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摘要：针对现在航空电子实验课程重理论轻实践的不足，提出基于CDIO工程教育改革要求的实验课程设计思路。以空客A320导航系统为例，结合课堂所学专业知识和航线维护工程实践的基本工作，以认知类、操作类、综合类三个层次递进进行实验课程设计，以锻炼学生的实际动手能力和应用所学解决工程实际问题的能力、提高学生的综合素质。
关键词：CDIO工程教育；航空电子专业；实验开发
作者简介：秦庆霞（1985-），女，山东潍坊人，中国民航大学航空自动化学院，助教。（天津 300300）郝瑞（1981-），女，甘肃陇南人，深圳航空公司维修工程部，高级工程师。（广东 深圳 518128）
基金项目：本文系天津市高等学校本科教学改革与质量工程研究计划项目“基于CDIO工程教育的电子信息工程专业实验教学综合改革”（项目编号：D02-0807）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0164-02
长期以来，我国的高等教育实验课以章节为单元，通常是原理验证性质的课程，强调理论知识的验证学习，而忽略了实践能力的培养，导致工科毕业生的实际水平与社会对人才的需求有较大的差距。[1-3]作为民航类高校，航空电子专业作为民航特有专业尤其不能忽视学生实际动手能力的培养，作为CDIO工程教育重要环节的实验课程更应该注重培养专业理论知识的应用性，以锻炼学生的实际动手能力和应用所学知识解决民航机务维修工程实际问题的能力。
一、CDIO工程教育改革对专业课实验教学的要求
为了培养有扎实实践能力和团队合作能力的人才，自2000年10月以来，由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等4所大学组成的工程教育改革研究团队提出了全新的CDIO （conceiving-designing-implementing-operating），即构思—设计—实现—运行的工程教育理念和以能力培养为目标的CDIO理念，并于2004年成立了CDIO国际合作组织。[4-6]中国民航大学已进入教育部第二批CDIO试点单位，在电子信息工程品牌专业建设中融入CDIO工程教育理念的关键问题是如何培养满足企业需求的航空电子信息工程专业学生，使其除掌握日益增加的专业知识外，还要具有理论联系实际的能力。CDIO高等工程教育模式提出的12条标准中，标准4和5为实验教学指出了具体的方向，对实验教学具有重要指导作用，[7-9]标准指出实践环节应引导学生对工程的兴趣并为工程能力的培养打下基础。因此，实验课程的开发更应注重提高学生在民航飞机维修背景下的实际动手能力和和解决当前专业建设中重理论轻实践的问题。
二、基于CDIO的实验体系建设
1.建设思路
针对中国民航大学CDIO工程教育改革对航空电子专业加强机务维修工程环境下的实验实训要求和航空电子专业惯性导航系统课程的大纲要求，依托天津市航空电子电气实验教学示范中心，以航线维护工程实践的基本工作（勤务·系统检查·故障排除）为主线，设计认知类、操作类和综合类三个层次的实验（见图1）。实验课程体系旨在帮助学生循序渐进的将课本理论知识与实际工作现场相结合，有效地解决了实验课难以了解真实飞机系统、验证课堂所学理论指示并熟悉机载系统的操作、学以致用解决实际问题的困难。
图1 航空电子实验课程体系结构图
其中，认知类实验是操作类和综合类实验的基础，目的是使学生了解所学航空电子系统在航线勤务工作中的应用，将课本上抽象的界面和原理形象的转化为学生看得见、摸得着的飞机布局，以提高学生做实验的兴趣。操作类实验以航线检查工卡为实验指导，引导学生在现代民航飞机运行仿真环境的各种实验条件下，通过“做中学”反复操作观察系统工作状态和参数指示的变化，并结合系统原理图的变化进一步理解专业知识，即通过Operate（运行）加深对系统内部工作原理的理解和掌握。综合类实验以机务维修工程故障排除任务为引领，在操作类实验基础上仿真一线维修常见故障，采用问题驱动的主导学习方法，引导学生主动思考，遵循飞机维修手册，通过勤务操作、测量、拆装、排故和发动机试车等规范化操作完成维修任务，提高学生应用所学解决机务维修实际问题的能力，进行有效的工程实践。
2.实验课程建设实现
