CDIO实验

2024-11-07

CDIO实验（精选10篇）

CDIO实验篇1

近年来, 在高等院校教育模式改革上, CDIO模式是国际工程教育改革的最新成果, 是符合当前教育发展的一套教育改革体系。从2000年起, 麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学组成的跨国研究, 经过4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教学模式强调以工程项目的研发为主线, 培养学生主动学习的能力, 同时注重培养合作意识和沟通能力。目前国际上有很多著名大学都采用了CDIO教育模式, 取得了良好的效果。国内大约从2006年开始, 以汕头大学为龙头, 开始学习研讨CDIO教育模式, 目前国内也有多所大学实施了CDIO教育模式, 并将成果进行推广。本文是在华北理工大学教学改革项目 (项目名称:基于CDIO模式的电气自动化技术专业创新教学实验平台的构建, 项目编号Y1395-65) 的基础上, 总结整理而成, 目的是希望能促进学生工程能力的提高。

1 CDIO教育理念与CDIO教师的培养

CDIO教育模式以学生的工程实践能力为培养目标, 强调将课程学习与项目设计实施联系起来。CDIO教育模式将培养目标融入整体教学环节中, 将工程实践能力培养具体落实到课程和课外实践环节, 主张将课程的实验教学、课程设计、毕业设计等环节都应该从具体实际出发, 然后上升至理论, 最后再回到实际操作中, 以创作产品或项目成果为最终的教学目标。以工程项目从调查分析、设计研发、运行维护的生命周期为主线, 通过项目设计将整个教学课程体系系统地、有机地结合起来, 学生主动参与到课程的各个教学环节中。

CDIO的核心内容主要是制定教学大纲和教学改革评估的12条标准。CDIO教学大纲是教学的评价和参考纲要, 是对人才培养目标的详细描述, 大纲按照学科知识、工程师职业能力、团队工作与交流能力和在企业与社会环境下的工程综合能力4个层面, 对工程师应具备的知识和能力进行了重点描述, 要求教学体系以综合培养的方式使学生达到这4个层面的要求, 从而形成了具体化、可观测、对学生和教师都具有重要指导意义的目标体系。CDIO的标准是对培养方法的具体指引, 是对CDIO教学改革模式的评估标准。

根据CDIO教育理念, 要逐步形成以教师为引导和以学生为主体的思想, 打破原有的教学模式, 使教师从教育者转变为引导者。在教学中, 要打破课本原有课堂教学方式, 采用以项目或案例作为知识的引导, 激发学生的学习兴趣, 由项目或案例去引导学生主动发现问题、分析问题和处理问题。因此要构建CDIO模式的教学平台, 就要有具有CDIO能力的教师。首先在课题组内部选择3名骨干教师, 重点培养教师的CDIO教学思维。首先教师要结合主讲课程, 学习CDIO的12项标准, 学习其他高校实施CDIO教学模式的经验, 然后结合教师的现有科研水平, 积极与企业联系, 寻找企业现有的项目作为教学的素材, 然后与企业合作, 共同开发企业创新项目。最后修订学生的培养方案, 挑选3门专业核心课程作为试点, 制订新的课程教学大纲。

2 CDIO创新教学实验平台的构建

C DIO教学模式强调在构思 (C o n c eiv e) 、设计 (Design) 、实施 (Implement) 和运行 (Operate) 项目的过程中, 学习工程理论并加以实现。CDIO的12项标准是对培养方法和平台构建的具体指引。CDIO的12条标准分别考察专业培养理念, 课程计划的制定, 设计实现, 教与学的方法, 教师提高以及考核和评估。对照12条标准, 借鉴国内外高校实施CDIO的经验, 以社会需求为导向, 将CDIO项目分为3个等级:3级项目是为单门课程而设的项目, 主要目标是增强对相关知识的理解和对相关能力的培养;2级项目是包含一组相关核心课程、能力要求的项目, 多为涉及多门课程的综合性实验项目;1级项目为包含本专业主要核心课程和能力要求的项目, 多为与本专业知识体系相关设计创新性项目。组织学生在不同的学习阶段, 参与不同类型的项目。其中项目的构思 (C) 是一个非常重要的阶段, 教师要帮助引导学生去寻找合适的项目, 为学生提供机会到企业去参观, 鼓励学生自己提出“创新设计项目”。项目的设计 (D) 是工程实践的精髓, 学生要在开放的实验室中将构思方案变成工程描述, 包括设计、建模、仿真等过程。项目的实施 (I) 要在学校的硬件资源平台上实现, 项目是团队成员分工、协作共同完成的, 每个人都有自己负责的任务, 都必须了解项目的目标。项目运行 (O) 主要是要做好项目的运营及后期的维护, 同时也要做好项目的展示工作。

首先挑选3门专业主要核心课程, 强化基本理论知识, 制定单门课程内的3级实验项目;然后以多门课程群和相关能力为基础, 制定多项综合性的2级实验项目, 学生可以从中选择1项来完成;最后结合企业和社会环境以及教师现有项目, 有选择的让学生参与到教师的科研, 或者企业的实际项目, 即让学生参与到1级项目, 跟踪1级项目从需求分析、方案制定到最后实施维护的全过程。通过这3级项目的研发, 将核心课程与专业统一起来, 并结合学生的自我更新能力、人际和团体交流能力以及企业和社会环境下的产品的构思-设计-实施-运行能力一起进行系统的培养。课程中的实验项目与教学内容紧密结合, 相互统一, 从而培养学生学习、应用知识的能力和工程实践能力。项目的内容随时更新, 并且对于每个项目, 都制定了严格的考核和评价体系。

首先为每一门核心课程制定课程教学大纲, 课程大纲明确学生应掌握的知识和能力, 明确指出学生应该能够做什么, 通过学习会做什么, 然后规划如何使学生学到这些知识和能力, 最后要指出如何考查学生的知识和能力, 并明确教学、实验、实习、作业以及项目的安排。大纲中除了列出本门课程的知识点之外, 还明确指出了学习本课程所应达到的能力目标, 在教学环节的安排上多采用项目教学法, 以适当的教与学过程保证这些目标确实落到实处。对于2级和3级项目, 制定了项目的具体要求、实施基础、思路引导、评价体系。例如, 对于"电工电子学"这门课程, 首先设计多个小项目, 在教师讲授的过程中多采用项目驱动法, 课后的实验环节更是设计了较多的综合性和设计性实验, 在课程结束后, 安排了电子实训和电子设计竞赛, 并在竞赛考核中, 要求学生首先根据要求提交设计方案, 方案合理后开始制作环节, 制作完成提交设计报告和制作作品, 进行分析总结, 最后进行答辩。教师根据制定的评价体系对学生的竞赛作品进行评价, 给出成绩。对于1级项目, 目前确定了两类, 一类是鼓励学生参加较高级别的竞赛, 如飞思卡尔智能汽车大赛和全国大学生电子设计竞赛, 直接以参赛成绩作为竞赛的评价结果;另一类是参与教师或企业的科研项目, 以项目的验收或者论文的发表作为评价结果。

3实践成果分析

通过选择3门专业主干课, 结合课程实验、课程设计、专业实习、顶岗实习等教学环节, 将CDIO工程教育理念运用到多个教学环节中。经过一个阶段的项目实施, 激发了学生的学习兴趣, 开阔饿了学生的创新思维, 提高了学生解决问题的能力。应用CDIO工程教育理念, 能够更好地培养学生的创新能力, 给学生潜能的发挥提供一个广阔的空间。组织学生进行讨论, 而答案不再是唯一的, 而是多样化的;答案没有最好的, 只有更好的。应用CDIO工程教育理念, 能更好地培养学生独立的工作能力, 教学中采用了项目教学法, 大大地提高了学生独立工作的能力, 按照项目教学法的要求, 所有操作环节都由学生独立完成。学生独立地完成信息获取、方案制订、方案实施、信息反馈、成果评价, 通过再三的训练, 碰到新任务时, 就会得心应手, 不再束手无策了。应用CDIO工程教育理念, 能更好地培养学生的应变能力, 小组内学生分别承担不同的角色, 面对不同的对象, 在瞬间做出回答, 不断地出现新的情境, 不断地作出新的应答, 从而大大提高了学生的应变能力。应用CDIO工程教育理念, 能更好的培养学生团结协作的能力。

4结语

CDIO工程教育改革是一个全面、系统的改革。具有明确的培养定位、详细的培养目标和全面、系统的培养方法指南, 教育改革需要长期努力、逐步提高。本文紧随国际国内先进的教学理念, 将CDIO教学模式应用到专科院校中。与目前本科学生相比较, 专科学生理论知识比较欠缺, 但是动手能力比较强, 并且团结协作的能力比较强, 更适合应用CDIO教育模式。CDIO教育模式提倡“做中学”, 将教师的科研项目、企业的实际产品与学生的课程结合起来, 不仅可以增加教师的科研意识, 更重要的是使学生及时了解企业的需求, 使学校所学与企业所需紧密结合。

参考文献

[1]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究, 2009 (10) :86-87.

[2]厉威成.CDIO模式的教育理念及其实践研究[D].成都:四川师范大学, 2012.

[3]陈文杰, 任立军, 张林, 等.新加坡理工学院基于CDIO模式的项目教学改革[J].职业技术教育, 2009 (35) :91-93.

[4]凌芳, 吕恬生.以CDIO模式推进工程实践教学改革[J].实验室研究与探索, 2010 (10) :43-44.

[5]杜艳华, 徐运红.CDIO模式下工科院校“双师型”教师的培养[J].河北工程大学学报:社会科学版, 2012 (1) :30-32.

CDIO实验篇2

刘崇进* 贝承训** 彭传正* 周晓明** 林春景*

* 广东白云学院 **华南理工大学

内容摘要：根据CDIO模式，为了培养学生解决实际问题的能力、交流沟通能力和团队合作精神，对大学物理实验课进行了新的教学设计。通过“磁阻效应的测量”实验的教学实践，结果显示，取得较好的教学效果。

关键词：CDIO模式，大学物理实验，教学改革，教学效果 0．引言

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2000万美元资助，经过四年的探索研究，创立了 CDIO 工程教育模式，并成立了以 CDIO命名的国际合作组织。根据产品或工程项目从研发到运行服务的四个生命周期阶段，即构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），形成了CDIO 工程教育改革的理念[1-3]。CDIO工程教育理念不仅继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念，更重要的是系统地提出了具有可操作性的CDIO教学大纲、以及全面实施以及检验测评的12条标准，由此形成了工程教育的CDIO模式。采用CDIO教学大纲，按CDIO工程教育模式培养的学生，深受社会与企业欢迎。

CDIO教学大纲中指出，大学物理是工科各专业必备的基础科学的学科，麻省理工大学（Massachusetts Institute of Technology）各工科中必备的基础科学学科都包括了大学物理，而大学物理实验是大学物理必不可少的重要组成部分。CDIO的12条标准中，第6条标准明确指出，实践场所和实验室不仅是动手实践学习的地方，而且是学习科学知识和培养团队精神的场所。CDIO教学大纲中个人能力和素质的要求中，强调了实验的探索和知识发现。早在2007年，Christopher Teoh 和Nhut Tan Ho等人，根据CDIO模式，采用积极主动的教学方法进行实验教学改革 [4-5]。2010年，我国的江楠和孙志刚等人采用了CDIO模式，进行了电磁学实验的教学改革 [6]。我们根据CDIO模式，参考他们的实验教学方法，进行了大学物理实验课的创新性设计，并通过“磁阻效应的测量”实验教学的实践，取得了比较好的教学效果。

