引入CDIO工程教育理念的電子實習教學改革與實踐*

汪敬華 趙春鋒 王佳 余粟

上海工程技術大學工程實訓中心 上海 201620

作者：汪敬華，碩士，講師，主要從事電工學理論及實踐教學。

1 引言

2000年由美國麻省理工學院以美國工程院院士Ed.Crawley教授為首的團隊和瑞典皇家工學院等3所大學發(fā)起，經過4年的跨國研究而創(chuàng)立了一種新型工程教育模式，稱為CDIO(Conceive—Design—Implement—Operate)模式，即“構思—設計—實施—運作”[1-3]。這種模式不僅強調學生基礎知識的學習和基本技能的訓練，而且注重團隊協(xié)作和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。它通過項目的構思設計和實施運作，將學生的整個課程體系有機地結合起來，從而達到知識的系統(tǒng)學習和工程實踐能力的全面提升。

電子實習是上海工程技術大學非電類專業(yè)的學生在完成電工技術、電子技術兩門專業(yè)基礎課程學習之后的一門實踐課程。該課程的設置不僅可以鞏固學生課堂所學的基礎知識，而且有利于培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力。幾年前，學校開設的電子實習課程，雖能夠達到基本操作訓練和動手實踐的教學要求，但整體而言，是基本而簡單的，缺乏綜合性、設計性的教學環(huán)節(jié)和教學內容，已無法滿足學校對人才培養(yǎng)的要求，更無法達到卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的要求，因此對之進行必要的教學改革和建設。

2 電子實習教學改革前存在的問題

2.1 教學理念落后，主體模糊

教師在實訓室里，根據預先安排的電子實習教學內容，進行講解、示范、輔導，而學生基本上被動聽課，然后模仿和完成規(guī)定的實習任務。整個實習過程，學生被教師牽著完成任務，缺乏主動性和積極性。

2.2 教學內容陳舊，枯燥乏味

電子實習的內容包括電子元器件的認識與辨別、電烙鐵的使用與焊接練習、萬用表和示波器等儀器的使用以及直流穩(wěn)壓電路焊接和調試。實習的內容簡單陳舊，枯燥乏味，很難激發(fā)學生的學習興趣。

2.3 教學方法傳統(tǒng)，手段單一[4]

教師在黑板前講解實習內容，教授電子元器件的基礎知識和演示實習設備儀器的基本使用方法和操作技能。缺少多媒體手段，無法將課件展示給學生，教學效果不理想。

2.4 綜合評定的考核內容不全面

學生實習成績的綜合評定主要以考勤、平時表現、考查和實習報告為考核內容，不能全面反映一個學生的綜合表現和潛力。

3 引入CDIO工程教育理念的教學改革與實踐

立足學校工程實訓中心的具體實際條件，在電子實習的教學改革與實踐中注重借鑒和引入CDIO工程教育理念，強調在基礎知識、個人能力、團隊協(xié)作和設計創(chuàng)新4個層面對學生加強培養(yǎng)和鍛煉。

3.1 樹立以學生為主體，以自主創(chuàng)新為目標的教學理念，激發(fā)學生獨立思考和自主學習的能力

首先，要求在實習教師頭腦中確立以學生為實踐主體的教學理念，改變以往填鴨灌輸式的教學模式，轉而強調“做中學”[5]“邊做邊學”的原則，注重對學生引導和啟發(fā)。遇到問題和困難，教師不直接告知結論，而是啟發(fā)學生如何去思考和分析。比如，學生焊接好直流穩(wěn)壓電源后，卻無法測得電壓。學生急切想知道故障出在什么地方，此時教師只能進行必要的提示和引導，電路焊接是否完整，元器件管腳插接是否正確，萬用表是否正常，等等。其次，建立學生的優(yōu)秀作品展示櫥窗，激勵和啟發(fā)學生不斷創(chuàng)新和超越的意識。櫥窗里展示往屆學生的優(yōu)秀實習作品，不僅給學生樹立努力的方向和信心，也可以激發(fā)學生的好勝心和創(chuàng)造力。只要學生的實習作品優(yōu)秀有特色，就可以被選入展示櫥窗，甚至取代以往作品，作為典范，激勵后學。