课题组以导航系统为例进行实验课程体系的设计，实验的平台依托中国民航大学建设的天津市航空电子电气实验教学示范中心，以自动飞行控制系统课程实验系统和机载维护模拟机系统为平台按照CDIO工程教育改革的要求开发实验项目。
（1）认知类实验开发。结合导航系统课程大纲和理论课教师实际的课堂教授重点，依托教学示范中心的现有软件平台，设计认知类实验的目的主要是验证各类导航系统组成元素在真实飞机上的位置和布局，以各导航子系统为实验单位，学习各个导航计算机在飞机上的位置布局、计算机的外形特征与识别、天线位置与外形识别、驾驶舱控制面板的操作、驾驶舱的参数监控等。要求学生结合课堂知识、以实验指导书的驱动问题为主线自行在机载维护模拟机系统软件上进行相应的验证，将课本上静态枯燥的图片和原理与仿真软件的彩色、动态显示相结合，使学生获得初步的感知认识和亲手操作的乐趣。要求学生能知其然，而不一定要知其所以然，头脑中留下的问号将成为以后学习的动力。
（2）操作类实验开发。操作类实验属于验证性实验。实验以导航子系统为单位，通过指导书问题引导学生执行导航系统工程实践中经常遇到的各种功能检查和操作测试，观察仪表对应系统监控参数的变化，并结合平台配备的动态原理图实时了解系统的工作状态。另外教师可以设置不同的实验条件，学生在理解系统工作原理基础上，根据自动飞行控制系统课程在实验系统上进行独立、反复操作以加深对原理的理解。该类实验的主要目的是帮助学生通过动手操作验证课堂所学原理、结合原理图理解从驾驶舱操纵究竟是如何通过系统内部工作原理实现工作状态和参数变化的，使前期所获得的感性认识得到了理论知识的支撑，同时理论知识又在虚拟环境的操作和原理图中得到验证和运用，使学生在学习过程中不仅知其然，更知其所以然，不但加深了对理论知识的认识，并进一步锻炼了实践能力。 （3）综合类实验开发。综合类实验属于设计类实验，包括故障分析类实验和故障排除类实验。两类实验均以机务维修工程故障排除任务为引领，通过选择不同的故障条件，使学生观察故障效应和报告。分析类实验重在训练学生依据效应结合所学原理分析故障原因，通过指导书问题引导学生根据观察到的故障效应从工作原理的角度分析导航系统故障的可能原因，并且针对所分析的故障原因设计所需的检查操作检查，通过操作检查进一步排查可能的故障原因、缩小故障范围。故障类实验重在训练学生结合所学原理知识动手排故的能力，引导学生根据观察的故障效应查阅航线维修手册、依据手册步骤通过测试和测量确认故障原因并隔离故障，通过实验使学生熟悉机务维修管理工作和排故工作，提高学生应用所学解决机务维修实际问题的能力。
3.实验课程建设成果
导航系统实验课程系统共开发认知类实验5个、操作类实验10个和综合类实验15个。其中，认知类实验包括大气数据系统、惯性导航系统、无线电导航系统、气象雷达系统、近地警告系统、交通防撞系统等认知实验；操作类实验主要针对5个导航子系统进行启动、操作、测试检查，并且每个实验都配备动态原理图；综合类实验包括5个系统勤务实验和10个故障实验。开发的实验课时大大超过了课程要求的实验课时，便于教师针对不同层次的学生自由选择实验内容。
同时所有开发的实验均配备教师版实验指导书和学生版实验指导书，其中教师版指导书实验内容和步骤详尽、便于实验教师的使用；学生版指导书主要用于学生实验中使用，指导书实验步骤采取问题模式，仅提出问题、不写明操作的详细步骤和预期的结果，旨在改变以往的实验教学中让学生按部就班完成实验步骤的方式，通过问题引导学生积极思考，利用课堂学习知识设计解决问题的操作步骤，激发学生的积极性和创造性。
三、结束语
与传统实验课程有很大的不同，本文根据CDIO工程教育改革的要求提出航空电子实验课程开发的思路，将以专业课为导向的验证实验转变为在机务维修仿真环境下以工程项目为导向设计的专业实验，支持学生在工程项目中通过实验深入理解所学专业知识，引导学生在实验过程中不仅主动探寻专业知识，而且应用知识解决工程问题，同时在仿真工程环境的实验平台上加深对现代机务维修工程的理解，增强学生获取知识和技能的兴趣和主动性，将学生从专业学习逐层引导到机务维修工程实践中。课程设计达到了理论和实践相结合的目的，提高了学生实际动手能力和应用所学解决机务维修实际问题的能力。
参考文献：
[1]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，（5）：29-35.
