范中心的建设与实践[J].中国大学教学，2007（4）：28-30.

[3]肖看，尹仕，严国萍.创新型电工电子全开放实验教学模式探索与实践[J].实验室研究与探索，2010，29（4）：79-82.

[4]杨拴科，马西奎，刘晔.创建国家级电工电子实验教学示范中心的实践[J].实验室研究与探索，2007，26（1）：67-70.

[5]丁受成.理工科电工电子实验教学改革的研究与实践[J].实验技术与管理，2008，25（3）：114-117.

基金项目：本文为天津市高等学校本科教学改革与质量工程研究计划项目《基于CDIO工程教育的电子信息工程专业实验教学综合改革》（D02-0807）的阶段性成果之一