CDIO工程教育理念在《電路》課程教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要： 本文探討了CDIO工程教育理念在電氣工程及其自動化專業(yè)《電路》課程的教學(xué)改革中的應(yīng)用，通過理論教學(xué)和實踐教學(xué)的改革實踐，證明該教育方式適用于本課程，值得推廣到本專業(yè)的其他專業(yè)課程。

關(guān)鍵詞： CDIO工程教育理念 《電路》 理論教學(xué) 實踐教學(xué)

1.引言

《電路》課程是電氣工程及其自動化本科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容多，課時多（以南昌工程學(xué)院為例，電氣工程及其自動化專業(yè)的《電路》課程為88學(xué)時的理論課時，16學(xué)時的實驗課時）。傳統(tǒng)的教學(xué)方式為老師上課講授理論知識，講解例題，學(xué)生課后做習(xí)題鞏固復(fù)習(xí)。采用這種教學(xué)方式，學(xué)生容易產(chǎn)生倦怠心理，學(xué)習(xí)主動參與度低，學(xué)習(xí)積極性不高，學(xué)習(xí)效果不好，直接影響到后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)。

在大量參考國內(nèi)外高等學(xué)校教育的經(jīng)驗之后，筆者嘗試將CDIO工程教育理念[1][2]引入《電路》課程教學(xué)過程中，并于2014年申報獲批江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題“基于CDIO的《電路》課程教學(xué)改革與實踐”。經(jīng)過兩年的教學(xué)實踐，取得了一定的成績，在此基礎(chǔ)上將課題成果應(yīng)用于本專業(yè)其他專業(yè)課程的教學(xué)實踐中。

2.理論教學(xué)環(huán)節(jié)改革

CDIO工程教育理念是要將“構(gòu)思—設(shè)計—實施—運行能力”、團隊合作能力、終身學(xué)習(xí)能力貫穿在教學(xué)的全過程中[1][2]。基于這個思路，在理論教學(xué)過程的設(shè)計上，課題研究組成員廣泛收集與課程主要內(nèi)容相關(guān)的工程案例，并將案例分為兩類：

（1）與單一定理定律或單一元件有關(guān)的案例：此類案例只與某一定律定理或單一元件有關(guān)，故在講授該定理定律或該元件之前提出，留給學(xué)生五分鐘左右的時間，同座兩兩隨機組成小組進(jìn)行討論。

如在講授“電路元件”[3]部分有關(guān)集總參數(shù)電路和分布參數(shù)電路時，向?qū)W生布置一個案例：某電力線路長10km，試做出它的等效電路。若電力線路增長到1000km呢？

我國電力用電的頻率是50Hz，則該頻率對應(yīng)的波長：

λ=c/f=（3×108/50）km=6000km

由此可見，10km長的電力線路雖然尺寸很大，但是相對于工頻交流電的波長來說，其尺寸遠(yuǎn)小于這一波長，因此能滿足集中化條件，可以用集總參數(shù)電路來表示（如圖1所示）。但是相對于1000km的遠(yuǎn)距離輸電線來說，則達(dá)不到集中化條件，不能按集中參數(shù)電路處理，必須用分布參數(shù)電路表示。

通過這個案例的設(shè)計分析，學(xué)生很好地理解集總參數(shù)電路和分布參數(shù)電路的定義，以及在何種場合利用集總參數(shù)電路進(jìn)行分析，在何種場合利用分布參數(shù)電路進(jìn)行分析。

（2）與多個定理定律或多個元件有關(guān)的案例：此類案例的分析大多要牽涉多個定理定律或多種電路元件，若在課堂上進(jìn)行詳細(xì)分析，會影響授課進(jìn)程，故在每個教學(xué)單元完成之后，以大作業(yè)的形式布置下去，四五位學(xué)生自由分組完成該作業(yè)。在提交報告時，要求提供小組內(nèi)各成員的分工及完成情況。

以工程設(shè)計形式布置作業(yè)，避免部分學(xué)生抄答案的現(xiàn)象，也提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。通過案例作業(yè)，大部分學(xué)生可以掌握各定理定律和分析方法應(yīng)用的場合，并且知道學(xué)習(xí)這部分知識有什么用、怎么用，為后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，并對將來的工作性質(zhì)、工作職責(zé)有初步的認(rèn)識。

3.實踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革[4]

《電路》課程的實踐性很強，實驗學(xué)時數(shù)較大，過去的電路實驗臺大多采用電路箱的形式，即實驗電路已給定，學(xué)生只需要接入電源，在特定的位置測量電壓電流功率即可。在這種情況下，學(xué)生僅僅是實驗數(shù)據(jù)記錄員，而非實驗的設(shè)計者和主動參與者，實驗效果不好，對理論知識的理解鞏固起不到該有的作用。基于這種情況，課題小組成員在CDIO工程教育理念指導(dǎo)下，申報新的電路實驗室。

新的電路實驗室采用分立元件箱的形式，即給學(xué)生提供足夠數(shù)量的電路元件，實驗電路也僅僅給出參考電路圖。在實驗前，要求學(xué)生做好充分的預(yù)習(xí)工作，針對實驗要求，首先熟悉定理定律，再對要驗證的定理定律進(jìn)行電路設(shè)計，并計算出理論值。在試驗時，先利用電路仿真軟件Multisim進(jìn)行仿真運行，檢驗電路設(shè)計的正確性，避免出現(xiàn)短路斷路現(xiàn)象，損壞實驗設(shè)備，仿真運行通過后再根據(jù)電路圖搭建電路，測量數(shù)據(jù)，實驗后，進(jìn)行誤差計算分析。

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革之后，每次實驗內(nèi)容更為飽滿，學(xué)生的設(shè)計能力、動手能力和團隊協(xié)作能力都得到充分的鍛煉，達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。

4.結(jié)語

將CDIO工程教育理念引入電氣工程及其自動化專業(yè)的《電路》課程的教學(xué)過程中，能夠很好提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得較好的學(xué)習(xí)效果，也對教師的教學(xué)能力提出更高的要求，要求教師在備課時廣泛收集工程案例，并有針對性地自行設(shè)計案例，從而提高教師的理論知識和工程實踐能力。通過教學(xué)實踐證明，CDIO工程教育理論可以推廣到本專業(yè)的其他專業(yè)課程的教學(xué)過程中。

參考文獻(xiàn)：

[1]王剛，常小勇.KSR-CDIO工程教育模式的改革與實踐.中國高等教育評估，2011（1）.

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

[3]邱關(guān)源著.電路（第五版）.北京：高等教育出版社，2006.

[4]范莉.基于CDIO工程教育理念的電路實驗室建設(shè)的探索與實踐——以南昌工程學(xué)院為例.考試周刊，2015（92）：161-162.