[2]陈春林，朱张青.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）：30-33.
[3]徐吉锋.基于CDIO理念的EDA课程教学模式改革与实践[J].中国电力教育，2010，（34）：125-126.
[4]田海梅，张燕，田祥宏.基于CDIO模式的认知实习项目研究与实践[J].实验技术与管理，2012，（1）：140-145.
[5]郭小勤，王鑫，李漓.基于CDIO工程教育理念的实验教学设备研制[J].实验技术与管理，2010，（6）：64-67.
[6]王雪峰，曹荣.大工程观与高等工程教育改革[J].高等工程教育研究，2006，（4）：19-23.
[7]顾学雍.联结理论与实践的CDIO——清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）：11-23.
[8]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006，（11）：81-83.
[9]Gu Pei-hua，Li Yun-ping，Shen Min-fen，etc. Cultivating Model of EIP-CDIO Innovative Engineering Talents to Design Oriented [J].China Higher Education，2009，3：47-49.
（责任编辑：孙晴）
关键词：CDIO工程教育；航空电子专业；实验开发
作者简介：秦庆霞（1985-），女，山东潍坊人，中国民航大学航空自动化学院，助教。（天津 300300）郝瑞（1981-），女，甘肃陇南人，深圳航空公司维修工程部，高级工程师。（广东 深圳 518128）
基金项目：本文系天津市高等学校本科教学改革与质量工程研究计划项目“基于CDIO工程教育的电子信息工程专业实验教学综合改革”（项目编号：D02-0807）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）22-0164-02
长期以来，我国的高等教育实验课以章节为单元，通常是原理验证性质的课程，强调理论知识的验证学习，而忽略了实践能力的培养，导致工科毕业生的实际水平与社会对人才的需求有较大的差距。[1-3]作为民航类高校，航空电子专业作为民航特有专业尤其不能忽视学生实际动手能力的培养，作为CDIO工程教育重要环节的实验课程更应该注重培养专业理论知识的应用性，以锻炼学生的实际动手能力和应用所学知识解决民航机务维修工程实际问题的能力。
一、CDIO工程教育改革对专业课实验教学的要求
为了培养有扎实实践能力和团队合作能力的人才，自2000年10月以来，由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等4所大学组成的工程教育改革研究团队提出了全新的CDIO （conceiving-designing-implementing-operating），即构思—设计—实现—运行的工程教育理念和以能力培养为目标的CDIO理念，并于2004年成立了CDIO国际合作组织。[4-6]中国民航大学已进入教育部第二批CDIO试点单位，在电子信息工程品牌专业建设中融入CDIO工程教育理念的关键问题是如何培养满足企业需求的航空电子信息工程专业学生，使其除掌握日益增加的专业知识外，还要具有理论联系实际的能力。CDIO高等工程教育模式提出的12条标准中，标准4和5为实验教学指出了具体的方向，对实验教学具有重要指导作用，[7-9]标准指出实践环节应引导学生对工程的兴趣并为工程能力的培养打下基础。因此，实验课程的开发更应注重提高学生在民航飞机维修背景下的实际动手能力和和解决当前专业建设中重理论轻实践的问题。
