1虛擬現實技術結合CDIO工程教育模式的研究現狀

經大量查閱國內外相關文獻，發現針對虛擬現實技術結合CDIO工程教育模式在自動化專業的應用與研究未見報道。而針對CDIO工程教育理念及虛擬現實技術單獨應用于教學方面的研究也只是近幾年才開始，如:基于CDIO教育模式的電路課程教學研究與實踐(中國電力教育CEPE，2010)，虛擬現實技術在實踐中的應用研究(長春大學學報，2010)等。經過深入研究，發現CDIO工程教育理念及虛擬現實技術單獨應用于教學方面的研究存在以下局限性:

1)針對虛擬現實技術在高校教學中開展的研究僅是對實驗條件、教學方法進行改革，缺乏工程項目教育理念指導及實現體系，未能徹底改變當前大多數高校存在重視理論學習而忽視實踐、產學研相脫節的弊端;不能滿足自動化專業“寬口徑、跨領域、重實踐”卓越工程師教育培養目標的需求。同時，它僅是針對具體專業(或課程)開展研究，對學科群建設及相近專業覆蓋面不大，對不同地區高校自動化專業教學改革的輻射面不大。所以，虛擬現實技術單獨在教學改革中的應用未發揮其巨大潛力。

2)針對CDIO工程項目教育理念開展的研究僅用在教育方式、教育理念上改變而已，缺少CDIO工程項目教育理念的實踐平臺，在當前多數普通高校與企業缺少密切聯系的狀況下，特別對于實驗條件差及周邊地區工業不發達的工科院校來講開展這項研究非常困難，不能完全實現其巨大作用，因此推廣也很困難。同時，它也只是針對具體專業(或課程)開展研究，對學科群建設及相近專業覆蓋面不大。對不同地區，特別是欠發達地區高校工科專業教學改革的輻射面不大，未實現其真實意義。

針對以上情況，發現虛擬現實技術可以為CDIO工程項目教育理念提供實踐平臺，CDIO工程項目教育理念可以為虛擬現實技術提供工程理念指導，促進虛擬現實技術更好地應用于教學，因此提出虛擬現實技術結合CDIO工程教育模式，即以CDIO工程項目教育理念為指導，以虛擬現實(簡稱VＲ)技術為工程項目實踐平臺，通過工程技術及經典工程項目案例教學，強化產學研合作教育，進一步加強相關(相近)專業聯系，提升學科群建設對學生培養的重要性。充分利用學校與企業多種不同教學環境和教學資源以及在人才培養方面的各自優勢，把以課堂傳授知識為主的課堂教育與直接獲取實際經驗、實踐能力的工程實踐、科研實踐有機結合。從根本上解決高校教育與企業需求脫節的問題，縮小高校和企業對工程技術人才培養與需求之間的差距，進而縮短企業對應屆畢業生的再培養周期，增強學生的社會競爭力，給同類高校，特別是給工業欠發達的地方普通高校的教學提供借鑒經驗。

2基于虛擬現實技術結合CDIO工程教育模式的具體改革方案

2.1調整課程教學體系，提升學科群建設在人才培養的必要性，突顯工程實踐能力培養的重要性

為實現工程實踐能力、創新能力、團隊合作精神培養這一目標，對自動化專業課程進行了詳細的分析，緊扣CDIO工程教育理念，按照構思(功能分析)、(總體框架)設計、實現、運行步驟，把課程教學體系分為課堂教學、實驗教學與工程項目實踐教學三部分，工程實踐環節分為:加強課內實驗、課程設計、綜合設計等實踐環節能力的有序銜接。其中綜合設計主要是體現在自動化、電子、通信、機械一體化、機械電子和計算機等專業組成的學科群對學生創新能力培養的必要性上，同時進一步促進學生對工程項目開發過程及開發經驗掌握，提升學生的創新能力。而在教學過程中，嚴格按照CDIO大綱的組織結構(見圖1)，以項目設計為主體，課堂講解以項目設計過程銜接各理論基礎知識，結合各知識點精彩案例，充分利用實驗鞏固基礎理論知識，并加入工程項目設計環節，有效的提高學生的主動性、創新性，讓學生在工程項目中提高動手能力，在工作中建立團隊意識，在實踐中參與工程項目的實際操作環節。有效的培養學生工程技術能力及相關經驗，提升學生創新能力及創新意識。

