基于CDIO的《MATLAB系統(tǒng)仿真實驗》教學(xué)改革

翟書娟

（電子科技大學(xué) 成都學(xué)院電子工程系，四川 成都611731）

0 引言

CDIO 工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果。 為了滿足市場和企事業(yè)單位對高校畢業(yè)生的要求，我校正在進(jìn)行CDIO 工程教育模式改革，這是一項任務(wù)艱巨而且非常有意義的舉措。

1 基于CDIO 工程教育模式改革的迫切性

我國高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)與國際接軌的中國工程師， 目前，工科的教育中還存在不少問題，比如重理論輕實踐、強(qiáng)調(diào)個人學(xué)習(xí)能力而忽視團(tuán)隊協(xié)作精神、重視知識而輕視創(chuàng)新的培養(yǎng)等問題。

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，2013 年我國畢業(yè)的約65 萬， 工程技術(shù)人才中適合在國際化公司工作的不到15%， 究其原因是中國教育系統(tǒng)偏于理論，中國學(xué)生幾乎沒有受到項目和團(tuán)隊工作的實際訓(xùn)練，相比之下歐洲和北美學(xué)生以團(tuán)隊方式解決實際問題。

CDIO 包括三個核心文件，即1 個愿景，1 個大綱和12 條標(biāo)準(zhǔn)。

（1）CDIO 的愿景為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思－設(shè)計－實現(xiàn)－運行(CDIO)過程的背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育。

（2）CDIO 的大綱首次將工程師必須具備的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和整個CDIO 全過程能力以逐級細(xì)化的方式表達(dá)出來，使工程教育改革具有更加明確的方向性、系統(tǒng)性。

（3）CDIO 的12 條標(biāo)準(zhǔn)對整個模式的實施和檢驗進(jìn)行了系統(tǒng)的、全面的指引，使得工程教育改革具體化、可操作、可測量，并對學(xué)生和教師都具有重要指導(dǎo)意義。

CDIO 體現(xiàn)了系統(tǒng)性、科學(xué)性和先進(jìn)性的統(tǒng)一，代表了當(dāng)代工程教育的發(fā)展趨勢， 也是現(xiàn)代市場和企事業(yè)單位的需要， 因此基于CDIO的工程教育模式改革迫在眉睫。

2 《MATLAB 仿真實驗》CDIO 實施方案

2.1 《MATLAB 系統(tǒng)仿真實驗》課程主要內(nèi)容

《MATLAB 系統(tǒng)仿真實驗》課程主要包含兩篇，第一篇從第1 章到第4 章， 主要是基礎(chǔ)知識介紹； 第二篇從第5 章到第9 章， 主要是MATLAB 在各相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用， 如 《MATLAB 在電路分析中的應(yīng)用》、 《MATLAB 在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用》、 《MATLAB 在自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》等；最后學(xué)習(xí)關(guān)于Simulink 系統(tǒng)建模及仿真的知識，學(xué)生學(xué)習(xí)該部分內(nèi)容興趣濃厚。 目前，本課程實驗主要以計算型和驗證型實驗題目為主，創(chuàng)新發(fā)散性綜合實驗題目偏少。

2.2 CDIO 教學(xué)的具體實施舉措

2013 年去大連理工大學(xué)東軟學(xué)院調(diào)研， 該院計算機(jī)系教學(xué)主任提到“不需要記憶的學(xué)科可以采用非試卷類型的考核”。MATLAB 功能強(qiáng)大，此課程主要培養(yǎng)學(xué)生的實踐應(yīng)用能力，因此，可以對該課程設(shè)置項目制與開卷考試相結(jié)合的考核方式。

《MATLAB 系統(tǒng)仿真實驗》課程CDIO 教學(xué)的具體實施步驟如下：

（1）分組并選擇項目，計劃3-5 人一個小組，以團(tuán)隊合作形式完成項目。

（2）教師對項目進(jìn)行初期指導(dǎo)，分配任務(wù)后由各小組成員自行分工實施。

（3）階段性匯報至少兩次。 教師可以對學(xué)生的設(shè)計方案給予分析指導(dǎo)。

（4）形成文字性項目報告，并在課程結(jié)束前進(jìn)行項目答辯。

2.2.1 分組教學(xué)

分組教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力， 可以達(dá)到 “優(yōu)代差”目的，因此應(yīng)特別注意避免一個小組全部是差生的現(xiàn)象出現(xiàn)。 本著學(xué)生自由組合，教師適當(dāng)調(diào)整的原則組建各小組。 分組教學(xué)時可以在小組中推選一名小組長。

