1虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合CDIO工程教育模式的研究現(xiàn)狀

經(jīng)大量查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合CDIO工程教育模式在自動化專業(yè)的應(yīng)用與研究未見報道。而針對CDIO工程教育理念及虛擬現(xiàn)實技術(shù)單獨應(yīng)用于教學(xué)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(xué)研究與實踐(中國電力教育CEPE，2010)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在實踐中的應(yīng)用研究(長春大學(xué)學(xué)報，2010)等。經(jīng)過深入研究，發(fā)現(xiàn)CDIO工程教育理念及虛擬現(xiàn)實技術(shù)單獨應(yīng)用于教學(xué)方面的研究存在以下局限性:

1)針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高校教學(xué)中開展的研究僅是對實驗條件、教學(xué)方法進(jìn)行改革，缺乏工程項目教育理念指導(dǎo)及實現(xiàn)體系，未能徹底改變當(dāng)前大多數(shù)高校存在重視理論學(xué)習(xí)而忽視實踐、產(chǎn)學(xué)研相脫節(jié)的弊端;不能滿足自動化專業(yè)“寬口徑、跨領(lǐng)域、重實踐”卓越工程師教育培養(yǎng)目標(biāo)的需求。同時，它僅是針對具體專業(yè)(或課程)開展研究，對學(xué)科群建設(shè)及相近專業(yè)覆蓋面不大，對不同地區(qū)高校自動化專業(yè)教學(xué)改革的輻射面不大。所以，虛擬現(xiàn)實技術(shù)單獨在教學(xué)改革中的應(yīng)用未發(fā)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(dāng)前多數(shù)普通高校與企業(yè)缺少密切聯(lián)系的狀況下，特別對于實驗條件差及周邊地區(qū)工業(yè)不發(fā)達(dá)的工科院校來講開展這項研究非常困難，不能完全實現(xiàn)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(yè)(或課程)開展研究，對學(xué)科群建設(shè)及相近專業(yè)覆蓋面不大。對不同地區(qū)，特別是欠發(fā)達(dá)地區(qū)高校工科專業(yè)教學(xué)改革的輻射面不大，未實現(xiàn)其真實意義。

針對以上情況，發(fā)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(xiàn)實技術(shù)提供工程理念指導(dǎo)，促進(jìn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)更好地應(yīng)用于教學(xué)，因此提出虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合CDIO工程教育模式，即以CDIO工程項目教育理念為指導(dǎo)，以虛擬現(xiàn)實(簡稱VＲ)技術(shù)為工程項目實踐平臺，通過工程技術(shù)及經(jīng)典工程項目案例教學(xué)，強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研合作教育，進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)(相近)專業(yè)聯(lián)系，提升學(xué)科群建設(shè)對學(xué)生培養(yǎng)的重要性。充分利用學(xué)校與企業(yè)多種不同教學(xué)環(huán)境和教學(xué)資源以及在人才培養(yǎng)方面的各自優(yōu)勢，把以課堂傳授知識為主的課堂教育與直接獲取實際經(jīng)驗、實踐能力的工程實踐、科研實踐有機(jī)結(jié)合。從根本上解決高校教育與企業(yè)需求脫節(jié)的問題，縮小高校和企業(yè)對工程技術(shù)人才培養(yǎng)與需求之間的差距，進(jìn)而縮短企業(yè)對應(yīng)屆畢業(yè)生的再培養(yǎng)周期，增強(qiáng)學(xué)生的社會競爭力，給同類高校，特別是給工業(yè)欠發(fā)達(dá)的地方普通高校的教學(xué)提供借鑒經(jīng)驗。

