CDIO理论在《电机拖动基础》实验课程中的应用

摘要：“电机与拖动基础”课程与实际接触紧密，理论性强、抽象概念多，学生难于理解与掌握，致使学习兴趣低，教学效果差。为此，基于CDIO工程理论进行了该实验课程的教学改革。将这种教学思路应用在电气专业2005--2008级学生的教学中，结果证明教学效果有了较大的提高。在当代提倡理论与实践相结合的教学模式中，教学思路对于各高校讲授“电机与拖动基础”实验课程具有一定辐射示范作用。

关键词：电机与拖动基础；实验教学；CDIO理论

中图分类号：G640　文献标志码：A　文章编号：1671--7740(2010)02--0151--03

引言

“电机与拖动基础”是电气工程自动化及相关专业的一门重要的技术基础课，在其专业学习中占有相当重要的地位。同时，该课程又可作为一门独立的技术应用课，直接为工业生产服务。该课程既有较强的理论性又有很强的应用性，其既有理论基础课的性质又有技术专业课的特点，在分析电机拖动系统的各种平衡关系时还要涉及到电学、磁学、力学及热学等方面的定律，又使其具有综合性、复杂性的特点。因此，学生在学习该课程时普遍反映难理解、难接受。为使学生能更好地掌握本课程知识，并能在教学过程中培养学生的能力，必须根据该课程的特点进行教学方法和教学内容的改革，真正摆脱传统教育模式影响。按照素质教育与创新教育的思路，培养学生正确的学习方法和创新意识。本文应用CDIO工程理论对该课程的实验环节进行了教学思路的改革。

一、CDIO工程理论

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2 000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的国际合作组织。

CDIO是构思(coneelve)，设计(Design)，实现(Imple-ment)，运作(Operate)4个英文单词的缩写。它以工程项目(包括产品、生产流程和系统)从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美二十多年以来的工程教育大改革的理念，更重要的是还提出了系统的能力培养、全面的实施指导(包括培养计划、教学方法、师资、学生考核、学习环境)以及实施过程和结果检验的12条标准，具有可操作性。

二、加强实践教学环节，提高学生的实践应用技能

在市场经济条件下，用人单位对劳动力的选择已不再只凭一张文凭，而是在很大程度上看其是否具有一定的实际动手能力。因此，提高学生实践能力是本科教育的重中之重，要加强实践教学环节，实现理论与实践的互动。为此，实践教学也要做相应的调整或改革。本文基于CDIO工程理论提出了一套实践改革方案，分如下几个过程。

1　调整实验过程，由感性认识上升到理性认识

在多年的电机教学中发现，由于学生缺乏对电机的感性认识，致使教师在讲解其结构、绕组等各部分组成及工作原理时，学生们因摸不着头脑而产生畏难情绪，教学效果不理想。为了能使学生在学习电机理论时对其实物先有一个感性认识，改变传统的教学模式，让学生在学习某部分理论课前先到实验室，结合实物讲解它的结构、绕组等各部分组成。这样由直观的物理现象再通过课堂教学上升到理论分析，克服了学生以前被动盲目地接受理论的状态，使抽象的理论变得直观易懂。最后学生在正确理论指导下自己动手进行实验。加深了对理论的理解。例如，在讲解电机前首先让学生到实验室对拆开的电机的每个部件进行感性认识，这样在进行理论学习时就会和实物联系起来，使抽象的理论变得生动具体而增强了学习兴趣。

2　配备先进的实验设备，寓教于乐

为了增强学生对实物的直观性、感性认识，实验室购买一批外壳透明的小型实物模型，通电后能正常运行。使学生能够清晰地看到电机的各个部件以及电机磁极、绕组、电刷等部件在实际工作中的相互配合和运行情况。虽然这些模型与实际电机之间还存在一定差距，但对学生理解电机工作原理有着极大的帮助。另外，增加实验设备的套数，由原来的1～2人一组提高到1人一组，要求同学都能自始至终地自己动手操作并圆满完成实验任务。既培养学生掌握基本的实验方法和操作技能，又起到理论教学与生产实际的联系作用。

3　改进实验教学方法，注重提问，加强引导

在学生开始动手实验前进行的讲解，除了根据实验指导书结合实验室具体的电机、电器等实验设备将实验指导书中相关的术语向同学们讲解清楚，强调重点、难点和安全操作注意事项外。在实验的过程中结合实验现象对学生提出一些问题，并与考核成绩挂钩，促使学生在实验前认真做好预习，避免盲目性。让学生带着问题在实验过程中边思考、边结合实际操作及实验结果进行分析，加深对理论知识的认识、理解和巩固。