2.根据CDIO模式的大学物理实验课的教学方法分析

在大学物理实验课的传统教学中，不论是证实性的实验，还是综合性的实验，或者设计性的实验，首先用大量的原理介绍来引导学生入门，再根据实验的要求，来完成实验。学生做完实验后，获得了一定的知识，但学生的创造力和能动性没有充分发挥，学生的交流沟通能力和团队合作精神也没有得应有的提升。可以说，传统的大学物理实验课教学培养的是“知识型学生”。如何把“知识型学生”转化为“创造型的学生”，进而培养具备一定专业知识技能和较好综合素质的创新型学生，使他们具备较强的团队协作精神，这是目前理工类高校迫切需要解决的问题，而CDIO教育模式是解决该问题的重要途径[7]。

CDIO模式的特点就是构建一体化的教学和学习计划，采用“做中学”项目学习方法[7]，要求学生分工合作，密切配合，完成该项目，以便培养学生应用基础知识解决实际问题的能力、交流沟通的能力和团队合作精神等。把“做中学”项目学习方式应用到“大学物理实验”课程，使这门传统的实验课融合经典和现代的教学方法，从而更好地培养学生的良好个人素质和综合能力，即培养学生应用基础知识解决实际问题的能力、交流沟通的能力和团队合作精神等

“做中学”项目学习方法（Learning By Doing，Learning By Using and Learning By Thinking）是根据项目的生命周期阶段：构思、设计、实现和运作，鼓励学生自己动手查找资料和阅读资料，分组讨论研究等方式，解决从构思设计项目到实现完成项目遇到的困难和问题。因此，“做中学”项目学习方法，学生在做的过程中学习，提高了自身的学习积极性和主动性，学生本身的个人素质和综合能力也得到了有效提升。

学生的项目学习方式相对应的是教师的项目教学方法，该方法主要是在设计项目时，让每个学生做项目中感兴趣的部分，分工合作，共同完成项目。Karsten H.Clement等人在构建一体化的实验课教学计划时，把一个具体的实验，作为一个项目来处理[8]。因此，我们在构建大学物理实验教学计划时，也把一个具体的大学物理实验作为一个项目来处理，实验教学中除了采用传统讲授知识的方法和现代化教学方式如电子化的多媒体教学方式外，还采用“做中学”的项目教学方法，以便提高学生的学习积极性和主动性。

3.根据CDIO模式的大学物理实验课的教学设计

传统的大学物理实验的教学设计首先是介绍大量的原理，然后根据实验的性质如是否证实性的，还是综合性的或者设计性的实验，来具体地设计实验的目的和内容等，学生根据实验的目的和内容来完成实验。设计基于CDIO模式的大学物理实验的教学，就是构建基于CDIO模式的大学物理实验的一体化教学计划，把一个具体的大学物理实验作为一个项目处理。根据项目的四个生命周期阶段，构思和设计具体实验目的、实验内容和实验过程，使学生应用“做中学”项目学习方法，在实验中能获得有效的知识和能力；实现和和完成实验后，能有效地培养学生应用基础知识解决实际问题的能力、交流沟通的能力和团队合作精神等。

大学物理实验课一般在大学一年级的第二学期和二年级的第一学期开设，学生进入大学不久，正在拓展知识和能力，学生一般还不具备全盘设计实验目的和内容的能力。因此，设计一个具体的大学物理实验教学计划时，应该循序渐进，使学生较好地学习物理实验知识、方法和技能，了解科学实验的主要过程与基本方法，为今后的专业知识学习和工作奠定良好的基础。重要的是，要把“做中学”的项目教学方法融入到大学物理实验课中。教师在设计具体的物理实验内容时，要预留灵活的空间，以便学生采用“做中学”的项目学习方法，分工合作，主动讨论，在“做中学”的过程中进行实验的探索和知识发现。

根据上面的分析，考虑到大学一年级的学生正在拓展知识和能力，根据循序渐进的原则，需要教师构思和设计一个具体实验目的和内容。图1是基于CDIO模式的大学物理实验的教学设计流程，从图1中可以看出，教师在设计实验内容时预留灵活的空间，学生在实现和完成实验过程中，能应用“做中学”项目学习方法，做实验中感兴趣的部分，分工合作，主动讨论，共同完成实验。图1 基于CDIO模式的大学物理实验的教学设计流程

4.基于CDIO模式的 “磁阻效应的测量”实验的教学设计和实践

基于CDIO模式的大学物理实验的教学设计，对于一年级的大学生来说，重点是考虑他们的知识和能力特点，他们不需要设计实验目的和实验内容。从图1可以看出，在设计具体的物理实验内容时，要预留灵活的空间，让学生能应用“学中做”的项目学习方法做实验，学生在实现和运作的周期阶段，即在做实验的过程中，能分工合作，主动讨论，进行实验的探索和知识发现，从而有效地培养学生应用基础知识解决实际问题的能力、交流沟通的能力和团队合作精神。

下面，对“磁阻效应的测量”实验进行基于CDIO模式的实验教学设计和实践。构建该实验教学计划的实验内容，预留的灵活空间是：在测量锑化铟磁阻元件的电阻随磁场变化的数据[9]时，要求测量从零到最大的磁场对应的电阻变化数据，再计算磁阻元件的电阻值的相对变化量，用作图的方法验证磁阻元件的电阻相对变化量与磁场的平方成正比，正如实验书上实验内容所述。

同学们实验时，分成三人一组。一人看书，根据实验要求指出调节磁场的大小，并监视；另一人动手调节磁场；第三人记录数据。三人分工合作，进行实验。当磁场调到最大，不能再调大时，就完成了数据测量。用作图的方法验证实验结论：磁阻元件的电阻相对变化量与磁场的平方成正比。同学们根据数据作好图，如图2所示，然后进行分组分析讨论，进行实验的探索和知识发现。

C对变化量磁敏元件电阻的相0.40.30.20.10.0050100***0磁感应强度/mT

图2 磁阻元件的电阻相对变化量与磁场的变化关系

学生分组分析讨论后，从图中发现了实验结论不完全正确，即磁阻元件的电阻相对变化量与0∽250mT范围的磁场的平方不成正比。这时候，学生主动学习的积极性发挥出来，讨论热烈。学生通过进一步分析讨论，得出了正确的结论：磁阻元件的电阻相对变化量与0∽80mT范围内的磁场的平方成正比，与80mT∽300mT范围内的磁场成线性关系。学生经过这样的分组合作做实验，经过讨论，获得新的结论，有效地培养学生应用基础知识解决实际问题的能力、交流沟通的能力和团队合作精神，取得了较好的教学效果。

5.结论

参考国内外基于CDIO模式的实验教学改革，够建了基于CDIO模式的大学物理实验的一体化教学计划，把一个具体的大学物理实验作为一个项目处理，并进行了“磁阻效应的测量”实验的教学设计和实践，获得了有益的结论：

（1）把一个具体的大学物理实验作为一个项目处理，教师采用“做中学”项目教学方法指导实验，学生采用“做中学”项目学习方法做实验；

（2）教师设计实验目的和实验内容时，实验内容要预留灵活的空间，以便学生进行实验的探索和知识发现；

（3）在设计实验过程中学生能分工合作，主动讨论，共同完成实验（4）学生在讨论完后，能得出更全面更正确的实验结论。

（5）基于CDIO模式“磁阻效应的测量”实验的教学实践的结果表明，有效地培养了学生解决实际问题的能力、交流沟通的能力和团队合作精神，取得了比较好的实验教学效果。

致谢：本文是由广东省高教协会资助的课题（项目号：协会109号），本文的完成得到了广东白云学院和华南理工大学实验室的大力支持。故作者特别感谢广东省高教协会、广东白云学院和华南理工大学实验室的领导和同仁。

参考文献：

［1］ David W.Miller, Doris R.Brodeur.The CDIO Capstone Course: An Innovation in Undergraduate Systems Engineering Education.Proceedings of the 2002 American Society for Engineering Education Annual Conference and Exposition Copyright © 2002, American Society for Engineering Education [2］顾佩华，陆小华。《CDIO工作坊手册》，汕头大学出版社。2008年12月第一版(ISBN：978-7-881120-593-0)：8-9.[3] John Bankei, Kall-fredrik Berggren et al.Benchmarking Engineering Curricula with the CDIO Syllabus, Int.J.Engineering Education, Vol.21, No.1(2005),121-133 [4] Christopher Teoh, Au Siew Hong, Peh King Sing et al.AN INTEGRATED APPROACH TO TEACHING FIRST YEARDIPLOMA IN BIOELECTRONICS, Proceedings of the 3rd International CDIO Conference, MIT, Cambridge, Massachusetts, USA, June 11-14, 2007 [5] Nhut Tan Ho，A Framework for Improving Learning and Retention in a Diverse Student Population，Proceedings of the 2007 American Society for Engineering Education Pacific Southwest Annual Conference（2007）

[6] 江楠，孙志刚，赵海龙。CDIO理论在《电工学》实验教学改革中的应用。科技信息，2010年第23期

[7] 王亚良，张烨，陈勇等。基于CDIO的实验项目开发与实践。实验技术与管理，2010年02期：119-121

[8] Karsten H.Clement , Pernille Harris and Yvonne Agers.CDIO Projects in DTU’s Chemical and Biochemical B.Eng.Study Program, Proceedings of the 7th International CDIO Conference, Technical University of Denmark, Copenhagen, June 20-23, 2011 [9] 吴扬，娄捷，陆申龙。锑化铟磁阻传感器特性测量及应用研究。《物理实验》2001年第10期：46-48 Practice and Innovation of College Physics Experiment Based on CDIO Model Chongjin Liu* Chengxun Bei** Chuanzheng Peng* Xiaoming Zhou** Chunjing Lin* *Guangdong Baiyun University **South China University of Technology Abstract： Teaching Design of college physics experiment is elaborated based on CDIO model so that the students can solve the practical issues and communicate and do teamwork efficiently.“Measurement of the magnetoresistance”experiment results show that the good teaching effects are achieved though the CDIO teaching method

Keywords：CDIO Model，Experiment of College Physics，Innovation，teaching effect

作者简介：刘崇进，在华南理工大学获得博士学位和副教授职位，在多伦多大学做过博士后研究工作，现任广东白云学院电子信息工程系副教授。

刘崇进的通讯地址：我的通信地址是：广州白云区江高镇学苑路1号广东白云学院电子系刘崇进

CDIO实验篇3

关键词：项目教育 CDIO理念教学改革实验教学《电路实验》

CDIO是在多年的教学过程中形成的教育教学改革的新成果。自2000年以来，CDIO（构想、设计、实施、操作）以产品实现为周期，以产品的开发为主导，以学生自主设计为目的的教学模式，以培养工程应用能力、知识构建能力、团队相互合作能力、系统设计能力为基本原则，在这个四个方面体现人才培养的创新性。

