基于CDIO理念的電子通信工程導(dǎo)論的教學(xué)研究與探討

劉文進(jìn)，杜文才，陳明銳，陳褒丹，周又玲

(海南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，海南海口570228)

據(jù)有關(guān)資料顯示，在我國(guó)培養(yǎng)的160萬(wàn)年輕工程師中，只有16萬(wàn)人適合在外企工作.我國(guó)工科大學(xué)的畢業(yè)生只有10%可以達(dá)到跨國(guó)公司的用人標(biāo)準(zhǔn)，而印度是25%.我國(guó)中小學(xué)教育基本就是理科生的教學(xué)模式，大學(xué)工科教育也缺乏工程方面的訓(xùn)練.因此，為了使剛進(jìn)入校門的新生從理科生向工科生轉(zhuǎn)變，盡早對(duì)這些新生進(jìn)行工程訓(xùn)練是非常必要的.電子通信工程導(dǎo)論是針對(duì)這一實(shí)際問(wèn)題而開設(shè)的專業(yè)引導(dǎo)課程，它根據(jù)專業(yè)的教學(xué)要求，系統(tǒng)地和科學(xué)地解答了大一新生所需要了解的基本專業(yè)問(wèn)題，因此，該課程可以幫助學(xué)生建立對(duì)電子通信工程領(lǐng)域的整體認(rèn)識(shí)，這對(duì)專業(yè)及專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)將起到良好的導(dǎo)向作用.

CDIO(Conceive Design Implement Operate)是近年來(lái)提出的一種工程教育的新模式.它以實(shí)際工程項(xiàng)目的生命周期為載體，使學(xué)生在實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)踐過(guò)程中，主動(dòng)地將相關(guān)課程進(jìn)行有機(jī)聯(lián)系.通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，學(xué)生可直接體驗(yàn)從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)作的完整過(guò)程.因此，將CDIO的教育理念有機(jī)地融入電子通信工程導(dǎo)論課程的教學(xué)當(dāng)中，可使學(xué)生認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品與專業(yè)課程之間的有機(jī)聯(lián)系，可使他們明確專業(yè)與課程設(shè)置的目的，這對(duì)于他們今后更好地學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)及專業(yè)課程具有重要的現(xiàn)實(shí)意義;同時(shí)，它對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)助能力以及系統(tǒng)適應(yīng)與調(diào)控能力也有著積極的作用.

1 以往電子通信工程導(dǎo)論教學(xué)當(dāng)中存在的問(wèn)題

電子通信工程導(dǎo)論課程在教學(xué)中面臨多方面的問(wèn)題，課程教授的對(duì)象是剛剛進(jìn)入大學(xué)一年級(jí)的新生，由于入學(xué)前不同地區(qū)中學(xué)的教學(xué)理念和教學(xué)環(huán)境存在差異，因而造成學(xué)生對(duì)電子信息和通信工程的了解程度參差不齊，加上傳統(tǒng)的導(dǎo)論課程教學(xué)往往是按照培養(yǎng)方案，由學(xué)科基礎(chǔ)到專業(yè)基礎(chǔ)再到專業(yè)課程，僅簡(jiǎn)單地介紹課程之間的相互關(guān)系和泛泛地介紹課程的內(nèi)容.由于缺少先驗(yàn)知識(shí)，剛?cè)胄５男律赡芎茈y接受和理解部分教學(xué)內(nèi)容，因此課程很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，學(xué)生對(duì)電子信息或通信工程專業(yè)也因此產(chǎn)生了抵觸情緒，這極大地影響了學(xué)生對(duì)隨后的專業(yè)課程的學(xué)習(xí).