在实验过程中，学生常常会遇到这种情况：即有的同学在实验时往往会将所学的理论知识与实际操作中遇到的现象联系不起来，只是按指导书的要求进行机械的操作和记录。故在指导学生实验过程中采用启发式教学方法，不直接回答学生的提问，而是提示或启发学生自己思考，尽量能够让他们自己得出正确答案。这样，不仅可以激发学生上好实验课的兴趣，而且还可以提高学生分析问题、解决问题的能力。

4　设置虚拟仿真实验，增加实验的有效时间

将计算机仿真引入到课程教学中来开发虚拟实验，使学生能在计算机上做实验，在计算机上研究各种电路和系统，并且可以任意地在计算机上设计、修改电路和系统，且立即看到所设计电路或系统运行的效果，不仅可以提高学生学习的兴趣，加深学生对理论的认识，更重要的是掌握了一种现代设计分析手段，使学生可以利用这方法研究开发新的系统和装置。对学生的创新能力培养可以起重要的促进作用。目前常见的拖动控制仿真软件有PSPICE、MATLAB等，这些软件各有优点，其中以MATLAB的应用更为广泛，在自控理论和其它课程中都有应用，MATLAB在电路和控制的连接中较方便，虚拟实验主要在MATLAB上开发。

5　转变考核方式，发挥学生主观能动性

转变实验考核方式分以下几个部分：

(1)上交报告，期末学生交一份有针对性知识的实验总结，包含本知识点的基本概念、基础知识，要求重点突出、覆盖面广及实验构思、设计、实现、运行的全过程。这样的考试调动了大家的积极性，同学们以极大的热情投入到这次考试中，自主学习、自觉参与的积极性得到充分发挥；(2)开展答辩形式，教师对学生所学知识内容进行随即考察。由于答辩内容涉及面广，学生必须全面仔细地复习才行。通过此方式，老师可以加深对同学的了解，掌握学生学习的真实情况，评分相对比较公正，消除了考试作弊的不良现象；(3)考核实验技能，《电机与拖动基础》是实践性较强的课程，笔试、答辩考试只能反映学生理论知识的学习状况，而实际动手操作能力和应用能力无法衡量，将实验作为考核要求，可以督促学生在平时的实验中认真对待，掌握常用实验设备、仪器的正确的使用方法，掌握常用电机实验的基本方法，并设计电机实验及综合应用所学知识进行综合性实验，提高实验效率。

6　加强校外实习基地的开发建设，提供用武之地

实习基地是实践性教学的载体，要真正体现专业特色和水平，体现先进性、配套性和实用性，形成教学、实习、生产一体化。在充分利用校内现有实习基地的同时，应及时把目光投向校外。电机几乎是所有工业企业、公司必不可少的动力设备，这就为校外实习基地的开发建设提供了广阔的空间。以方便、实际、先进为原则，联合一批企业、公司，每年按计划、按比例安排学生进行实习。这样不仅给企业和公司带来了效益，节约了资金，而且使学生得到了锻炼，积累了经验，提高了能力，为将来走向社会打下良好的基础。

三、总结

通过以上教学思路的改革和应用，我校电气工程及其自动化专业的学生在学习本课程过程中理论与实践均有明显提高，实施前后比较见下表。虽然教学效果有了明显提高，但是限于学校条件的要求，并没有购进外壳透明的实物模型，同时虚拟实验项目较少，有待将来进一步设计更多的实验项目。几年来，通过对《电机与拖动基础》课程的教学改革，取得了较好的教学效果，加大了课堂教学的信息量，调动了学生的学习积极性，提高了学生的实际动手能力，调动了学生的主观能动性，为今后培养应用型人才打下了一定的基础。本门课中采用CDIO方法教学，取得突出成果。通过基于项目的学习，学生普遍称赞学到了真本事，增强了自学和解决问题以及研发、团队工作和沟通的能力。

同时，教学改革是一项长期而艰巨的任务，还有大量工作等待今后去做。如今我国和国外的技术交往、合作越来越密切，不但需要我们的学生有丰富的专业知识，还要有较高的实践应用能力。这就需要我们在专业基础课程的教学中也能有所突破，要根据学校的要求，逐步过渡到以实践能力培养为导向教学，以适应新的教育形势需要。