1.基于CDIO思想的教学方法改革与实践

1.1传统的电路实验课程教学常见的问题

传统实验教学方法的研究表明，实验教学是对理论知识的整合，培养学生发现问题、分析问题、解决问题、创新和实践的能力。创新实验教学平台是实验课程教学的重要组成部分。目前，电路实验教学内容及方法在高等教育体系普遍存在的现象是：

1.1.1实验内容主要以验证课本的理论为主。目前，主要是为了验证电路理论实验项目，将书本知识传授给学生，学生只对实验结果的实验现象进行观察和记录，无法达到培养学生自主创新能力的实验教育模式。

1.1.2课程的考试方法按照传统方法考核，教学方法没有创新。本文在实验教学的传统教学方法的基础上，阐述了实验教学的原则和注意事项，提出了实验报告的多样化、自由化。

1.1.3实验教学环节相对理论部分是比较薄弱的。实验教学常常作为理论课的辅助部分，实验学时安排比理论少很多。在实验过程中，学生只是按照实验指导书接线，记录实验结果，实验过程过于简单，独立思考的机会少。学生对实验课程积极性不高，只是为了应付完成任务，缺乏主动参与精神。

1.1.4团队意识培养不够。一个简单的验证实验方案，没有强调实验设备的整合与学生的自主学习，没有团队意识与现代企业对人力资源的需求不能适应。所以，通识教育CDIO理念应用在实验教学过程中，建立强调项目设计，对工程应用人才的培养具有重要意义。

1.2教育改革理念

在课程计划和发展概况的基础上，主要对电路课程内容：电路的分析方法、电路的基本定理、含有运算放大器的电阻电路、一阶电路和二阶电路的时域分析、正弦稳态电路的分析、含有耦合电感的电路、电路的频率响应、线性电路的复频域分析等进行阐述。学生不仅要掌握深厚的理论知识，而且要具有实际动手能力才能确立设计理念和形成设计能力。CDIO教学思路主要体现在以下几个方面：

1.2.1建设项目设计面向CDIO教育模式，针对全面建设、设计、优化、实验中的应用，创新性地开展实验项目。在设计的实验中强调部分对应难度较大常用的电路的增加一次分析，尤其是频率响应，让学生在设计项目的基础上进行早期研究。在一个典型的实验中，综合设计项目的深层设计，对电路设计的原则，培养学生的动手能力非常重要。

1.2.2丰富实验教学方式，利用计算机辅助设计、项目驱动实验，将竞赛引入教学方式，充分利用PROTEL、MULTISIM，AUTOCAD等软件进行电路设计和仿真，实验项目由学生自由组合的团队独立完成，该项目完成后，各组之间进行充分讨论，讨论各自的设计方案，对设计报告的撰写按照要求完成，组织分工等。对培养学生的各种能力都有帮助，尤其是团队之间的相互配合能力、主动思考能力、电路的分析调试能力和语言表达能力。

1.2.3加强创新学习的培养。每年省内都有电子电路方面的竞赛，竞赛题目都不同程度地体现了创新思想，可以借助赛题培养学生的创新思维，把赛题引入实验，达到良好效果。

1.3教学改革的措施

我院建设完成了开放实验室和创新实验室，实验室里配备了电子电路所需的实验仪器设备和常用的电子元器件，供学生使用，而且采取以老带新的制度，全天由往届在电子电路设计竞赛方面取得较好成绩的学生值班，负责解答疑问，同时安排老师值班，以解决学生在学习工程中出现的问题。安排历年赛题的解答任务，要求学生熟悉历年赛题的设计思路、设计方法，真正做到项目驱动教学，丰富实验课题，激发学生兴趣，提高实验课堂教学效率。

2.该实验教学改革的效果

基于CDIO的教学理念，调整了实验内容，实验室也进行了配套建设，改进了教学方法，丰富了实验教学形式。实验课程内容、实验过程、老师的教学方法都做了相应的改革，实验的最后考核方式都进行了相应的改革，尤其是开放实验室和创新实验室建设。学生的实验积极性有了很大的提高，学生参加省内和国内的电子电路竞赛也取得了较好的成绩。由此可见，在注重理论知识的同时，更要注重学生团队合作能力、工程能力、创新能力的培养，这是现代企业对人才的必然要求。

电路课程是高等院校工科一门重要的必修专业基础课，对实验的要求较高，如果只知道理论而不懂实验，那么只能停留在表面的认知阶段，要改变目前高校重理论而轻实验的现象，不是一朝一夕能做到的，不仅仅需要教育理念的变化，更需要大量实验室经费的投入，改善实验条件，同时也要对实验指导老师进行系统的培训，提高老师的实践能力。文章阐述了当前高等学校工科电路实验存在的共性问题，探讨了CDIO理念的电路实验教学改革方式，从课时安排、实验要求、实验方法、实验具体要求做什么及做实验培养什么样的能力等方面进行了改革。从改革结果看，在电路实验教学中采用无论是竞赛赛题还是日常常见电路为驱动的CDIO教学模式，都能形成CDIO要求的能力，取得了预期的效果，如果同类课程教学采用相应的教学模式，相信就会取得令人满意的效果。

参考文献：

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[6]吴桂锋，等.基于CDIO理念的电路课程教学改革与实践[J].中国科技创新导刊，2013（4）：21-24.

CDIO实验篇4

随着近年来高校的扩招, 独立学院应运而生。独立学院的教学不同于一般本科院校, 它不是培养研究性人才, 而是培养社会需要的应用实践型人才, 即“能上手、上手快、有发展后劲”的人才。要想培养应用型人才, 实践性教学是重要的环节, 在培养学生应用能力和创新能力方面具有不可代替的作用[5]。

数学实验是以计算机和数学软件为实验工具, 以微积分、线性代数、概率统计等作为理论前提, 让学生进行大量的图形演示和验证演算, 以实例分析、模拟仿真、归纳发现等为实验方法, 通过“基础性、应用性、设计性、创新型”四个层次的实验项目的设置, 构建“基本型、提高型、自主型”的实验体系。让学生实现主动地建构知识, 并通过自己的分析和思考解决实际问题, 最终以实验报告或小论文作为成果的上机实践活动。

因此在高校教学改革的大浪潮下, 针对独立学院的办学宗旨和教育理念, 参照CDIO的1个愿景、1个大纲和12条标准, 结合独立学院学生的特点, 如何对独立学院的数学实验进行改革是一个值得讨论的问题。

一、独立学院数学实验的现状及存在的问题

独立学院学生的知识水平和学习能力参差不齐, 尤其数学基础相对比较薄弱, 对数学的学习积极性不高。学习习惯还停留在高中时期, 习惯于教师的“满堂灌”, 被动听课, 主观能动性不强。而数学实验课相对于其他微积分等数学课程而言, 更注重实践和应用, 所以相对来说学生的学习积极性要高些。但是由于数学实验开设时间较短, 因此整个教学的运行还在探究摸索阶段。同时, 虽然开设了数学实验, 但是跟一般的计算机上机课没太大区别, 没有达到预期的效果。这三种模式哪种更适合独立学院的学生, 我们不能盲目地生搬硬套, 要做到“因材施教”、“因需施教”。所以下面就独立学院数学实验教学设计方面展开改革。

二、基于CDIO的数学实验课的教学设计

数学实验课是一门实践性很强的课程, 它改变了传统大学数学的重理论、轻实践, 重知识、轻思维, 重结果、轻过程等教学模式, 更加注重理论和实践相结合、动脑和动手相结合、内容和方法相结合、教师讲授和学生讨论相结合。所以我们从数学实验的教学角度出发, 按思维的层次和实验的难易程度为划分标准, 将实验分为基础验证实验、探索应用实验、综合设计实验和项目创新实验。

(一) 独立学院数学实验内容的改革

1.基础验证实验。软件操作实验主要要求学生掌握Matlab数学软件, 包括该软件的基本知识、基本操作、程序设计及简单编程等。基础验证实验比较简单, 要求每个学生上课的时候独立完成。一方面让学生学会利用计算机计算验证数学知识, 加强对所学知识的理解和掌握。另一方面可以培养学生的工程基础知识。例如我们在讲解极限的时候, 先通过Matlab画出曲线的图像, 然后再用limit函数求出极限, 这样不仅在图形上可以直观的看出曲线的变化趋势, 而且计算机也可以很快的计算出结果, 学生更容易理解和掌握。

2.探索应用实验。探索应用实验是以微积分、线性代数、概率论与数理统计三门课程的知识为背景的应用性实验, 通过教师实验案例的讲授和学生实验课题的实际操作, 使学生了解数学知识的广泛应用, 培养学生应用数学知识解决实际问题的意识及初步能力[6,7,8,9]。例如我们的出租汽车实验, 实验背景是这样的:出租汽车公司在仅有A城和B城的海岛上, 设了A、B两个营业部。如果周一A城有120辆可出租汽车, 而B城有150辆。统计数据表明, 平均每天A城营业部汽车的10%被顾客租用开到B城, B城营业部汽车的12%被开到了A城。假设所有汽车正常, 试计算一周后两城的汽车数量。我们采用启发式教学引导学生抓住事物的主要矛盾设置主要的假设变量, 然后建立模型, 再让学生根据模型写出函数求解并画图, 发现一周后A城的出租车越来越多, B城的出租车越来越少, 那经过一个月、一年呢?B城就会打不到出租车。接下来引导学生, 能不能寻求一种方案使每天汽车正常流动, 而A、B城的汽车数量不增不减。然后让学生进行分组讨论, 如果做的过程中有问题可以提示学生参考线性代数中特征值和特征向量的相关知识。最后把设计方案提交上来。

3.项目创新实验。为了提高学生综合运用所学专业知识、分析解决实际问题的能力, 借助CDIO教育理念, 教学过程中采用项目驱动的方法, 让学生在“做中学”。根据不同系别、不同专业的学生, 分别设置相关专业或实际问题的项目, 要求学生以5~8人为团队在课程结束之前完成一个项目。学生可以自由组队, 根据项目进行集体讨论, 制订计划, 设计方案, 制定进度表, 分工合作, 付诸实施;最后, 结课之前提交报告或小论文。例如我们会让学生做调查问卷, 调查学院学生网上购物的情况:看一下男生和女生的每月购物金额大概是多少?购物的类型分别是什么?不同系别购物有没有区别?经常购物的网站是什么?谈恋爱的和没谈恋爱的购物是否有区别?宅的和不宅的又有什么区别?等等。那么, 如何做调查问卷?如何根据数据建立模型、分析模型、求解模型?通过模型得出什么结论?为什么有这些结论或情况出现?根据结果可提出什么好的意见或建议?等等问题是我们值得研究的。

(二) 独立学院数学实验方法的改革

除了上述内容的改革外, 教学方法也有必要进行改革。

首先采用案例教学法来激发学生的学习热情, 在筛选案例或实验的过程中依照以下原则: (1) 跟踪国际科技前沿, 结合教学内容适当补充与之相联系的科技前沿内容, 如探月卫星的速度计算实验和飞机飞行航程实验; (2) 将常规数学方法与现实社会中的实际问题紧密结合, 如死亡时间推测模型; (3) 跟踪应用领域的新发展, 及时介绍数学及相关知识在现实生活中的最新应用, 如还房贷模型; (4) 分层次、分专业选取案例, 例如针对图形艺术系我们会介绍分形图, 针对电工系我们会模拟仿真实验和电路分析中的微分方程求解实验等。