具體的表現(xiàn)有以下幾點(diǎn):

1)導(dǎo)論學(xué)習(xí)與專業(yè)學(xué)習(xí)存在斷層.新生進(jìn)校后一般都是學(xué)習(xí)通識(shí)課程及學(xué)科基礎(chǔ)課程(如英語(yǔ)、線性代數(shù)、電路理論等)，專業(yè)課程一般安排在大二下學(xué)期才開始，由于缺少必要的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)不完整，新生難以將今后需要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程與當(dāng)前的課程有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)完整的專業(yè)課程體系概念.由于學(xué)生對(duì)導(dǎo)論課程所涉及的專業(yè)知識(shí)的掌握程度有限，從而導(dǎo)致了學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)失去了濃厚的興趣，更不用說(shuō)提升學(xué)習(xí)主動(dòng)性了.

2)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)的積極性不高.在對(duì)高年級(jí)學(xué)生專業(yè)課的教學(xué)過(guò)程中，很多教師都體會(huì)到學(xué)生對(duì)所涉及的電子通信領(lǐng)域的宏觀知識(shí)以及專業(yè)要求等缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，他們往往孤立地看待和學(xué)習(xí)某一具體的專業(yè)課程，缺乏對(duì)專業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)整體認(rèn)識(shí)，不能正確理解課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而導(dǎo)致了他們對(duì)相關(guān)專業(yè)課的學(xué)習(xí)毫無(wú)興趣，更談不上正確的學(xué)習(xí)方法了.

3)教學(xué)方法和方式落后.由于電子通信工程導(dǎo)論課程的特點(diǎn)是知識(shí)面廣，涉及多門專業(yè)課程的基本內(nèi)容，并且電子通信工程導(dǎo)論課程采取的是課堂教學(xué)這樣的傳統(tǒng)教學(xué)方式，因此，教學(xué)過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的弊端更為明顯，這不但不能幫助學(xué)生建立一個(gè)完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)，而且對(duì)后續(xù)專業(yè)課的教學(xué)也起不到很好的促進(jìn)作用.

2 CDIO的教育理念與電子通信工程導(dǎo)論課程有機(jī)融合

雖然電子通信工程導(dǎo)論主要是對(duì)專業(yè)課程的研究?jī)?nèi)容、基本理論和學(xué)習(xí)方法進(jìn)行介紹，不要求學(xué)生掌握高深的理論，但是，在面對(duì)對(duì)電子和通信認(rèn)識(shí)水平參差不齊的大一新生時(shí)，如要將導(dǎo)論課程講得精彩，以引起學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，那么教師就必須在教學(xué)方法以及教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行深入的探討和必要的革新.

為了解決以往電子通信工程導(dǎo)論教學(xué)當(dāng)中存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)課程組的反復(fù)討論，筆者嘗試將CDIO工程教育的理念引入到電子通信導(dǎo)論課程的教學(xué)當(dāng)中，通過(guò)不同等級(jí)的項(xiàng)目，使學(xué)生理解和掌握核心課程的主要知識(shí)點(diǎn)，從而達(dá)到本專業(yè)主要的能力要求，并使他們?cè)跇?gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)作等方面得到系統(tǒng)訓(xùn)練，［1］通過(guò)運(yùn)用CDIO的理念，使學(xué)生很好地了解了本專業(yè)的基本情況，使他們明確了在本科階段內(nèi)專業(yè)學(xué)習(xí)的主要任務(wù)，提高了他們學(xué)習(xí)的針對(duì)性和目的性，從而較好地完成了培養(yǎng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力及搭建合理知識(shí)結(jié)構(gòu)的教學(xué)目標(biāo)，這也是電子通信工程導(dǎo)論課程改革必須要解決的問(wèn)題.