2.2以CDIO工程教育理念為指導，以虛擬現實技術為實現手段，構建虛擬現實實驗平臺

利用虛擬現實技術搭建虛擬現實實驗室，以CDIO工程項目案例庫作為該實驗室的實驗項目。為了達到CDIO能力大綱的要求，以提高學生工程實踐能力和綜合工程素質為目標，把實驗項目按規模和范圍分為三級:一級項目包含自動化專業主要核心知識和培養目標要求的創新型工程案例實驗項目;二級項目包含一組自動化專業相關課程核心知識、技能要求的綜合實驗項目;三級項目加強單門課程能力與理論知識理解而設置的基礎實驗項目。以一級創新型工程案例實驗項目為學生創新能力、創新意識、團隊合作精神培養的主線，二級綜合實驗項目為一級項目的支撐，三級基礎實驗項目主要是鞏固課程基礎理論知識，將創新能力、創新意識、團隊合作精神等各種能力的培養分解到課程設計的每個環節中。通過工程項目實踐教學體系的縱向和橫向相互滲透和有機地結合，使學生專業知識、專業技能、工程實踐能力有計劃、有層次、分階段的培養和提高。為了保證工程項目實踐全過程的教學效果，在項目實施過程中，采用“導師團隊”指導方式，指導學生的全過程工程項目設計。通過“導師團隊”的指導，工程項目實施以實踐為導向、以培養實踐能力、系統能力、團隊合作精神和創新能力為主要目標的實踐教學。并根據自動化專業的學科特點，提出以實踐性和創新性的綜合工程實踐項目設計為主體，在教學方式上采取主動式自我學習和團隊式群體學習圈。這樣可以有效地培養學生工程技術能力及相關經驗，提升學生創新能力及創新意識，增強學習對象的真實感受，調動學生學習積極性、主動性，培養學生的團隊合作精神，增強學生的增強學生社會競爭力。解決自動化專業實驗設備不足、落后、難以及時更新的困難;節省實驗成本，提高實驗的安全性;學生可以在寢室、家里等實驗室以外的任何場所開展實驗研究，徹底打破傳統實驗的時間與空間的局限性。

2.3采取多樣化的考核方式，強化工程技術能力、團隊合作精神和創新能力培養

基于工程項目學習的教學目標是培養學生的工程技術實踐能力和創新能力。在項目實施及評審方面分為三組，即專家評審組、導師指導組、項目實施組。一個導師指導組負責三個項目實施組的指導工作，一個專家評審組負責六個項目實施組的評審工作，導師指導組教師不能參與專家評審組的評審工作。專家組的專家必須是教授(也可以退休教授擔任)或博士老師，專家在評審過程中必須嚴格審核。導師指導組的組長必須具有較強專業知識且精通相關專業的博士副教授老師擔任。每個項目實施組都必須邀請電子、通信、機械電子、計算機等相關專業的學生參與，項目可以由學生、導師單獨提出，或學生和導師共同協商提出。考核根據學生對項目學習效果的評價標準，包括項目報告、設計評估、專家評審等。通過報告、自評、項目實施組互相評審、專家評審等多種形式，根據學生在項目中的作用、應用知識的能力、在項目實施中的作用等情況合理科學地制定評價方式。以基于單片機的智能交通信號燈為例(二級工程項目)，在最后的成績中，學生平時表現占15%，包括項目的合作、溝通、創新和知識應用的能力等;項目評審驗收報告占70%，包括項目的創新點、完成的質量、學生的具體分工、能否實現預定功能等，在該項目中創新點主要是指該系統能否實時檢查各方向的車子流量，并及時調整紅綠燈的控制時間，以方便交通運行;期末考試占15%，考試內容也是緊緊圍繞基本概念和基本原理的應用，出靈活的、綜合性的題目，理論緊密聯系工程實際問題，注意培養學生分析和解決工程項目實際問題的能力，如在單片機課程考試中，引腳在工程應用中為什么要接上電阻等問題。在考核上采用階段評價、目標評價、過程評價、理論與工程項目實踐一體化評價、校企共同評價、專家項目驗收等多種模式。關注評價的多元性，過程化考核+終結性評價的考核方式對學生綜合評價。

3結束語

虛擬現實技術結合CDIO工程教育模式是一種全新的教育方法和理念，可以解決目前自動化專業教育中普遍存在的問題，滿足社會對工程技術人才培養的需求。在人才培養方面，將只有將CDIO模式與實踐教學的實際情況相結合，并充分利用虛擬現實技術，才可能培養出具有較強的創新意識、創新能力及團隊合作能力的工程技術人才。近幾年來，宜春學院在虛擬現實技術結合CDIO工程教育模式的教學改革下探索出了一條全新的工程項目技術人才培養模式，并發現該模式具有如下優點:

1)解決自動化專業教育與企業需求脫節問題，縮小高校和企業對人才培養與需求之間的差距，同時縮短企業對應屆畢業生的再培養周期;

2)解決高等院校自動化專業實驗設備不足、落后、難以及時更新的困難;節省實驗成本，提高實驗的安全性;打破傳統實驗的時間與空間的局限性，增強學習對象的真實感受;

3)調動學生學習積極性、主動性，培養學生的團隊合作精神，增強學生的創新意識、創新能力，增強學生社會競爭力，進一步提高應屆畢業生的就業率，減少應屆畢業生的自殺率;

4)可將工程項目案例實驗平臺建設成果應用于教師科研工作，促進教學質量提高，并將成果向高校相關專業推廣，建立新產品開發平臺，反哺周邊地區相關企業。

作者：徐東輝 徐先勤 單位：宜春學院物理科學與工程技術學院 白土中學