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[ 摘 要 ] 结合高等工程教育对工程实践教学的需求，分析并总结了学院自动化及电气工程专业课程设计与综合实验这一工程实践教学环节的现状及存在问题。在此基础上，引入CDIO（conceive-design-implement-operate，简称CDIO）实践教学理念，结合复合创新人才培养需求和学生认知规律，围绕实践平台开发、实验项目设置、实验教学方法等方面进行系列改革，设计了基于CDIO多学科交叉融合的自动化及电气工程课程设计与综合实验实践教学体系，并具体给出该体系下的导航专业方向课程设计与综合实验教学理念和具体实施过程。教学效果表明，改革后的课程设计与综合实验进一步提高了学生的工程能力、个人能力、人际团队能力和解决工程复杂问题的能力。
[ 关键词 ] CDIO;课程设计;综合实验;实践平台;自动化
[ 中图分类号 ] G642.4 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1005-4634（2018）03-0088-06
提高工程实践教学质量是高等工程教育体系中培养高素质工程科技人才的关键[ 1 ]。伴随高等工程教育体系快速发展的步伐，作为典型的理工院校，北京航空航天大学一直积极推进工程实践教学改革。在教育部倡导的“卓越工程师教育培养计划”和“强化基础、突出实践、重在素质、面向创新”的本科人才培养方针指导下，北航自动化科学及电气工程学院在本科人才培养过程中，先后采取了系列有力措施强化工程实践教学环节，分别在本科不同年级设置了工程认识、材料工艺与加工实习、电气技术实践、电子工程技术训练、电子电路设计训练、专业课程设计和综合实验、毕业设计等工程实践训练过程，逐步形成了“厚基础、重特色、强能力、求创新”的教学传统。
其中，课程设计与综合实验是培养学生综合运用“大学3年半”时间所学知识发现、提出、分析、解决实际问题的重要工程实践训练环节，也是“大四下”毕业设计的重要过渡阶段。然而，面对综合、多样、跨学科交融的现代工程对高层次、应用型、多样化专门人才的需求，当前依据细化专业方向设置的单一课程设计和综合实验项目，缺乏各专业方向之间的交叉融合，使得这一重要工程实践过程呈现出体系不完善、内容较零散、国际视野窄、团队合作少等系列问题，满足不了工程创新型人才培养的需求。因此，近几年学院秉承“以学生为中心—强化工程意识—培养创新人才”的实践教学理念，围绕实践平台开发、实验项目设置、实验教学方法等方面对课程设计综合实验环节进行了系列改革，建立了面向工程的校企联合实验平台，设置了系列内容丰富的工程实践项目，全面应用于自动化及电气工程专业人才的培养。
近年来，全球工业革命的推动使得任何一个工程项目都需要参与者具有处理多学科合作的能力[ 2，3 ]。然而，高等教育的专业化过程大多缺失“理解全局且领导负责复杂系统开发”的综合教育环节。为此，美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学围绕人才的工程基础知识能力、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面，共同倡导了一种适用于高等人才培养的国际性和系统性CDIO工程实践教育模式。该模式以产品研发到产品运行的周期为载体，在系列综合实践教学过程中通过构思（conceive）、设计（design）、实现（implement）和运作（operate）紧密结合的形式，使学生利用实践与课程之间有机联系的方式学习， 从而在上述4个层面达到落实工程对能力培养要求的预定目标[ 4-6 ]。该教育模式自2004年正式实施以来，相关教育组织已发展到世界各国的多个专业。例如，美国麻省理工学院航空航天工程专业基于CDIO模式分析了专业课程计划[ 7 ];2005年，汕头大学工学院率先在国内实施了CDIO 工程教育模式[ 8 ];此后清华大学在系列创新工程教育过程中也采用了CDIO 教學方法[ 9 ]。国内外实施经验表明，CDIO 实践教学方法普遍增强了学生的自学能力、解决问题能力、研发沟通能力和团队合作能力[ 10-12 ]。可见，系列案例表明CDIO实践教学模式已对“卓越工程师教育培养计划”的顶层设计和实施过程产生了影响。同时，该计划也为CDIO成为我国工程教育改革的重要手段提供了机遇与保障。因此，基于CDIO的实践教学改革是高等教育中实践环节的必然发展趋势。
在时代背景下，准确把握智能制造对工程创新人才的需求，遵循工程创新人才培养国际标准，围绕国家中长期规划，以北京航空航天大学的本科人才培养方针为指导思想，秉承学院的教学传统与理念，依托学校重点和院系教改项目支持，引入CDIO实践教学模式，建设资源共享的实践教学平台，开发满足不同层次学生需求的综合性、多元化专业课程设计与综合实验项目，构建具有国际视野的航空航天特色自动化及电气工程专业课程设计与综合实验教学体系，为我国经济发展和社会进步培养大批具有专业技能和国际竞争力的优秀工程师和科技人才，这是当前专业课程设计与综合实验教学改革的目的。
2.1 基于CDIO的专业课程设计与综合实验教学理念
北京航空航天大学自动化与电气教学研究实验中心在实践教学过程中，注重平台实验课及专业实验课之间的交叉融合，很好地提高了学生掌握工程基础及专业知识的能力和个人能力。为了进一步加强学生工程系统能力和人际团队能力的培养，作为综合环节的课程设计与综合实验过程，需从工程系统角度出发充分考虑课程体系构架下顶层设计与各个要素之间的关系，同时明确团队协作在工程系统实现过程中的重要性。因此，在课程设计实践教学体系顶层设计方面，要按照综合化课程设计原则和要求，围绕工程创新人才培养目标重构实践课程计划，实现知识、能力、技能和态度培养的一体化建设。实践教学体系要素设计方面，分析影响专业课程设计综合实验教学的多方面因素，构建了基于CDIO的自动化及电气工程专业课程设计综合实验实践教学理念（如图1）。