其次, 在讲授的过程中, 始终以学生为主体, 教师起辅助和指导作用, 运用启发式教学方法和情景式教学方法引导学生调动主观能动性和积极性, 自己思考、自己分析、自己完成实验并展示成果。

三、结语

教学改革是一项长期的任务, 在数学实验课程教学中融入CDIO培养了学生的综合能力, 提升了学生的数学素养, 也提高了数学的教学质量和效率, 同时也为学生今后从事实际工作打下了深厚的数学基础[10,11,12]。

摘要：基于CDIO工程教育模式的理念, 结合独立学院学生的特点, 针对独立学院的办学宗旨和教学理念, 参照CDIO的1个愿景、1个大纲和12条标准, 提出了“基础性、应用性、设计性、创新型”四个层次的实验项目的设置, 构建了“基本型、提高型、自主型”三种类型的实验体系。对学生的工程基础知识、个人能力、自主学习能力、人际团队能力和工程系统能力有较好的促进作用。

CDIO-分析化学篇5

CDIO-分析化学技能训练

总结报告

题

目：

矿泉水中硝酸根的测定

学

院：

化学与环境工程学院

专业、班级：

化学工程与工艺

姓

名：

陈

果

学

号：

1109010201

指导教师：

李芬

董晶颢

2012年12月14日

第一章

1.1检测项目分析

1.1.1矿泉水的来源及危害

对某卖场内的某品牌矿泉水进行抽检，检测其中硝酸盐和亚硝酸盐含量是否符合国家标准。矿泉水中亚硝酸盐和硝酸盐都是重要的卫生指标。亚硝酸盐是强氧化剂，摄入过高可引起急性中毒反应，临床症状表现为呼吸困难、肌肉震颤、可视黏膜发绀、脉搏细微、体温低于正常值。硝酸盐对人的急性毒性主要通过转化为亚硝酸盐的毒性引起。【1】

第二章

2.1方法介绍

2.1.1百里酚分光光度法【2】

2.1.1.1测定范围

本法最低检测量为2.5μg,若取1.00mL水样测定,则最低检测浓度为2.5mg/L。亚硝酸盐有正干扰,可用氨基磺酸铵除去;氯化物有负干扰,可用硫酸银除去。这两种措施均包括在正常的测定步骤之中,无需另作预处理。

2.1.1.2方法提要

在浓硫酸存在下,百里酚与硝酸盐生成硝基酚化合物,在碱性溶液中发生分子重排,产生黄色化合物,比色定量。

2.1.1.3实验方法所用试剂与仪器

一、试剂：氨水(ρ20=0.88g/ml)，乙酸溶液(1+4)，氨基磺酸铵溶液(20g/L)：称取2.0g氨基磺酸铵(NH4SO3NH2),用乙酸溶液溶解并稀释至100mL；百里酚乙醇溶液(5g/L)：称取0.5g百里酚［(CH3)(C3H7)C6H3OH］,溶于无水乙醇中并稀释至100mL；硫酸银硫酸溶液(10g/L)：称取1.0g硫酸银(Ag2SO4),溶于100mL硫酸中；硝酸盐标准贮备溶液：称取8.153g在105～110℃烘过的硝酸钾(KNO3),溶于纯水中,并稀释至1000mL。此贮备溶液1.00mL含5.00mg硝酸盐(按NO3-计)；硝酸盐标准使用液：吸取10.00mL硝酸盐标准贮备溶液于1000mL容量瓶内,加入纯水定容,此标准使用液1.00mL含硝酸盐50.0μg。

二、仪器：分光光度计，50mL具塞比色管。

2.1.1.4实验分析步骤

a、吸取1.00mL水样于干燥的50mL比色管中。另取50mL比色管7支,分别加入0,0.05,0.10,0.30,0.50,0.70和1.00mL硝酸盐标准溶液,各用纯水补足到1.00mL。

b、向各管加入0.1mL氨基磺酸铵溶液,放置5min。

c、加入0.2mL百里酚乙醇溶液(由管中央直接滴到溶液中,勿沿管壁流下)。加2.0mL硫酸银硫酸溶液,混匀,放置5min。

d、加8mL纯水,混合后边摇边滴入氨水至溶液的黄色达到最深,且氯化银沉淀溶解为止(约9mL左右)。

e、加纯水到25mL,混匀。

f、将上述溶液于415nm波长,2cm比色杯,以纯水作参比,测定样品和标准系列溶液的吸光度。(如果没有415nm波长时，也可用420nm波长。)

g、绘制校准曲线,从校准曲线上查出水样中硝酸盐含量。

h、计算

ρ(NO3-)= ──

式中：ρ(NO3-)为水样中硝酸盐的浓度，单位(mg/L)； m是从校准曲线上查得样品管中硝酸盐含量，单位（μg）； V为水样体积，单位（ml）。2.1.2离子色谱法【3】 2.1.2.1测定范围

饮用水、地面水、地下水和雨水中的硝酸盐，测定下限为0.10mg/L 2.1.2.2方法提要

水样注入碳酸盐——硫酸氢盐溶液并流经系列的离子交换柱，基于待测阴离子对低容量强碱性阴离子交换树脂（分离性）的相对亲和力不同而彼此分开。被分离的阳离子在流经强酸性阳离子树脂（抑制柱）时，被转换为高电导的碳酸（清除背电导）。用电导检测器量被转变为相应酸型的阴离子，与标准进行比较，根据保留时间定性，峰高或峰面积定量 2.1.2.3实验方法所用试剂与仪器

一、试剂：实验用水均为电导率小于0.5µs/cm的二次去离子水。并经0.45µm的微孔滤膜过滤。所用试剂均为优级纯试剂。

淋洗贮备溶液：分别称取25.44g碳酸钠和26.04g碳酸氢钠（均已在105℃烘干2h，干燥器中放冷），溶解于水中，移入1000mL容量中，用水稀释至标线，摇匀。贮存于聚乙烯瓶中在冰箱中保存。碳酸钠浓度为0.24mol/L，碳酸氢钠为0.31mol/L；淋洗使用液：将淋洗贮备液稀释100倍即得淋洗使用液；氟离子标准贮备溶液：准确称取2.2100g氟化钠（105℃烘干2h）溶于水中，移入1000mL容量瓶中，加入10.00mL淋洗贮备液，用水稀释至标线。贮于聚乙烯瓶中，置于冰箱。此溶液相当于每毫升含1.00mg氟离子；氯离子标准贮备溶液：准确称取1.6484g氯化钠（105℃烘干2h）溶于水中，移入1000mL容量瓶中，加入10.00mL淋洗贮备液。用水稀释至标线。贮于聚乙烯瓶中，置于冰箱。此溶液每毫升1.00mg氯离子；，溴离子标准贮备溶液：准确称取1.2879g溴化钠（105℃烘干2h）溶于水，移入1000mL容量瓶中，加入10.00mL淋洗贮备液。用水稀释至标线。贮于聚乙烯瓶中，置于冰箱。此溶液每毫升含1.00mg溴离子；亚硝酸根离子标准贮备溶液：准确称取1.4998g亚硝酸钠（干燥器中干燥24h）溶于水，移入1000mL容量瓶中，加入10.00mL淋洗贮备液，用水稀释至标线。贮于聚乙烯瓶中，置于冰箱。此溶液每毫升含1.00mg亚硝酸根；磷酸根标准贮备溶液：准确称取1.4950g磷酸氢二钠（干燥器中干燥24h）溶于水，移入1000mL容量瓶中，加入10.00mL淋洗贮备液，用水稀释至标线。贮于聚乙烯瓶中，置于冰箱。此溶液每毫升含1.00mg磷酸根；，硝酸根标准贮备溶液：准确称取1.3703g硝酸钠（干燥器中干燥24h）溶于水，移入1000mL容量瓶中，加入10.00mL淋洗贮备液，用水稀释至标线。贮于聚乙烯瓶中，置于冰箱。此溶液每毫升含1.00mg硝酸根；硫酸根标准贮备溶液：准确称取1.8142g硫酸钾（105℃烘2h）溶于水，移入1000mL容量瓶中，加入10.00mL淋洗贮备液，用水稀释至标线。贮于聚乙烯瓶中，置于冰箱。此溶液每毫升含1.00mg硫酸根；混合标准适用溶液：可根据被测样品的浓度范围配制混合标准使用液。在配制使用液时，每1000mL中应加入10.00mL淋洗贮备液，另外不同离子浓度应尽可能相近或在同一数量级；再生液：取硫酸1.39mL于20000mL容量中，用水稀释至标线。

二、仪器：带分离柱和抑制柱离子色谱仪，检测器，进样器，记录仪，淋洗液和再生液的贮罐，实验室常用器皿，如容量瓶、烧杯等。2.1.2.4实验分析步骤

（1）采样：样品采集后应经0.45µm的微孔滤膜过滤，保存于聚乙烯瓶中，置于冰箱中。

（2）仪器的准备和色谱条件的选择：仪器操作应按说明书进行。色谱条件为：淋洗液流速：2.5mL/min；进样量：100µL。电导检测器灵敏度根据仪器情况选择。

（3）样品的预处理：将样品和淋洗贮备液按99+1体积混合，以除去负峰干扰。

（4）标准曲线的绘制：分别取2.00、5.00、10.00、50.00mL混合标准溶液于100mL容量瓶中，再分别加入1.00mL淋洗贮备液，用水稀释至标线，摇匀。按所选择的仪器条件进行测定，绘制标准曲线。（5）样品的测定：测定方法及仪器条件同标准曲线的绘制。根据各离子的出峰保留时期确定离子种类。测定未知样的峰高，从标准曲线查得其浓度。2.1.3酚二磺酸分光光度法【3】 2.1.3.1测定范围

饮用水、地下水和清洁地面水中的硝酸根。测定范围0.02——2.0mg/L 2.1.3.2方法提要

硝酸盐在无水条件下与酚二磺酸反应，生成的硝基酸酚在碱性溶液中呈黄色，在410nm处进行比色测定。

2.1.3.3实验方法所用试剂与仪器

一、试剂：酚二磺酸：称25g苯酚置于500mL锥形瓶中，加150mL浓硫酸使之溶解，再加75mL发烟硫酸（含13%三氧化硫）。充分混合。瓶口插一小漏斗，小心置瓶于沸水中加热2h，得淡棕色稠液，贮于棕色瓶中，密塞保存；硝酸盐氮标准贮备溶液：称取0.7218g经105—110℃干燥后的硝酸钾（KNO3）溶于水中，移入1000mL容量瓶，稀释至标线，混匀。加2mL三氯甲烷作保存剂，至少可稳定6个月。每毫升该标准储备液含0.1000mg硝酸盐氮；硝酸盐氮标准使用溶液（10mg/L）：吸取50.0mL硝酸盐氮标准贮备液，置蒸发皿内，加0.1mol/L氢氧化钠溶液使调至pH=8，在水浴上蒸发至干。加入少量水，移入500mL容量瓶中，稀释至标线，混匀。贮于棕色瓶中，此溶液至少稳定6个月。（注：本标准溶液应同时制备两份，用以检查硝化完全与否。如发现浓度存在差异时，应重新吸取标准贮备液进行制备。）；硫酸银溶液（1.00g/L）；氢氧化铝悬浮液：将125g硫酸铝[KAL(SO4)2·12H2O]或硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2·12 H2O]溶于1000mL蒸馏水，加热至60℃，然后边搅拌边加入55mL氨水。放置约1h后，移至大瓶中，反复洗涤沉淀物，直至洗涤液中不含氯离子为止。