2基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合CDIO工程教育模式的具體改革方案

2.1調(diào)整課程教學(xué)體系，提升學(xué)科群建設(shè)在人才培養(yǎng)的必要性，突顯工程實踐能力培養(yǎng)的重要性

為實現(xiàn)工程實踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作精神培養(yǎng)這一目標(biāo)，對自動化專業(yè)課程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，緊扣CDIO工程教育理念，按照構(gòu)思(功能分析)、(總體框架)設(shè)計、實現(xiàn)、運行步驟，把課程教學(xué)體系分為課堂教學(xué)、實驗教學(xué)與工程項目實踐教學(xué)三部分，工程實踐環(huán)節(jié)分為:加強(qiáng)課內(nèi)實驗、課程設(shè)計、綜合設(shè)計等實踐環(huán)節(jié)能力的有序銜接。其中綜合設(shè)計主要是體現(xiàn)在自動化、電子、通信、機(jī)械一體化、機(jī)械電子和計算機(jī)等專業(yè)組成的學(xué)科群對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的必要性上，同時進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對工程項目開發(fā)過程及開發(fā)經(jīng)驗掌握，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。而在教學(xué)過程中，嚴(yán)格按照CDIO大綱的組織結(jié)構(gòu)(見圖1)，以項目設(shè)計為主體，課堂講解以項目設(shè)計過程銜接各理論基礎(chǔ)知識，結(jié)合各知識點精彩案例，充分利用實驗鞏固基礎(chǔ)理論知識，并加入工程項目設(shè)計環(huán)節(jié)，有效的提高學(xué)生的主動性、創(chuàng)新性，讓學(xué)生在工程項目中提高動手能力，在工作中建立團(tuán)隊意識，在實踐中參與工程項目的實際操作環(huán)節(jié)。有效的培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)能力及相關(guān)經(jīng)驗，提升學(xué)生創(chuàng)新能力及創(chuàng)新意識。

2.2以CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為實現(xiàn)手段，構(gòu)建虛擬現(xiàn)實實驗平臺

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建虛擬現(xiàn)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(dá)到CDIO能力大綱的要求，以提高學(xué)生工程實踐能力和綜合工程素質(zhì)為目標(biāo)，把實驗項目按規(guī)模和范圍分為三級:一級項目包含自動化專業(yè)主要核心知識和培養(yǎng)目標(biāo)要求的創(chuàng)新型工程案例實驗項目;二級項目包含一組自動化專業(yè)相關(guān)課程核心知識、技能要求的綜合實驗項目;三級項目加強(qiáng)單門課程能力與理論知識理解而設(shè)置的基礎(chǔ)實驗項目。以一級創(chuàng)新型工程案例實驗項目為學(xué)生創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識、團(tuán)隊合作精神培養(yǎng)的主線，二級綜合實驗項目為一級項目的支撐，三級基礎(chǔ)實驗項目主要是鞏固課程基礎(chǔ)理論知識，將創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識、團(tuán)隊合作精神等各種能力的培養(yǎng)分解到課程設(shè)計的每個環(huán)節(jié)中。通過工程項目實踐教學(xué)體系的縱向和橫向相互滲透和有機(jī)地結(jié)合，使學(xué)生專業(yè)知識、專業(yè)技能、工程實踐能力有計劃、有層次、分階段的培養(yǎng)和提高。為了保證工程項目實踐全過程的教學(xué)效果，在項目實施過程中，采用“導(dǎo)師團(tuán)隊”指導(dǎo)方式，指導(dǎo)學(xué)生的全過程工程項目設(shè)計。通過“導(dǎo)師團(tuán)隊”的指導(dǎo)，工程項目實施以實踐為導(dǎo)向、以培養(yǎng)實踐能力、系統(tǒng)能力、團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新能力為主要目標(biāo)的實踐教學(xué)。并根據(jù)自動化專業(yè)的學(xué)科特點，提出以實踐性和創(chuàng)新性的綜合工程實踐項目設(shè)計為主體，在教學(xué)方式上采取主動式自我學(xué)習(xí)和團(tuán)隊式群體學(xué)習(xí)圈。這樣可以有效地培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)能力及相關(guān)經(jīng)驗，提升學(xué)生創(chuàng)新能力及創(chuàng)新意識，增強(qiáng)學(xué)習(xí)對象的真實感受，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神，增強(qiáng)學(xué)生的增強(qiáng)學(xué)生社會競爭力。解決自動化專業(yè)實驗設(shè)備不足、落后、難以及時更新的困難;節(jié)省實驗成本，提高實驗的安全性;學(xué)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(tǒng)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(qiáng)化工程技術(shù)能力、團(tuán)隊合作精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)