[ 关键词 ] CDIO;课程设计;综合实验;实践平台;自动化
[ 中图分类号 ] G642.4 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1005-4634（2018）03-0088-06
0 引言
提高工程实践教学质量是高等工程教育体系中培养高素质工程科技人才的关键[ 1 ]。伴随高等工程教育体系快速发展的步伐，作为典型的理工院校，北京航空航天大学一直积极推进工程实践教学改革。在教育部倡导的“卓越工程师教育培养计划”和“强化基础、突出实践、重在素质、面向创新”的本科人才培养方针指导下，北航自动化科学及电气工程学院在本科人才培养过程中，先后采取了系列有力措施强化工程实践教学环节，分别在本科不同年级设置了工程认识、材料工艺与加工实习、电气技术实践、电子工程技术训练、电子电路设计训练、专业课程设计和综合实验、毕业设计等工程实践训练过程，逐步形成了“厚基础、重特色、强能力、求创新”的教学传统。
其中，课程设计与综合实验是培养学生综合运用“大学3年半”时间所学知识发现、提出、分析、解决实际问题的重要工程实践训练环节，也是“大四下”毕业设计的重要过渡阶段。然而，面对综合、多样、跨学科交融的现代工程对高层次、应用型、多样化专门人才的需求，当前依据细化专业方向设置的单一课程设计和综合实验项目，缺乏各专业方向之间的交叉融合，使得这一重要工程实践过程呈现出体系不完善、内容较零散、国际视野窄、团队合作少等系列问题，满足不了工程创新型人才培养的需求。因此，近几年学院秉承“以学生为中心—强化工程意识—培养创新人才”的实践教学理念，围绕实践平台开发、实验项目设置、实验教学方法等方面对课程设计综合实验环节进行了系列改革，建立了面向工程的校企联合实验平台，设置了系列内容丰富的工程实践项目，全面应用于自动化及电气工程专业人才的培养。
1 国内外实践教学中的CDIO推广应用
近年来，全球工业革命的推动使得任何一个工程项目都需要参与者具有处理多学科合作的能力[ 2，3 ]。然而，高等教育的专业化过程大多缺失“理解全局且领导负责复杂系统开发”的综合教育环节。为此，美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学围绕人才的工程基础知识能力、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面，共同倡导了一种适用于高等人才培养的国际性和系统性CDIO工程实践教育模式。该模式以产品研发到产品运行的周期为载体，在系列综合实践教学过程中通过构思（conceive）、设计（design）、实现（implement）和运作（operate）紧密结合的形式，使学生利用实践与课程之间有机联系的方式学习， 从而在上述4个层面达到落实工程对能力培养要求的预定目标[ 4-6 ]。该教育模式自2004年正式实施以来，相关教育组织已发展到世界各国的多个专业。例如，美国麻省理工学院航空航天工程专业基于CDIO模式分析了专业课程计划[ 7 ];2005年，汕头大学工学院率先在国内实施了CDIO 工程教育模式[ 8 ];此后清华大学在系列创新工程教育过程中也采用了CDIO 教學方法[ 9 ]。国内外实施经验表明，CDIO 实践教学方法普遍增强了学生的自学能力、解决问题能力、研发沟通能力和团队合作能力[ 10-12 ]。可见，系列案例表明CDIO实践教学模式已对“卓越工程师教育培养计划”的顶层设计和实施过程产生了影响。同时，该计划也为CDIO成为我国工程教育改革的重要手段提供了机遇与保障。因此，基于CDIO的实践教学改革是高等教育中实践环节的必然发展趋势。
2 基于CDIO的专业课程设计与综合实验教学改革
在时代背景下，准确把握智能制造对工程创新人才的需求，遵循工程创新人才培养国际标准，围绕国家中长期规划，以北京航空航天大学的本科人才培养方针为指导思想，秉承学院的教学传统与理念，依托学校重点和院系教改项目支持，引入CDIO实践教学模式，建设资源共享的实践教学平台，开发满足不同层次学生需求的综合性、多元化专业课程设计与综合实验项目，构建具有国际视野的航空航天特色自动化及电气工程专业课程设计与综合实验教学体系，为我国经济发展和社会进步培养大批具有专业技能和国际竞争力的优秀工程师和科技人才，这是当前专业课程设计与综合实验教学改革的目的。
2.1 基于CDIO的专业课程设计与综合实验教学理念
北京航空航天大学自动化与电气教学研究实验中心在实践教学过程中，注重平台实验课及专业实验课之间的交叉融合，很好地提高了学生掌握工程基础及专业知识的能力和个人能力。为了进一步加强学生工程系统能力和人际团队能力的培养，作为综合环节的课程设计与综合实验过程，需从工程系统角度出发充分考虑课程体系构架下顶层设计与各个要素之间的关系，同时明确团队协作在工程系统实现过程中的重要性。因此，在课程设计实践教学体系顶层设计方面，要按照综合化课程设计原则和要求，围绕工程创新人才培养目标重构实践课程计划，实现知识、能力、技能和态度培养的一体化建设。实践教学体系要素设计方面，分析影响专业课程设计综合实验教学的多方面因素，构建了基于CDIO的自动化及电气工程专业课程设计综合实验实践教学理念（如图1）。