3.2 采用學、練、試、創(chuàng)四步實踐教學法，培養(yǎng)學生獲取知識、運用知識、發(fā)現知識和創(chuàng)新知識的能力

將實習教學的具體實施過程分為學、練、試、創(chuàng)4個由初級逐步過渡到高級的階段。學，主要是知識的獲取與積累，比如實習概述和注意事項、基本元器件知識和基本操作技能等。在這個階段教師的作用在于激發(fā)學生的興趣和愛好，比如給學生講述電子技術的發(fā)展趨勢，實習的目的和要求，以及介紹歷屆學生優(yōu)秀電子作品和將要完成的項目等。練，主要是知識的消化和吸收，要求學生掌握電路模塊工作原理、焊接、調試以及故障診斷排查等技能，培養(yǎng)學生觀察、分析和解決問題的能力。這個階段教師主要引導學生逐步掌握電路模塊的調試和診斷。試，主要是知識的運用和發(fā)現，通過案例模仿和自主嘗試完成教學案例：基于數字編譯碼芯片的遙控測試電路的焊接、調試和故障診斷。在這個階段教師要引導學生了解遙控的基本原理、理解發(fā)射和接收測試電路的工作原理。創(chuàng)，主要是創(chuàng)新知識能力的培養(yǎng)，通過項目驅動，自由組隊，團結協(xié)作，完成項目的原理設計、電路焊接和性能調試，達到或超過設計要求。這個階段，注重學生在團隊中的表現，積極發(fā)揮學生的創(chuàng)造性，學生根據項目的任務要求，自擬方案，自主設計，獨立調試，教師只是啟發(fā)和點撥學生，提供必要支持和幫助。

3.3 “團隊＋項目”的運作方式和“作品＋答辯”的考核方式，鍛煉學生團隊協(xié)作和綜合創(chuàng)新的能力

在電子實習的后期，給學生布置6個基于遙控的電子產品項目，要求學生自由組隊，自主選擇其中一個項目。通常，每5個或6個學生一組，構成一個項目團隊。每個學生根據自己的特長，承擔一部分項目任務，這些任務大致包括資料查閱、統(tǒng)籌協(xié)調、原理設計、電路焊接、電路調試、編寫報告和陳述答辯等。每項任務都需要團隊里每個成員團結協(xié)作和共同努力，并最終順利通過答辯考核。而最后的考核要求在規(guī)定的時間內，提交實物電子作品和團隊項目設計報告，并推選一名成員進行項目完成情況的陳述答辯。學生電子實習成績的綜合評定包括兩部分：個人表現(占60%)和團隊表現(占40%)。其中個人表現主要包括考勤、平時表現、實習報告等。而團隊表現是團隊在項目實施過程中的表現，團隊得分越高，個人得分越高。考慮到有些學生在項目中表現積極，發(fā)揮了較大作用，教師可對這些學生酌情加分。這種綜合考核方式，不僅可以較好地培養(yǎng)學生的團隊意識，而且能夠激發(fā)他們的潛力和創(chuàng)造力，較為全面地衡量學生的綜合表現。

3.4 建立大學生創(chuàng)新工作室，為優(yōu)秀學生團隊的繼續(xù)研究和項目推進提供場地保障和管理支持

在完成項目設計之后，學生和團隊的創(chuàng)造力被激發(fā)，往往意猶未盡，希望進一步實踐與探索?；蛘咚麄冇辛诵碌脑O計方案，需實驗或驗證。如果實訓室依舊嚴格按教學計劃來安排和管理，顯然就無法滿足這部分優(yōu)秀而有潛力的學生和團隊的創(chuàng)新要求。因此，嘗試建立大學生創(chuàng)新工作室，為學生進行課外實驗、實習、課程設計、項目實施，以及大學生創(chuàng)新研究計劃創(chuàng)造有利條件，提供必要的支持。這樣，他們可以自主選題、設計、調試和實施自己的實驗和項目，也可協(xié)助教師參加科研，從而進一步激發(fā)和培養(yǎng)創(chuàng)造力。根據部門現實條件，在保證正常教學的前提下，最大限度地開放大學生創(chuàng)新工作室，采用定期開放與預約開放相結合的管理模式，即規(guī)定每學期的周二和周五下午3:00以后開放創(chuàng)新工作室，其他時間需要，須申請預約，由管理人員核定后進入。這樣為優(yōu)秀學生團隊的深入學習和研究提供了場地保障和管理支持。