二、仪器：分光光度计，50mL具塞比色管。2.1.3.4实验分析步骤

（1）采样：水样中硝酸盐的测定，应在采样后尽快进行。如不能及时测定，为了抑制微生物活动的影响，应于每升水样中加入0.8mL浓硫酸，并于4℃保存。测定前用氢氧化钠中和。

（2）标准曲线的绘制：分别吸取一组硝酸盐氮标准使用液与一组50mL比色管中，用以配制系列标准溶液，将各比色管加入至约40mL，加3mL氨水使呈碱性，稀释至标线，混匀。在波长410nm处，以水为参比，测量吸光度。

将上述测得的吸光度减去空白后，绘制吸光度对硝酸盐氮的标准曲线。

（3）水样的预处理：水样混浊或带色时，可取100mL水样将其加2mL氢氧化铝悬浮液震荡，静置，过滤，弃去20mL初滤液。

水样中含有氯离子，则可用硫酸银沉淀后过滤去除。

水样中含有亚硝酸盐，则可先将亚硝酸盐氧化成硝酸盐，然后从硝酸盐氮的测定结果中减去亚硝酸盐氮的含量。

（4）样品的测定：取50.0mL经过预处理的水样于蒸发皿中，用pH试剂检查水样呈微碱性（pH=8），否则调节之；置水浴上蒸发至干。加1.0mL酚二磺酸，用玻璃棒研磨，使试剂与蒸发皿残渣充分接触，放置片刻，再研磨一次，放置10min，加入约10mL水。

在搅拌下加入3—4mL氨水，使溶液呈现最深的颜色，若有沉淀则过滤。将溶液移入50mL比色管中，稀释至标线，混匀。于波长410nm处，用10或者30nm比色皿，以水为参比，测量吸光度。

（5）空白试验：以水代替水样，按相同步骤进行空白测定。

（6）计

算：

C=m/V×1000

式中：C——水样中硝酸盐氮的含量，以N计，计mg/L；

m——从标准曲线上查得的硝酸盐氮量，mg；

V——所取水样体积，ml 2.2方法比较与选择

目前检测硝酸盐氮常用的方法有二磺酸酚分光光度法、镉柱还原法、离子色谱法等,这些方法存在着诸如过程复杂、耗时耗药、重复性差等不足。通过对地下水紫外吸收特性进行分析后,本文给出了一种直接紫外分光光度法检测地下水中硝酸盐氮含量的方法,不仅简单快捷,而且测量范围广,重复性好。【4】

第三章

3.1实验原理、试剂、仪器及步骤【5】

3.1.1实验原理

在波长210nm处,硝酸盐对紫外光有强烈的吸收,在一定浓度范围内吸光度与硝酸盐的含量成正比。溶解的有机物在波长210nm及275nm处均有吸收,而硝酸盐在275nm处没有吸收,从而可通过测定275nm处的吸光度对硝酸盐的吸光度进行校正。本法最低检测量为0.01mg,若取50mL水样测定,最低检测浓度为0.2mg/L。3.1.2试剂与仪器

一、试剂：氢氧化铝悬浮液：溶解125ｇ硫酸铝钾［ＫＡｌ（ＳＯ4）2·12Ｈ2Ｏ］或硫酸铝铵［ＮＨ4Ａｌ（ＳＯ4）2·12Ｈ2Ｏ］于1000ｍＬ水中，加热至60℃。然后边搅拌边缓缓加入55ｍＬ浓氨水。放置约1ｈ后，移至一个大瓶中，用倾泻法反复洗涤沉淀物，直到该溶液不含铵离子为止。最后加300ｍＬ纯水成悬浮液。使用前振荡均匀；硫酸锌溶液10%（ｍ／Ｖ）；氢氧化钠溶液：Ｃ（ＮaＯＨ）＝5ｍｏｌ／Ｌ；大孔型中性树脂：ＣＡＤ／40或ＸＡＤ／2型及类似型号树脂；甲醇；盐酸溶液：Ｃ（ＨＣｌ）＝1ｍｏｌ／Ｌ（盐酸系优级纯）；氨基磺酸（Ｈ2ＮＳＯ3Ｈ）溶液：0.8%（ｍ／Ｖ），避光保存于冰箱中；硝酸盐氮标准溶液：Ｃ（ＮＯ3－Ｎ）＝100ｍｇ／Ｌ。

将0.7218ｇ经105～110℃干燥2ｈ的硝酸钾（ＫＮＯ3）溶于水中，移入1000ｍＬ容量瓶，用水稀释至标线，混匀。加2ｍＬ氯仿作保存剂，至少可稳定6个月。每毫升此标准溶液含0.100ｍｇ硝酸盐。

二、仪器：紫外分光光度计，离子交换柱（Ǿ1.4ｃｍ，装树脂高5～8ｃｍ），常用实验设备。3.1.3实验步骤

a、水样预处理：吸附柱制备--新的树脂先用200ｍＬ去离子水分两次洗涤，用甲醇（4.5）浸泡过夜，弃去甲醇，再用40ｍＬ甲醇分两次洗涤，用新鲜去离子水洗到柱中流出液滴落于烧杯中无乳白色为止；树脂装入柱中时，树脂间绝对不允许存在气泡。

b、量取200ｍＬ水样置于锥形瓶中，加入硫酸锌溶液2ｍＬ，在搅拌下滴加氢氧化钠溶液，调节ｐＨ等于7。或将200ｍｌ水样调节ｐＨ＝7，加4ｍＬ氢氧化铝悬浮液。

c、待絮凝胶团下沉后，吸取上清液（或离心分离）注入吸附树脂柱中，以取每秒1～2滴的流速流出（注意各个水样间的流速保持一致）。先用100ｍＬ水样上清液分两次洗涤柱子，弃去。再使水样上清液通过柱子，收集50ｍＬ于比色管中，备测定用，树脂用150ｍＬ水分三次洗涤，备用。

d、水样测定：在盛有水样的比色管中加1.0ｍＬ盐酸溶液，0.1ｍＬ氨基磺酸溶液（若亚硝酸盐氮低于0.1ｍｇ／Ｌ时，可不加氨基磺酸溶液）。

e、用1ｃｍ石英比色皿在紫外分光光度计上，用新鲜去离子水50ｍＬ，加1ｍＬ盐酸溶液作参比，测定水样在220ｎｍ及275ｎｍ波长处的吸光度。

f、校准曲线的绘制：向6支100ｍＬ容量瓶中依次加入0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00ｍＬ硝酸钾标准溶液，用新鲜去离子水稀释到100ｍＬ（其相应浓度为0、0.25、0.50、1.00、1.50、2.0.0ｍｇ／Ｌ硝酸盐氮，若测较高含量的样品时需适当扩展系列）。按水样测定相同步骤测量吸光度。根据220ｎｍ与二倍275ｎｍ波长吸光度值之差对浓度作图，绘制校准曲线。

g、校正吸光度计算

式中：Ａr———校正吸光度；

Ａ220ｎｍ———220ｎｍ波长处测得的吸光度；

Ａ275ｎｍ———275ｎｍ波长处测得的吸光度。

硝酸盐氮含量计算

式中：Ｃ———水样中硝酸盐氮浓度，ｍｇ／Ｌ；

ｍ———依校正吸光度值Ａr从校准曲线上查出的相应硝酸盐氮含量，ｍｇ；

Ｖ———所取水样的体积，ｍＬ。

3.2样品的预处理与保存【5】

干扰及消除溶解的有机物、表面活性剂、亚硝酸盐、六价铬、溴化物、碳酸氢盐和碳酸盐等干扰测定，需进行适当的预处理。本法采用絮凝共沉淀和大孔中性吸附树脂进行处理，以去除水样中大部分常见有机物、浊度和Ｆｅ

3、Ｃｒ6对测定的干扰。

＋

＋3.3注意事项【5】

为了解水中受污染程度和变化情况，需对水样进行紫外吸收光谱分布曲线的扫描，如无扫描装置时，可手动在220～280ｎｍ间，每隔2～5ｎｍ测量吸光度，绘制波长－吸光度曲线。水样与近似浓度的标准溶液分布曲线应类似，且在220ｎｍ及275ｎｍ附近不应有肩状或折线出现。参考吸光度比值应小于20%，越小越好。水样经上述方法适用情况检验后，符合要求时，应不经预处理，直接取50ｍＬ水样于比色管中，加盐酸和氨基磺酸溶液后，进行吸光度测量。如经絮凝后水样亦达到上述要求，则也可只进行絮凝预处理，省略树脂吸附操作。含有有机物的水样，而硝酸含量较高时，必须先进行预处理后再稀释。大孔中性吸附树脂对环状、空间结构大的有机物吸附能力强，对低碳链、有较强极性和亲水性的有机物吸附力差。当水样存在六价铬时，絮凝剂应采用氢氧化铝，并放置0.5ｈ以上再取上清液供测定用。

第四章

4.1总结

实践过程中要认真仔细的分析自己的项目，一般可以通过多种实验方法完成项目分析。认真比较各种方法并从中挑选一个简单可行的最佳方案。实验过程中要注意水样的预处理与保存，正如注意事项中所提及的，水样的预处理与保存不当可能会给实验结果带来较大影响。注意消除给实验带来的干扰，尽量避免偶然误差。

4.2参考文献

【1】http://wenku.baidu.com/view/7e5fcbf7f61fb7360b4c659e.html

CDIO实验篇6

CDIO工程教育模式是国际工程教育改革的最新成果。为了满足市场和企事业单位对高校毕业生的要求, 我校正在进行CDIO工程教育模式改革, 这是一项任务艰巨而且非常有意义的举措。

1 基于CDIO工程教育模式改革的迫切性

我国高等教育的任务是培养与国际接轨的中国工程师, 目前, 工科的教育中还存在不少问题, 比如重理论轻实践、强调个人学习能力而忽视团队协作精神、重视知识而轻视创新的培养等问题。

据相关资料统计, 2013年我国毕业的约65万, 工程技术人才中适合在国际化公司工作的不到15%, 究其原因是中国教育系统偏于理论, 中国学生几乎没有受到项目和团队工作的实际训练, 相比之下欧洲和北美学生以团队方式解决实际问题。

CDIO包括三个核心文件, 即1个愿景, 1个大纲和12条标准。

(1) CDIO的愿景为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思-设计-实现-运行 (CDIO) 过程的背景环境基础上的工程教育。

(2) CDIO的大纲首次将工程师必须具备的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和整个CDIO全过程能力以逐级细化的方式表达出来, 使工程教育改革具有更加明确的方向性、系统性。