基于工程項目學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)實踐能力和創(chuàng)新能力。在項目實施及評審方面分為三組，即專家評審組、導(dǎo)師指導(dǎo)組、項目實施組。一個導(dǎo)師指導(dǎo)組負(fù)責(zé)三個項目實施組的指導(dǎo)工作，一個專家評審組負(fù)責(zé)六個項目實施組的評審工作，導(dǎo)師指導(dǎo)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(dān)任)或博士老師，專家在評審過程中必須嚴(yán)格審核。導(dǎo)師指導(dǎo)組的組長必須具有較強(qiáng)專業(yè)知識且精通相關(guān)專業(yè)的博士副教授老師擔(dān)任。每個項目實施組都必須邀請電子、通信、機(jī)械電子、計算機(jī)等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生參與，項目可以由學(xué)生、導(dǎo)師單獨提出，或?qū)W生和導(dǎo)師共同協(xié)商提出。考核根據(jù)學(xué)生對項目學(xué)習(xí)效果的評價標(biāo)準(zhǔn)，包括項目報告、設(shè)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(jù)學(xué)生在項目中的作用、應(yīng)用知識的能力、在項目實施中的作用等情況合理科學(xué)地制定評價方式。以基于單片機(jī)的智能交通信號燈為例(二級工程項目)，在最后的成績中，學(xué)生平時表現(xiàn)占15%，包括項目的合作、溝通、創(chuàng)新和知識應(yīng)用的能力等;項目評審驗收報告占70%，包括項目的創(chuàng)新點、完成的質(zhì)量、學(xué)生的具體分工、能否實現(xiàn)預(yù)定功能等，在該項目中創(chuàng)新點主要是指該系統(tǒng)能否實時檢查各方向的車子流量，并及時調(diào)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(nèi)容也是緊緊圍繞基本概念和基本原理的應(yīng)用，出靈活的、綜合性的題目，理論緊密聯(lián)系工程實際問題，注意培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程項目實際問題的能力，如在單片機(jī)課程考試中，引腳在工程應(yīng)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(biāo)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(guān)注評價的多元性，過程化考核+終結(jié)性評價的考核方式對學(xué)生綜合評價。

3結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)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(yè)教育中普遍存在的問題，滿足社會對工程技術(shù)人才培養(yǎng)的需求。在人才培養(yǎng)方面，將只有將CDIO模式與實踐教學(xué)的實際情況相結(jié)合，并充分利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，才可能培養(yǎng)出具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊合作能力的工程技術(shù)人才。近幾年來，宜春學(xué)院在虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合CDIO工程教育模式的教學(xué)改革下探索出了一條全新的工程項目技術(shù)人才培養(yǎng)模式，并發(fā)現(xiàn)該模式具有如下優(yōu)點:

1)解決自動化專業(yè)教育與企業(yè)需求脫節(jié)問題，縮小高校和企業(yè)對人才培養(yǎng)與需求之間的差距，同時縮短企業(yè)對應(yīng)屆畢業(yè)生的再培養(yǎng)周期;

2)解決高等院校自動化專業(yè)實驗設(shè)備不足、落后、難以及時更新的困難;節(jié)省實驗成本，提高實驗的安全性;打破傳統(tǒng)實驗的時間與空間的局限性，增強(qiáng)學(xué)習(xí)對象的真實感受;

3)調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生社會競爭力，進(jìn)一步提高應(yīng)屆畢業(yè)生的就業(yè)率，減少應(yīng)屆畢業(yè)生的自殺率;

4)可將工程項目案例實驗平臺建設(shè)成果應(yīng)用于教師科研工作，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提高，并將成果向高校相關(guān)專業(yè)推廣，建立新產(chǎn)品開發(fā)平臺，反哺周邊地區(qū)相關(guān)企業(yè)。

作者：徐東輝 徐先勤 單位：宜春學(xué)院物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院 白土中學(xué)