4 教學效果

通過學生報告、調查問卷和師生座談等形式，了解到進行電子實習教學改革嘗試之后，廣大學生普遍感覺受益匪淺，主要表現在以下幾個方面。

4.1 獲取、共享和應用知識的能力得到鍛煉

為了順利完成設計項目，團隊成員必須查閱技術資料和技術手冊，提出可行的電路設計方案，然后相互交流溝通，反復討論，并最終確定合理的設計方案。整個過程中，所有團隊成員都積極參與，分析、比較、討論，并最后綜合出一個合理的設計方案，因而鍛煉了學生獲取、共享、傳播和應用知識的能力。

4.2 提高個人能力，增強心理素質

多數學生反映電路的設計與調試是最鍛煉能力的環(huán)節(jié)，一旦遇到故障，需要反復檢測，耐心調試，細心排查，不斷發(fā)現和解決問題，這個過程很好地錘煉了耐心和毅力。而最后的答辯環(huán)節(jié)，不僅鍛煉了他們的語言組織和表達能力，而且增強了他們臨場發(fā)揮和隨機應變的心理素質，為以后的畢業(yè)設計答辯提前做了準備。

4.3 團結協(xié)作精神的培養(yǎng)

電子實習后期布置的設計項目，是對團隊打分，一榮俱榮，一損俱損。因此要求項目團隊里的每個人承擔責任，完成好自己任務，不能夠拖團隊的后腿。無論哪個環(huán)節(jié)出問題，都會影響到電子作品的進度和最后的答辯，這無形之中就培養(yǎng)和鍛煉了學生的團隊精神。

4.4 “創(chuàng)新源于實踐”的體驗

實習報告中，學生有一個共同的感受：“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！痹S多在課堂上學到的理論知識，需要在實習過程中得到應用和驗證之后才真正變成屬于自己的知識和技能，而且一旦動手操作起來，會涌現出很多實際問題，稍一疏忽，就得付出沉重的代價。比如測量須注意共地的問題，芯片管腳懸空還是接入電平，電路沒有信號該如何診斷等。而這些困難和問題，往往又能激發(fā)學生的探求欲和創(chuàng)造力，為了克服困難，不斷實踐，也不斷收獲創(chuàng)新的喜悅[6]。

5 結語

通過借鑒和引入CDIO工程教育理念，注重加強對學生的基礎知識、個人能力、團隊協(xié)作和設計創(chuàng)新4個層面的培養(yǎng)和鍛煉。在電子實習教學改革和實踐中，樹立以學生為主體，以能力培養(yǎng)為目標的教學理念，探索學、練、試、創(chuàng)的實踐教學方法，嘗試“團隊＋項目”的教學模式，改革學生綜合評價的考核方式，建立大學創(chuàng)新工作室的課外創(chuàng)新和管理機制。實踐證明，在電子實習中引入CDIO工程教育理念的這些改革與探索，提高了教學質量，增強了教學效果。

[1]Crawley E F, Malmqvist J, Ostlund S, etc. Rethinking Engineering Education: The CDIO Approach[M].Berlin:Springer,2007.

[2]陶勇芳,商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創(chuàng)新的啟示[J].中國高教研究,2006(11):81-83.

[3]康全禮,陸小華,熊光晶.CDIO大綱與工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)[J].高等教育研究學報,2008,31(4):15-18.

[4]韓芝俠,脫慧,饒漢文,等.電子工藝實習教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2007,26(11):108-111.

[5]查建中.論“做中學”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究,2008(3):1-9.

[6]劉琳,蘇寒松,李昌祿.電子工藝實習工程教學改革的探索[J].實驗室科學,2011,14(2):63-65.