二、基于CDIO的实验体系建设
1.建设思路
针对中国民航大学CDIO工程教育改革对航空电子专业加强机务维修工程环境下的实验实训要求和航空电子专业惯性导航系统课程的大纲要求，依托天津市航空电子电气实验教学示范中心，以航线维护工程实践的基本工作（勤务·系统检查·故障排除）为主线，设计认知类、操作类和综合类三个层次的实验（见图1）。实验课程体系旨在帮助学生循序渐进的将课本理论知识与实际工作现场相结合，有效地解决了实验课难以了解真实飞机系统、验证课堂所学理论指示并熟悉机载系统的操作、学以致用解决实际问题的困难。
图1 航空电子实验课程体系结构图
其中，认知类实验是操作类和综合类实验的基础，目的是使学生了解所学航空电子系统在航线勤务工作中的应用，将课本上抽象的界面和原理形象的转化为学生看得见、摸得着的飞机布局，以提高学生做实验的兴趣。操作类实验以航线检查工卡为实验指导，引导学生在现代民航飞机运行仿真环境的各种实验条件下，通过“做中学”反复操作观察系统工作状态和参数指示的变化，并结合系统原理图的变化进一步理解专业知识，即通过Operate（运行）加深对系统内部工作原理的理解和掌握。综合类实验以机务维修工程故障排除任务为引领，在操作类实验基础上仿真一线维修常见故障，采用问题驱动的主导学习方法，引导学生主动思考，遵循飞机维修手册，通过勤务操作、测量、拆装、排故和发动机试车等规范化操作完成维修任务，提高学生应用所学解决机务维修实际问题的能力，进行有效的工程实践。
2.实验课程建设实现
课题组以导航系统为例进行实验课程体系的设计，实验的平台依托中国民航大学建设的天津市航空电子电气实验教学示范中心，以自动飞行控制系统课程实验系统和机载维护模拟机系统为平台按照CDIO工程教育改革的要求开发实验项目。
（1）认知类实验开发。结合导航系统课程大纲和理论课教师实际的课堂教授重点，依托教学示范中心的现有软件平台，设计认知类实验的目的主要是验证各类导航系统组成元素在真实飞机上的位置和布局，以各导航子系统为实验单位，学习各个导航计算机在飞机上的位置布局、计算机的外形特征与识别、天线位置与外形识别、驾驶舱控制面板的操作、驾驶舱的参数监控等。要求学生结合课堂知识、以实验指导书的驱动问题为主线自行在机载维护模拟机系统软件上进行相应的验证，将课本上静态枯燥的图片和原理与仿真软件的彩色、动态显示相结合，使学生获得初步的感知认识和亲手操作的乐趣。要求学生能知其然，而不一定要知其所以然，头脑中留下的问号将成为以后学习的动力。
（2）操作类实验开发。操作类实验属于验证性实验。实验以导航子系统为单位，通过指导书问题引导学生执行导航系统工程实践中经常遇到的各种功能检查和操作测试，观察仪表对应系统监控参数的变化，并结合平台配备的动态原理图实时了解系统的工作状态。另外教师可以设置不同的实验条件，学生在理解系统工作原理基础上，根据自动飞行控制系统课程在实验系统上进行独立、反复操作以加深对原理的理解。该类实验的主要目的是帮助学生通过动手操作验证课堂所学原理、结合原理图理解从驾驶舱操纵究竟是如何通过系统内部工作原理实现工作状态和参数变化的，使前期所获得的感性认识得到了理论知识的支撑，同时理论知识又在虚拟环境的操作和原理图中得到验证和运用，使学生在学习过程中不仅知其然，更知其所以然，不但加深了对理论知识的认识，并进一步锻炼了实践能力。 （3）综合类实验开发。综合类实验属于设计类实验，包括故障分析类实验和故障排除类实验。两类实验均以机务维修工程故障排除任务为引领，通过选择不同的故障条件，使学生观察故障效应和报告。分析类实验重在训练学生依据效应结合所学原理分析故障原因，通过指导书问题引导学生根据观察到的故障效应从工作原理的角度分析导航系统故障的可能原因，并且针对所分析的故障原因设计所需的检查操作检查，通过操作检查进一步排查可能的故障原因、缩小故障范围。故障类实验重在训练学生结合所学原理知识动手排故的能力，引导学生根据观察的故障效应查阅航线维修手册、依据手册步骤通过测试和测量确认故障原因并隔离故障，通过实验使学生熟悉机务维修管理工作和排故工作，提高学生应用所学解决机务维修实际问题的能力。