2.2.2 項目設(shè)置

項目應(yīng)該盡量涵蓋數(shù)字信號處理、 自動控制系統(tǒng)建模仿真與分析、 數(shù)字圖像處理等相關(guān)領(lǐng)域， 包括基于MATLAB 的系統(tǒng)的編程建模、調(diào)試、仿真及結(jié)果分析等內(nèi)容。 另外，最好設(shè)置一些涉及各門課程間的聯(lián)系的綜合性設(shè)計項目。

2.2.3 項目任務(wù)書

教師要提出一些引導(dǎo)性的問題， 給學(xué)生一定的初期階段性指導(dǎo)，這樣有助于學(xué)生找到思路，培養(yǎng)學(xué)生興趣。萬事開頭難，只要學(xué)生入了門，積極性就會提高很多。

2.2.4 階段性匯報

在整個項目制實施的過程中，階段性匯報非常重要。第一，可以督促學(xué)生按進(jìn)度完成階段性任務(wù)；第二，指導(dǎo)教師可以幫助學(xué)生調(diào)整設(shè)計思路。 因此，要求學(xué)生至少安排兩次匯報的時間點。

2.2.5 答辯

這是學(xué)生最終成績構(gòu)成中很重要的一項成績。 第一，學(xué)生要在期末參加該課程的開卷考試，主要考察課上講授的基礎(chǔ)知識。第二，就是項目答辯成績。各小組成員要相互合作，分工完成。但是答辯卻是隨機(jī)抽取答辯，由老師指定哪位同學(xué)講解，這就要求小組每位成員都要對設(shè)計方案及過程細(xì)節(jié)清楚掌握。 最后， 答辯的成績可以按照和開卷試卷成績各占50%的比例計入總成績。

2.3 關(guān)于CDIO 教學(xué)模式的幾點思考

在我校進(jìn)行CDIO 工程教育模式改革的大背景下， 我對于CDIO教學(xué)模式有以下幾點思考：

（1）要進(jìn)行CDIO 工程教育模式改革必須進(jìn)行課程優(yōu)化。 通過調(diào)研企事業(yè)單位，了解當(dāng)前社會對高校畢業(yè)生的需求行情，制定實時的實踐項目。繼續(xù)強(qiáng)化學(xué)校的學(xué)習(xí)資源，盡量保證軟硬件設(shè)施，開展各類大學(xué)生競賽。另外要注意各個課程的開設(shè)時間，例如電子類的學(xué)生，在大學(xué)階段的第1-2 學(xué)期開設(shè)認(rèn)識器件設(shè)備等實訓(xùn)課，在第7-8 學(xué)期開展就業(yè)需求分析或就業(yè)指導(dǎo)等相關(guān)課程。

（2）在學(xué)科設(shè)置方面應(yīng)突出強(qiáng)勢專業(yè)，精心打造，做強(qiáng)、做精。另外圍繞一個學(xué)科門類，應(yīng)立足系統(tǒng)的進(jìn)行學(xué)科建設(shè)，包括相應(yīng)的軟件課程、硬件課程都應(yīng)該有所涉獵。

（3）理論授課必須同時結(jié)合一定量的課內(nèi)實驗。

（4）必須聘任一些有實際經(jīng)驗的兼職教師。項目來源于實踐，只有具有實際項目設(shè)計經(jīng)歷的人才順應(yīng)CDIO 改革的模式。 而且我們的畢業(yè)生最終也是要走到工作崗位，所以學(xué)院必須聘任一批有實戰(zhàn)經(jīng)驗的外聘兼職教師來豐富我們學(xué)校的師資力量。

3 《MATLAB 仿真實驗》CDIO 項目舉例

針對本課程CDIO 工程模式教育改革，可以在學(xué)期開始時就下達(dá)如下例子中的小項目。 現(xiàn)舉例說明。

舉例1：簡易圖像的跟蹤系統(tǒng)設(shè)計。如下問題：

（1）MATLAB 處理圖像有什么優(yōu)勢？

（2）圖源哪里來？

（3）怎么將多幀圖像讀入MATLAB 環(huán)境下？

（4）跟蹤系統(tǒng)要找到目標(biāo)，怎么確定目標(biāo)邊界？

舉例2：車牌號的定位與識別。

如下問題：

（1）讀入的彩色圖像怎么轉(zhuǎn)成二值圖像？

（2）在二值圖像中，怎么確定車牌號碼在圖像中的大致位置？

（3）如何使用MATLAB 對圖像剪裁？

［1］顧佩華,等.重新認(rèn)識工程教育——國際CDIO 培養(yǎng)模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009：1-3.

［2］顧佩華,等.從CDIO 到EIP CDIO：汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式[J].高等工程教育研究，2008(1).

［3］Peihua Gu,Xiaohua Lu,Guangjin Xiong,Shengping Li and Minfen Shen.Development of design directed engineering curriculum based on CDIO Framework[J].World Transaction on Engineering and Technology Education,2006，5(2).