基于CDIO工程教育理念的電工學課程改革

郝 騫，王黎明，楊 風，李曉明

(1.中北大學國家級電工電子實驗教學示范中心，山西太原 030051;2.太原理工大學電氣與動力工程學院，山西太原 030024)

電工學課程既有較強的理論性，又有較強的工程實踐性，重點強調電路理論及技術在工程實踐中的應用，是目前高校開設的以培養(yǎng)學生工程綜合能力的重要基礎課程。當前電工學教學實踐的問題是理論分析學時過多，過分注重單學科課程的理論性和知識的系統(tǒng)性。相反，培養(yǎng)學生工程綜合能力的課程、訓練學生的直觀判斷力、工程經驗和工程意識的教學環(huán)節(jié)少。盡管也有相關工程實踐和工程能力培養(yǎng)的課程，但都以“知識點”的形式串接在各相關理論課程單元間，學生不可能將所學的理論知識與生產實際相結合［1］。

1 教學內容組織與重構

CDIO［2］是讓學生以主動的方式將課程內容通過實踐的方式相結合的學習過程。因此課程編排的思路是:關注基本理論，突出實踐操作。即根據工作任務、問題來組織課程內容，通過特定任務將理論講授、實踐體驗、反思討論及批判質疑有機整合，使課程的學習成為一個持續(xù)探究的過程。教學目的是探討任務本身，強調真實問題的解決過程。根據教學大綱重新將電工學的知識整合、建構了一套基于“構思—設計—實現—運作”過程的“任務化教程”，將電工學知識化解為6個學習任務情景，如圖1所示。該任務化教程具有結構合理、重點突出的教學特點。學生完成任務的過程，就是主動建構自身知識經驗的過程，通過新經驗和原有知識經驗的相互作用，實現充實和豐富自身的知識和能力，從而達到獲得并提升綜合職業(yè)素質的教學目的。

2 創(chuàng)新性實驗教學方式

針對當前教學普遍存在的問題，積極開設創(chuàng)新性實驗選修課程，先后開設“電工學中的EDA技術應用”，“電工學工程實訓”等實驗選修課程［3］。在該課程中結合教師的部分科研成果進一步成熟化、簡便化，設計成綜合性和設計性實驗。在課堂上組織學生思考、分組討論、體會方法的理論依據及其創(chuàng)新點，從而設計出新穎、獨創(chuàng)的實驗方案，再使學生在實驗操作中修正方案、完善方法、做出結果并處理數據等。使學生變被動為主動，在獲得書本知識的同時獲得本學科最前沿的知識，用以開闊眼界，同時激發(fā)學生對專業(yè)的興趣。組織學生結合所學知識積極申報“省級、校級大學生創(chuàng)新性實驗項目”。譬如，針對三相異步電動機教學內容復雜和抽象的特點，利用LabVIEW開發(fā)了“基于 LabVIEW 的電機實驗系統(tǒng)”，如圖 2 所示［4－5］。該實驗平臺可應用于電動機課堂教學和實驗教學，例如:異步電動機各種性能的演示，不但使課堂教學更生動，還可讓學生更形象、直觀地認識電機。取得了較好的效果。

圖2 2008年山西省大學生創(chuàng)新實驗項目

3 依托電子設計競賽提高創(chuàng)新能力

在電工學課程中穿插電子設計競賽內容，例如:利用基爾霍夫定律內容來對2011年全國大學生電子設計大賽A類題目進行定性分析。在實踐教學環(huán)節(jié)中，組成項目組，以電子設計大賽作品為題，進行團隊項目分析開發(fā)。教師指導學生完成設計、仿真、制板及調試，設計報告整個產品開發(fā)流程。

圖3 2011全國電子設計大賽一等獎作品

4 結束語

基于CDIO工程教育理念的電工學課程教學改革，其主要特色為:將CDIO教育理念融入教學過程中，在教學內容上，將電工學的理論知識以6個基礎工程實踐項目進行了重構。在實踐教學環(huán)節(jié)，積極鼓勵學生自行開發(fā)創(chuàng)新性實驗，并鼓勵學生依托競賽提高創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實踐證明，以工程實踐為導引的教學模式，激發(fā)了學生的學習興趣，培養(yǎng)了學生對工程設計的實踐能力，增強了創(chuàng)新意識，教學效果得到明顯提高。

［1］吳鳴，熊光晶.以工程能力培養(yǎng)為導向的工程教育改革研究［J］.理工高教研究，2010，29(3):54 －59.

［2］江帆，張春良，孫驊，等.融合研究性學習與CDIO的機械設計實踐教學［J］.實驗室研究與探索，2010，29(8):267－270.

［3］張敏良.基于CDIO工程教育理念探討機械工程教育改革［J］.上海工程技術大學教育研究，2009(3):26－30.

［4］殷旭，胡景繁，張紅.基于CDIO教育模式學生學習評估方法的探索［J］.高教論壇，2010(2):24－25.

［5］姚海彬，電工技術［M］.2版.北京:高等教育出版社，2004.