(3) CDIO的12条标准对整个模式的实施和检验进行了系统的、全面的指引, 使得工程教育改革具体化、可操作、可测量, 并对学生和教师都具有重要指导意义。

CDIO体现了系统性、科学性和先进性的统一, 代表了当代工程教育的发展趋势, 也是现代市场和企事业单位的需要, 因此基于CDIO的工程教育模式改革迫在眉睫。

2《MATLAB仿真实验》CDIO实施方案

2.1《MATLAB系统仿真实验》课程主要内容

《MATLAB系统仿真实验》课程主要包含两篇, 第一篇从第1章到第4章, 主要是基础知识介绍;第二篇从第5章到第9章, 主要是MATLAB在各相关学科中的应用, 如《MATLAB在电路分析中的应用》、《MATLAB在数字信号处理中的应用》、《MATLAB在自动控制系统中的应用》等;最后学习关于Simulink系统建模及仿真的知识, 学生学习该部分内容兴趣浓厚。目前, 本课程实验主要以计算型和验证型实验题目为主, 创新发散性综合实验题目偏少。

2.2 CDIO教学的具体实施举措

2013年去大连理工大学东软学院调研, 该院计算机系教学主任提到“不需要记忆的学科可以采用非试卷类型的考核”。MATLAB功能强大, 此课程主要培养学生的实践应用能力, 因此, 可以对该课程设置项目制与开卷考试相结合的考核方式。

《MATLAB系统仿真实验》课程CDIO教学的具体实施步骤如下:

(1) 分组并选择项目, 计划3-5人一个小组, 以团队合作形式完成项目。

(2) 教师对项目进行初期指导, 分配任务后由各小组成员自行分工实施。

(3) 阶段性汇报至少两次。教师可以对学生的设计方案给予分析指导。

(4) 形成文字性项目报告, 并在课程结束前进行项目答辩。

2.2.1 分组教学

分组教学可以培养学生的团队合作能力, 可以达到“优代差”目的, 因此应特别注意避免一个小组全部是差生的现象出现。本着学生自由组合, 教师适当调整的原则组建各小组。分组教学时可以在小组中推选一名小组长。

2.2.2 项目设置

项目应该尽量涵盖数字信号处理、自动控制系统建模仿真与分析、数字图像处理等相关领域, 包括基于MATLAB的系统的编程建模、调试、仿真及结果分析等内容。另外, 最好设置一些涉及各门课程间的联系的综合性设计项目。

2.2.3 项目任务书

教师要提出一些引导性的问题, 给学生一定的初期阶段性指导, 这样有助于学生找到思路, 培养学生兴趣。万事开头难, 只要学生入了门, 积极性就会提高很多。

2.2.4 阶段性汇报

在整个项目制实施的过程中, 阶段性汇报非常重要。第一, 可以督促学生按进度完成阶段性任务;第二, 指导教师可以帮助学生调整设计思路。因此, 要求学生至少安排两次汇报的时间点。

2.2.5 答辩

这是学生最终成绩构成中很重要的一项成绩。第一, 学生要在期末参加该课程的开卷考试, 主要考察课上讲授的基础知识。第二, 就是项目答辩成绩。各小组成员要相互合作, 分工完成。但是答辩却是随机抽取答辩, 由老师指定哪位同学讲解, 这就要求小组每位成员都要对设计方案及过程细节清楚掌握。最后, 答辩的成绩可以按照和开卷试卷成绩各占50%的比例计入总成绩。

2.3 关于CDIO教学模式的几点思考

在我校进行CDIO工程教育模式改革的大背景下, 我对于CDIO教学模式有以下几点思考:

(1) 要进行CDIO工程教育模式改革必须进行课程优化。通过调研企事业单位, 了解当前社会对高校毕业生的需求行情, 制定实时的实践项目。继续强化学校的学习资源, 尽量保证软硬件设施, 开展各类大学生竞赛。另外要注意各个课程的开设时间, 例如电子类的学生, 在大学阶段的第1-2学期开设认识器件设备等实训课, 在第7-8学期开展就业需求分析或就业指导等相关课程。

(2) 在学科设置方面应突出强势专业, 精心打造, 做强、做精。另外围绕一个学科门类, 应立足系统的进行学科建设, 包括相应的软件课程、硬件课程都应该有所涉猎。

(3) 理论授课必须同时结合一定量的课内实验。

(4) 必须聘任一些有实际经验的兼职教师。项目来源于实践, 只有具有实际项目设计经历的人才顺应CDIO改革的模式。而且我们的毕业生最终也是要走到工作岗位, 所以学院必须聘任一批有实战经验的外聘兼职教师来丰富我们学校的师资力量。

3《MATLAB仿真实验》CDIO项目举例

针对本课程CDIO工程模式教育改革, 可以在学期开始时就下达如下例子中的小项目。现举例说明。

举例1:简易图像的跟踪系统设计。

如下问题:

(1) MATLAB处理图像有什么优势?

(2) 图源哪里来?

(3) 怎么将多帧图像读入MATLAB环境下?

(4) 跟踪系统要找到目标, 怎么确定目标边界?

举例2:车牌号的定位与识别。

如下问题:

(1) 读入的彩色图像怎么转成二值图像?

(2) 在二值图像中, 怎么确定车牌号码在图像中的大致位置?

(3) 如何使用MATLAB对图像剪裁?

摘要：目前CDIO工程教育模式的教学理念已经在我国高等院校开展起来, 基于CDIO的教学理念要求教学以实践项目的形式进行。高等学校的工科教育中还存在重理论轻实践、强调个人学习能力而忽视团队协作精神、重视知识而轻视创新的培养等问题。《MATLAB系统仿真实验》课程的教学改革迫在眉睫, 主要思想是学习基础知识的同时, 按照三级项目的形式展开, 在教学与项目开展过程中, 采用分组形式, 分工合作完成下达任务。最终开卷考试与项目答辩相结合的考核方式, 预期能收到较好的教学效果。

关键词：CDIO改革,分组教学,高等院校

参考文献

[1]顾佩华, 等.重新认识工程教育——国际CDIO培养模式与方法[M].北京:高等教育出版社, 2009:1-3.

[2]顾佩华, 等.从CDIO到EIP CDIO:汕头大学工程教育与人才培养模式[J].高等工程教育研究, 2008 (1) .

CDIO实验篇7

1 CDIO教育理念

CDIO是麻省理工学院创立的工程教育模式, CDIO代表构思 (Conceive) 、设计 (Design) 、实施 (Implement) 和运作 (Operation) , 它改变了传统的教育教学模式, 是现代工程教育教学的最新研究成果, 它是为学生将想法变成现实的一种工程性的教育方法, 即让学生从产品构思-设计-实施-运作, 来完成产品从无到有的一系列的实现过程。通过实施项目来达到教学目的, 将理论与实际紧密结合, 培养学生的学习兴趣的同时提升学生实践能力和创新能力。

2 原有实验教学中存在的问题

随着中国高等教育越来越普及, 现在的大学生的综合能力越来越落后于社会的发展需要, 对于如何提高大学生的综合创新实践能力, 如何正确认识创新实践教育在高校教育中的地位, 寻找出适应社会发展要求的人才教育培养模式是当前教育改革亟待解决的问题[3]。高等学校的实验实践教学是提升学生创新实践能力最为直接有效的方法, 但传统的实验实践教学模式存在着许多不足之处。

2.1 传统实验教学不成体系

传统的实验教学观念认为实验教学从属于理论教学, 是理论教学的辅助手段, 没有独立的实验教学教学体系, 各门实验课程相互独立, 不成体系, 缺乏连贯性。实验教学的考核影响力不够, 大多实验课程的考核结果只当成理论课程的平时分其中的参考标准之一, 引起不了学生的重视, 同时也打击实验课程老师的积极性。

2.2 实验教学模式和内容单一

由于传统的实验教学课程大都从属于理论课程, 实验教学学时很少, 实验项目多为理论验证性的, 缺乏综和性、设计性的实验教学项目。实验教学模式大都采用“灌输式”的教学模式, 学生只是遵照老师要求, 机械性使用仪器、接线和测量数据, 对于实验目的如何, 有没有更优的方法就无从谈起。

2.3 为学而学, 缺乏主动性

学生只是被动的按照老师要求完成实验教学任务, 学生缺乏主动性、限制了学生思维, 直接导致学习兴趣的缺失, 从而抑制了对学生的创新能力和实践能力的培养。

3 基于CDIO理念的实验教学改革与实践

针对上述中原有实验教学中存在各种问题, 根据我校的实际情况, 结合CDIO教育思维, 以实验教学改革为导向, 以服务学生课程实践、培养学生创新实践能力, 提高学生实践动手能力为主, 探索开放式实验教学改革及CDIO创新人才培养模式。

3.1 实验教学模式的改革

如图1 所示, 根据CDIO教育思维[4], 建立多元化分层次的实验教学模式。其内容有建立多元化的开放时间、多元化的开放教学内容、多元化的开放教育模式, 改变单一的实验教学方式, 探究适应创新教育要求的创新实验教学方法。采用分类别、分层次、分阶段的进行的实验、实践教学项目, 对学生进行系统地、全方位的知识体系覆盖, 建设出先进的、全面的实验工程教育教学体系和创新应用型人才培养模式, 以此来提升学生的学习兴趣和实践动手能力。

3.2 实验课程内容的改革

CDIO教学思维最大特点是让学生在 “做中学”, 主要体现在工程实践应用, 理论与实战相结合, 让学生所学习到的理论知识应用到具体的工程实践中, 并通过工程项目验证所学的理论知识, 加强理论知识的学习。基于CDIO教学思维法的实验课程内容要完全融合到具体的工程实践应用中[5,6], 通过设计具体的工程项目, 来取代原来单一的、验证性的实验教学内容, 让学生在具体的工程项目中, 把学科知识与具体的工程实践项目结合起来, 通过项目的设计、实施、应用等环节, 提升学生的项目开发能力和理论分析能力。以实验教学为基础, 以工程项目为依托, 实现实验课程内容的多元化;以研究设计型实验为核心, 建立基于CDIO理念的实验教学模式。因此, 设置实验课程内容时, 在实验课程与理论课保持有机联系的基础上, 建立基于工程项目应用的实验教学课程, 实现跨学科、多门类实验内容的交汇融合, 培养学生的创新能力。

3.3 创新型人才的培养

创新教育是以培养具有创新精神和创新能力的创新型人才为培养目标, 正好与CDIO教育模式的培养目标相契合[7]。基于CDIO理念培养创新型工程应用人才满足当前社会发展需求, 也是高等教育改革的一个趋势。关键在于发挥和提高学生的主观能动性, 这样学生才会有兴趣和动力, 才会有创造力, 思路才能打开, 才会有创新。采用“以工程项目为主线、教师为主导、学生为主体”的创新型人才培养模式, 要求学生根据项目要求, 在教师的指导下, 自主完成实验的各个环节, 在开始实验前, 学生必须根据项目要求, 先行考虑很多实际因素, 如资料查找、实验方案设计、实验平台搭建、仪器调试、实验结果记录与处理等;教师仅负责提供咨询、监督、管理和考核等方面的工作。这样才能充分发挥学生主动性, 提升学习兴趣, 培养学生的探索精神、科研意识以及独立思考能力、团队协作能力和创新实践能力。

4 结论

通过应用实践, 基于CDIO理念实验教学模式, 使学生的学习兴趣得到极大的提高, 学生的动手能力、电路分析能力和表达能力和团队协作能力得到提升, 增强了学生的科技创新能力, 有利于创新人才的培养。

摘要：针对传统的高校实验教学模式存在的单一性、教条式和缺乏创新性等诸多问题, 引入CDIO教育理念, 提出一种基于CDIO理念的实验教学改革及创新人才培养模式, 采用分类别、分层次、分阶段的进行的实验、实践教学项目, 对学生进行系统地、全方位的知识体系覆盖, 建立全面的实验教学体系和人才培养模式, 深化实验教学培养模式, 加强学生的创新思维能力。

关键词：CDIO教育理念,实验教学,改革

参考文献

[1]顾佩华.从CDIO到EIP-CDIO汕头大学工程教育与人才培养模式探讨[J].高等工程教育研究, 2008, 12 (1) :12-19.