3.实验课程建设成果
导航系统实验课程系统共开发认知类实验5个、操作类实验10个和综合类实验15个。其中，认知类实验包括大气数据系统、惯性导航系统、无线电导航系统、气象雷达系统、近地警告系统、交通防撞系统等认知实验；操作类实验主要针对5个导航子系统进行启动、操作、测试检查，并且每个实验都配备动态原理图；综合类实验包括5个系统勤务实验和10个故障实验。开发的实验课时大大超过了课程要求的实验课时，便于教师针对不同层次的学生自由选择实验内容。
同时所有开发的实验均配备教师版实验指导书和学生版实验指导书，其中教师版指导书实验内容和步骤详尽、便于实验教师的使用；学生版指导书主要用于学生实验中使用，指导书实验步骤采取问题模式，仅提出问题、不写明操作的详细步骤和预期的结果，旨在改变以往的实验教学中让学生按部就班完成实验步骤的方式，通过问题引导学生积极思考，利用课堂学习知识设计解决问题的操作步骤，激发学生的积极性和创造性。
三、结束语
与传统实验课程有很大的不同，本文根据CDIO工程教育改革的要求提出航空电子实验课程开发的思路，将以专业课为导向的验证实验转变为在机务维修仿真环境下以工程项目为导向设计的专业实验，支持学生在工程项目中通过实验深入理解所学专业知识，引导学生在实验过程中不仅主动探寻专业知识，而且应用知识解决工程问题，同时在仿真工程环境的实验平台上加深对现代机务维修工程的理解，增强学生获取知识和技能的兴趣和主动性，将学生从专业学习逐层引导到机务维修工程实践中。课程设计达到了理论和实践相结合的目的，提高了学生实际动手能力和应用所学解决机务维修实际问题的能力。
参考文献：
[1]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，（5）：29-35.
[2]陈春林，朱张青.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）：30-33.
[3]徐吉锋.基于CDIO理念的EDA课程教学模式改革与实践[J].中国电力教育，2010，（34）：125-126.
[4]田海梅，张燕，田祥宏.基于CDIO模式的认知实习项目研究与实践[J].实验技术与管理，2012，（1）：140-145.
[5]郭小勤，王鑫，李漓.基于CDIO工程教育理念的实验教学设备研制[J].实验技术与管理，2010，（6）：64-67.
[6]王雪峰，曹荣.大工程观与高等工程教育改革[J].高等工程教育研究，2006，（4）：19-23.
[7]顾学雍.联结理论与实践的CDIO——清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）：11-23.
[8]陶勇芳，商存慧.CDIO大纲对高等工科教育创新的启示[J].中国高教研究，2006，（11）：81-83.
[9]Gu Pei-hua，Li Yun-ping，Shen Min-fen，etc. Cultivating Model of EIP-CDIO Innovative Engineering Talents to Design Oriented [J].China Higher Education，2009，3：47-49.
（责任编辑：孙晴）