[2]曹海平, 管图华.基于CDIO理念的电工电子实训教学改革与实践[J].实验室研究与探索, 2013, 1 (32) :140-142.

[3]王天宝, 程卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践—成都信息工程学院的工程教育改革实践[J].高等工程教育研究, 2010 (1) :25-31.

[4]陈春林.基于CDIO教育理念的工程学科教育改革与实践[J].教育与现代化, 2010 (1) :30-34.

[5]郝宁眉.基于创新性教学模式之电工电子学实习改革与实践[J].价值工程, 2011 (10) :9-10.

[6]代峰燕.基于CDIO理念的测控专业综合训练改革探索[J].实验室研究与探索, 2011 (5) :88-90.

CDIO实验篇8

一、CDIO模式实验教学改革的理念

CDIO工程教育模式以产品研发到产品运行的生命周期为主要载体, 让学生主动地实践工程与课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面, 大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标[5]。

通过CDIO模式的实验教学使学生能够完整的掌握电子工程产品的构思、设计、实现和运作的全过程。同时改变以往的以教师课堂教学为主的教学模式, 让学生最大限度地接触工程实际, 真正实现教学和科研相结合。鼓励教师将前沿的科学技术及方法引入教学活动中, 真正做到“以科研指导教学”, 使学生接触到最先进的工程实践方法。

本次改革是在已有培养模式的基础上吸收CDIO理念精髓, 除了合理安排涵盖本专业基本科学知识、核心工程基础知识、高级工程基础知识、工程师职业道德和操守的课程外, 更要精心规划和设置独具特色的构思、设计、实施、运行项目, 从而引导学生对专业课程的学习兴趣, 并建立清晰的专业框架。另外, 通过CDIO项目的实施, 培养学生的实践能力和创新精神。所有的项目均为团队合作项目, 学生在项目进行的过程中学会综合应用知识、锻炼团队精神领域、学习项目组织方法、培养实践创新能力、职业精神和责任感等各种素质[5]。

二、CDIO模式实验教学改革的问题

在进行CDIO模式实验教学改革的过程中, 遇到了很多传统教学模式没有的问题, 主要体现在以下几个方面。

1. 传统教育对学生学习习惯的影响。

学生受传统教学模式的影响很大, 对教师的依赖性较强, 导致一部分学生未能充分理解课程的核心内容, 或者对部分内容理解存在偏差。在本次课程改革过程中, 很多学生都在课程初期表现出一定程度的不适应, 主要表现在“等”、“靠”、“要”的心理, 总是寄希望于老师能够提供完整或是半完整的解决方案。其次, 学生对整个项目的时间进程把握能力不够, 虽然指导老师在项目进行的各个阶段都会设置相关的时间节点, 同时会不断地提醒学生注意项目时间进程的把握, 但是仍有部分同学不能在规定的时间节点之内完成任务。

2. 学生的参与程度不统一。

在传统的实验教学环节, 学生的参与程度相差无几, 而CDIO模式的实验教学由于是以项目组为基本单元开展的, 这会导致学生对实验的参与程度不一样, 学习积极性高、学习能力强的同学参与程度较高, 对于学习积极性一般的同学参与程度较弱, 甚至处于浑水摸鱼的状态。这与开展CDIO模式教学的初衷相违背, 需通过有效的制度和科学的评价标准, 提高学生的参与程度, 使得学生能够真正学有所长。

3. 评价标准的科学性和可行性。

本次改革课程实施方式为任课教师集中讲授、学生分散完成的方式, 按照项目完成的情况和学生平时的表现进行打分。在实施的过程中, 教师讲授时间及授课内容相对减少, 无法覆盖各个题目的所有知识点。这样可以增加学生主动学习、主动探索的积极性, 但是处理引导不好也会产生很多负面效应。在传统的教学模式下, 几乎每个实验都有相对统一的评分标准, 但是在CDIO实验教学环节中, 由于每个项目的题目及内容都不同, 项目组内每个学生完成的内容也不相同, 因此如何对每个学生的工作进行公平的评价, 也是需要解决的问题之一。

4. 课程项目的适合度。

在国外, 课程项目采用完全放开的方式进行选题及实施。在国内探索阶段, 本次改革课程在开设时所使用的题目部分是指导教师在开课前结合自身的科研及对学生的了解制定的, 同时允许学生自己确定题目。为了保证课程的正常实施, 导师制定的题目难度和广度都有所限制, 这确与本次教学改革的初衷相违背。如果全部由学生自由选题可能会发生题目过大、过难而无法完成等情况。因此, 如何在现有的教学模式下制定符合要求的题目, 需要进一步探索和研究。

5. 教师精力投入。

CDIO模式的实验教学是以项目为依托, 采取分组指导的方式, 因各个课题项目小组的研究内容不同, 要求教师需要做到“一对一”的指导, 从而使得在实验进行过程中对教师的要求更多、更高, 需要教师投入的精力是传统实验教学所需精力的数倍。

三、CDIO模式实验教学改革的对策

1. 打破传统, 充分调动学生学习的自主性。

在CDIO教学改革的过程中, 针对学生传统的学习习惯, 主要采取“授人以渔”的引导式教学方法。根据项目内容所需知识为依托, 相关教师与学生一起探讨, 并提供相关问题的解决途径和方向, 并不直接给予学生解决方法或方案, 让学生带着问题去探索与学习, 充分调动学生的学习积极性, 通过学习与探索解决课程项目中所遇到的实际问题, 增加学生的学习成就感, 既提高了学生主动性, 也使学生获得了探索解决问题的方法和途径。

2. 团队互评, 防止学生不参与、无作为。

CDIO模式是以项目为依托进行的教学改革实践。在具体的项目进行过程中, 是以课程项目团队为基本单元开展的, 为了避免团队内个别同学不参与、无作为的情况发生, 在成绩的评定规则中引入了“团队互评”分项。根据每位同学在项目进行过程中的实际表现情况, 由团队内其余同学为该同学打分, 在评定中去除最高分与最低分后所取得的平均分为该同学此分项的成绩。同时, 由指导教师构成的指导组对该项目团队的具体完成情况进行打分。

3. 学生与教师团队共同探讨评分细则。

在传统的教学中, 评分细则主要由授课教师或指导教师制定, 教师根据学生学习过程中的考试、实验、平时上课及作业完成情况等环节给出学生对应的课程成绩。由于CDIO教学模式与传统教学模式不同, 具体的评分细则也不同。在本次教学改革过程中, 以国外及国内其他院校评分标准为参考, 由指导教师与学生代表共同制定详细而完整的量化评分细则, 将每个学生在参与课程学习的方方面面都进行评价, 然后给出分数。这样, 既避免了考虑不周全而让学生“钻空子”的可能, 同时也让学生感到自己是教学活动中的主体, 而不仅仅是参与者。

4. 教师团队共同为学生课程项目把关。

本次改革课程项目是CDIO模式实验教学改革的核心组成部分, 其难易程度、广度及深度直接影响到教学效果和学生的学习情况。由指导教师组成的团队共同为学生的课程项目把关, 集思广益, 去粕存精, 从而使课程项目适合学生的实际情况, 符合课程及培养要求。

5. 制定激励措施, 确保教师的积极性及精力投入。

与传统教学模式相比, CDIO模式实验教学改革需要教师对学生“一对一”地指导, 从而使得教师投入更多的精力和时间。为确保教师的积极性, 需要学校对相关指导教师给予一定的激励措施, 如工作量计算方法、酬金激励、年度考评等方面, 确保教师能够投入更多的精力。

摘要：CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果, 试模式中, 教师让学生主动地进行课程实践, 将工程实践性与课程知识体系之间建立有机联系的方式进行学习, 充分调动学生的积极性和创新性。本文主要阐述了基于CDIO教育模式的实验教学改革过程中所遇到的问题, 并探索了解决相关问题的有效途径。

关键词：CDIO模式,实验教学,改革

参考文献

[1]CDIO简介[EB/OL].中国CDIO网站.http://www.chinacdio.cn.

[2]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究, 2009, (05) .

[3]雷环, 汤威颐, Edward F.Crawley.培养创新型、多层次、专业化的工程科技人才——CDIO工程教育改革的人才理念和培养模式[J].高等工程教育研究, 2009, (05) .

[4]李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究, 2008, (10) .

CDIO实验篇9

社会信息化的迅猛发展及互联网应用的普及,以教育和市场需求为导向,高校越来越重视网络信息安全的实验教学任务。网络信息安全是网络信息安全专业、计算机网络技术专业的必修课,也是信息技术、电子商务等相关专业的必要的选修课程。其学科特点如下。

(1)较多的基础知识。包括网络工程、操作系统、应用程序设计、局域网组网实验等多项基础知识。因此,网络信息安全的实验及教学效果都会因铺垫知识的学习情况而影响学生对后续知识的掌握。

(2)实验教学条件要求较高。网络信息安全实验要求具有重构性,通信设备子网与资源环境子网均可以人为地修改配置,难度较大。病毒木马实验要求能够实现隔离与销毁,避免对校园网产生威胁。

以上两点是目前网络信息安全教学中普遍存在的困难。本文将对这两大难题的解决方案,基于EIP-CDIO做一个探索性的讨论。

2 EIP-CDIO

我国网络信息安全教育的迫切任务是尽快培养出能与国际接轨,并且可以胜任岗位要求的人才。重视实践,进行实用教育,培养学生的团队协作能力。

汕头大学工学院在全国率先提出了EIP-CDIO培养模式,EIP (Ethics,Integrity,Professionalism)是指讲道德、讲诚信和职业化,CDIO就是构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)。EIP-CDIO将德、信与CDIO合理融合,促进学生职业素养的提升,实现国家培养高级工程专业人才的目标。在EIP-CDIO中,学生具有团队精神、项目设计开发能力、较强的沟通能力与创新能力。该培养模式强调在学习中培养人的德信,以德信确保学习中的任务完成,从而实现培养目标。CDIO包括了3个核心文件:1个愿景、1个大纲和12条标准。它体现了3个方面的统一,即系统、科学和先进,是工程教育的典型代表。

3 网络信息安全实验设计

3.1 实验设计要求

网络信息安全课程教学与各种规范性标准和技术相关,联系紧密,涉及计算机、通信、网络、密码学等理论和实训知识。网络信息安全综合实验设计应该达到学员在网络信息安全方向的实验需求。教学实验是学生巩固课堂理论的必要环节,为了适合不同层次的学员,在实验说明上尽量做到图文并茂、通俗易懂,并建立视频教程资源库。制订合理的实验计划,在操作中对网络信息安全的意义和专业知识进行深刻理解。同时,根据不同层次的学生将实验分为初级、中级和高级3类,初级实验主要培养学生对安全工具的应用和配置能力,然后通过中、高级实验加强学生的实际操作和适应能力,提高学生以后工作中的团队配合和解决困难、问题的能力。实验过程要求分团队进行,队员们只有有效沟通、相互信任,并且慎重和换位思考,才能顺利完成实验。

在实验内容上,每个学期稍作调整,主要遵循制定EIP-CDIO的大纲标准。因材施教,通过实验内容调整和差异实验能有效地应对学生中的散漫者和学有余力者。举例说明,将每个实验内容分成3个级别,学习快的学生可以在课时内无限制地向难度挑战,通过一个考核题目后就可以继续下一个阶段的学习。对题目分为“选做”和“必做”2个选项。

以个人电脑网络信息安全和网络安全技术课程为例,这2个课程分别是针对初级和中级实验编写的。个人电脑网络信息安全课程培养学员的信息安全意识及对安全工具的应用和配置能力。设计从电脑开机设置密码开始,一步步深入办公文档邮件加密解密,到网上冲浪、网上购物,学习“采点”——收集信息,扫描,监听,有用信息的挖掘,获得权限,保持连接等。防御学习从防火墙技术入手,以天网的个人版防火墙为例。网络安全技术课程培养学员的独立思维和创新能力,学习计算机网络中几种常用的攻击手段——SQL注入攻击技术和缓冲区溢出攻击技术等,然后学习IDS入侵检测技术等。

3.2 实验模式设计

实验的模式以一个效果为目标,注重学生解决实际问题能力的培养。开放性设计因材施教。综合性设计重点培养学生的实现能力。利用实验的重复验证来形成学生的系统化思维方式,提高学生的信息安全素养。网络信息安全实验模式设计如图1所示。

3.3 网络安全课程教学难题思考

基础知识涵盖广泛是网络信息安全教学中的一个难点,教学规划中应该依据教学经验较多地考虑教学任务和教学效果的平衡。理顺基础知识与其对后续学习的影响的关系,并详细记录。本文总结了网络信息安全课程教学内容和基础知识的对应关系,可以在引导课的环节对基础知识进行重点回顾,提出解决问题的思路,以学生为主体团队,进行相关资料信息的收集,从而建立于先导课解决本次课的目标。此外,也可以在整个实验过程中进行基础知识的按需点拨,学生在实训中学习,使知识系统化。

制定实验环境操作手册,依据实验内容和教学规划中的要求,每个实验单元应包括以下信息:所对应的教学内容;预计时间;硬件及配置要求;软件及配置要求;网络及配置要求;实验素材种类及规格;实验的流程管理。

实验管理员对实验室的操作环境进行计划,尤其是硬件的资源调动。学生进行实验时,可以根据实验要求进行软硬件的调配,提高实验的灵活性和效率。采用虚拟技术(如VMWare和VirtualBox)模拟常用的操作系统,BosonNetSim可模拟网络主机、路由器、交换机等网络通信设备。路由交换实训见表1。

针对网络信息安全实验可能对机房或校园网造成危害,建议参考以下方法进行控制。

(1)局域网实验,把潜在的威胁控制在实验局域网内。

(2)物理隔离,禁止其与校园网或互联网互相访问。

(3)加强信息安全法律法规的教育。

(4)安装专业软件,对危害较大的程序进行封闭操作。

3.4 实验设计分类

对设计好的实验要进行分类,以便学习和跟进。简要部分分类参考见表2。

4 结语

综上所述,基于EIP-CDIO的高职院校网络信息安全实验及教学,能有效帮助学生掌握网络信息安全知识及技能。

第一,强化了基础知识之间的关联性,使实用实训承前启后。

第二,学生身临其境,让学生对网络信息安全知识和对攻击的防御有了更直观的感受。

第三,因材施教,教无定法,学无先后,结合实际情况,不断对教学进行优化组合。

参考文献

[1]李志敏,徐馨,李存华.计算机网络安全课程实验教学探索[J].科教文汇,2011(31):64-64,70.

[2]凌力.网络协议与网络安全[M].北京:清华大学出版社,2011.

CDIO实验篇10

CDIO工程教育模式由汕头大学于2005年率先引入国内, 目前全国已有39所高校被批准成为CDIO试点高校。北京科技大学自动化学院于2013年被批准成为教育部第二批CDIO电气类试点高校, 基于此自动化专业全面展开了CDIO模式的教学探索与实践[5]。

CDIO培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面, 大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。针对CDIO工程教育模式的要求, 我们对课程的实验教学内容、方法及手段进行了改革, 在现有条件的基础上做了一些有益的尝试, 使实验教学内容更紧密结合工程实际, 更注重学生工程能力及创新能力的培养, 为学生就业打下了良好基础, 提高了毕业生的就业竞争力。

一、改革完善实验教学体系结构, 满足CDIO工程教育模式的要求

通过近几年的实验教学体系建设, 实验中心建立了“以验证实验为本、综合设计实验为主、创新实验为优”的“三层式”实验教学体系。

第一层次以基础验证性实验为主, 主要在专业基础课程中开设, 确保学生掌握本专业的基本实验技能, 提高其实践动手能力, 如各专业基础实验课程。

第二层次以综合设计性实验为主, 该类实验融合多门专业课程或一门专业课程的多个知识点, 重在培养学生系统完整的知识结构与综合实践技能, 如自动化实训实验项目。我们自主研制的自动化生产线实训平台, 以实际工业系统为原型, 涵盖完整的自动化工厂实训系统, 包括过程控制、运动控制和制造自动化等多个行业子系统。进一步强化了教学体系当中的工程实践应用环节, 提高了学生的就业竞争力, 体现了实验教学紧密联系实际生产过程的工程特色。

第三层次以创新性实验为主, 主要在专业课程中设置, 启迪学生的专业设计与创新能力, 此外还通过实验室开放项目和科技创新实验室锻炼学生的实践创新能力。学院近几年先后建成了三个创新实验室, 创新实验室面向全院学生全天候开放, 结合学科专业特点, 购置必要的研究设备和相关图书, 为大学生创新创业 (SRTP) 项目活动及各类学科竞赛提供了一些基本的硬件条件及场地。通过完成创新项目的过程, 培养了学生创新意识和创新能力, 提高了其实践动手能力, 培育了其团队协作精神。

按照三层次教学体系, 我们构建了从基础课实验室、专业实验室到实训实验室的一体化实践教学链, 进一步强化了教学体系当中的创新能力和工程实践能力的培养, 以满足CDIO工程教育模式的要求。

二、实验教学的改革

实验教学应该是学生亲历验证新理论、充实新知识、尝试新方法、掌握新技术的过程, 是学生专业素质培养的重要途径。所以, 实验教学要满足CDIO工程教育模式要求, 要改变过去重知识灌输、轻能力培养的实验方法, 要积极引导学生积极主动学习, 着力培养学生的工程实践能力和分析问题、解决问题的能力, 培养学生的创新精神。

在过去的实验教学中存在一些问题, 如实验教学内容偏重于理论验证, 与工程实际脱节;实验过程中没有充分重视学生的知识综合应用能力和创新意识的培养;实验教学方法、手段单一, 实验教学效果有待提高。针对这些问题, 我们从以下三方面进行了实验教学研究与改革。

1. 调整实验教学内容, 培养学生的CDIO工程能力。

针对实验教学与工程实际相脱节的问题, 除了增加自动化专业工程实训内容外, 还在专业课实验内容中增加介绍实际应用系统的内容, 如电机及运动控制实验中增加了介绍数控机床电机控制系统的内容, 教师对系统的组成、功能、工作原理给学生做详尽地介绍, 学生可以看到实际的控制板、电机, 能自己动手操作, 了解系统的软硬件的构成, 并就相关问题与教师直接交流。这一实验结束后, 学生反响热烈, 大大激发了学生深入学习的热情。

此外, 我们在网络实验平台资源库中还给学生提供了一些典型的运动控制系统的案例, 如变频空调控制系统、轧钢过程中的张力控制系统等, 从而分析系统工作原理及软硬件的实现。学生在课下通过学习了解实际生产过程中电机是如何控制的、控制系统是什么样子的, 弥补了实验设备与工程实际相脱节的问题, 也开阔了学生的眼界。

2. 实验教学方法改革与创新。

传统的注入式教育方式, 重知识灌输、轻能力培养, 学生难以积极主动地参与教学活动, 不利于培养学生的自主学习能力和创新能力[6], 不能满足CDIO工程教育模式的能力培养要求。所以我们要改变传统的教学方式, 进行教学改革实践, 将主动式教学理念、任务设定教学法教学等应用到实验教学过程中。

任务设定教学法是在学生实验前根据运动控制系统的运行情况设定问题[7], 在实验前学生通过所学知识自己寻找解决方案, 教师对学生的方案进行审核把关, 确保实验过程的安全性。在实验过程中学生验证解决方案的正确性, 并要对实验的现象和结果进行分析。这种方式改变了过去按照实验指导书按部就班的情况, 学生变为实验的主导者, 着重在学生分析和解决问题能力以及工程设计思想和知识综合应用能力的培养上, 符合CDIO教学模式工程能力的培养要求。

团队协作能力是CDIO培养大纲中要求工程毕业生所具有的四个层面能力之一, 是学生未来走向社会必须具备的能力。而分组教学法可以培养学生分工合作、交流协调、共同研讨等团队合作精神与能力。实训平台借鉴了企业员工的培训方式, 以项目组的形式开展项目研究, 项目组包括负责人和组员, 按照各自身份参与项目实施, 轮换项目负责人和组员身份, 保证每个学生都参与过负责人的角色, 注重学生个人能力和团队协作能力的培养。采用分组教学法, 既培养了学生的团队合作能力, 也使得实验考核更加规范客观[8]。

三、加强教师自身的CDIO能力培养

现在很多教师是从学生到教师的转变, 缺少实际工程应用背景, 教师本身工程基础知识和能力的欠缺也会造成理论与工程实际的脱节, 直接影响实践教学的效果。所以, 用CDIO的教学模式展开教学活动, 要求教师必须有较强的工程知识和能力[9]。针对教师理论与实践脱节的问题, 学院组织教师参加一些应用技术的短期培训班, 学习一些先进的工程应用技术;和学生一起去企业参加生产实习, 去生产一线进行工程实践;同时, 通过实践经验丰富的老教师的指导及通过其他途径进修, 以胜任CDIO人才培养模式下的实验教学工作, 提高实验教学的水平。

四、结语

基于CDIO模式的自动化专业实验教学改革与实践, 解决了原有实验教学模式中存在的实验内容与工程实际脱节、没有充分重视学生的知识综合应用能力和创新意识的培养以及实验教学方法、手段单一的问题, 注重了CDIO工程教育模式所要求的工程基础知识、自主学习能力、团队协作能力及工程系统能力四个层面的能力培养, 为培养高素质的自动化专业工程应用型人才打下了良好的基础[10]。

摘要：本文简要地介绍了CDIO工程教育模式及能力培养目标, 分析了进行教学改革的必要性以及传统教育模式下实验教学的不足, 从实验教学体系建设、实验内容设计、实验教学方法的改进及教师CDIO能力的提高等方面进行了改革, 形成了新的教学模式, 加强了对学生工程实践能力的培养。

关键词：CDIO,实验教学改革,工程实践能力,自主学以能力,团队写作能力

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