2.1 通過(guò)對(duì)電子產(chǎn)品的剖析，加深了學(xué)生對(duì)整體培養(yǎng)方案的理解 解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵就在于合理地設(shè)計(jì)項(xiàng)目，筆者認(rèn)為，應(yīng)在傳統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)引入若干具體項(xiàng)目的設(shè)計(jì)分析，通過(guò)剖析具有普遍性與代表性的電子產(chǎn)品，向?qū)W生全面介紹電子與通信工程的學(xué)科體系和專業(yè)課程計(jì)劃;同時(shí)，應(yīng)在教師的指導(dǎo)下，通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)施項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐的過(guò)程中學(xué)習(xí)新的理論知識(shí)，從而使他們掌握電子通信工程的專業(yè)性質(zhì)和基本的知識(shí)結(jié)構(gòu);此外，還應(yīng)通過(guò)具體的電子系統(tǒng)的實(shí)踐過(guò)程，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的構(gòu)思與設(shè)計(jì)來(lái)激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣和培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維，使他們充分理解所學(xué)的專業(yè)課程不是孤立的，而是緊密聯(lián)系的和相輔相成的一個(gè)有機(jī)整體.

由于教學(xué)的對(duì)象是大一的新生，他們?nèi)鄙俦匾幕A(chǔ)知識(shí)，所以，在項(xiàng)目的選擇上必須充分考慮學(xué)生的接受能力，最好項(xiàng)目要帶有一定的趣味性，以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.比如智能小車，通過(guò)剖析智能小車的結(jié)構(gòu)及其所涉及的知識(shí)，使學(xué)生充分了解相關(guān)課程設(shè)置的目的和意義，通過(guò)這樣的感性認(rèn)識(shí)，可使學(xué)生了解電子系統(tǒng)的構(gòu)成原理與設(shè)計(jì)思路，使他們能站在系統(tǒng)的高度去思考專業(yè)課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，能從一個(gè)電子或通信工程師的角度去主動(dòng)思考需要學(xué)習(xí)哪些專業(yè)知識(shí)和如何面對(duì)后續(xù)的專業(yè)課程的學(xué)習(xí).

從圖1可以看出，要完成一輛看似玩具的智能小車的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其需要學(xué)習(xí)的知識(shí)幾乎涵蓋了電子、通信專業(yè)培養(yǎng)方案的所有專業(yè)課程，如需要數(shù)學(xué)、大學(xué)物理甚至化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí);電類專業(yè)三大專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)(電路原理、模擬電子技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)與整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)模塊均密不可分);高頻電子技術(shù)、通信原理、電磁場(chǎng)以及微波技術(shù)等知識(shí);信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制原理及數(shù)字圖像處理的知識(shí);微機(jī)原理、單片機(jī)技術(shù)、接口技術(shù)，甚至計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識(shí).

通過(guò)對(duì)智能小車的剖析，學(xué)生可以直觀地了解小車各部分所涉及的專業(yè)課程，進(jìn)一步地理解專業(yè)課程的實(shí)際應(yīng)用，這對(duì)他們以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)有著非常大的幫助，同時(shí)教師也避免了空洞的說(shuō)教，而且還極大地激發(fā)了學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣.

圖1 智能小車與課程關(guān)系

2.2 開展項(xiàng)目實(shí)踐，培養(yǎng)創(chuàng)新與合作能力 在課程的后期，增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，將學(xué)生組成5人左右的團(tuán)隊(duì)，指導(dǎo)學(xué)生嘗試構(gòu)思并設(shè)計(jì)一個(gè)電子綜合系統(tǒng).考慮到學(xué)生還未開始專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，尚無(wú)法完成真正意義的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，所以，在實(shí)踐環(huán)節(jié)選擇了一些積木式和模塊化的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.以智能小車為例，實(shí)驗(yàn)室提供了小車平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)模塊、控制模塊、通信模塊、電源模塊以及語(yǔ)音控制、超聲檢測(cè)等模塊，由學(xué)生根據(jù)團(tuán)隊(duì)的構(gòu)思，設(shè)計(jì)具有不同功能的智能小車，在此過(guò)程中，學(xué)生不需要進(jìn)行具體的模塊設(shè)計(jì)，只需要利用已有的模塊進(jìn)行組合，同時(shí)導(dǎo)師會(huì)指導(dǎo)各個(gè)小組不斷地完善構(gòu)思和設(shè)計(jì)，最終完成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).

通過(guò)實(shí)踐項(xiàng)目的訓(xùn)練，進(jìn)一步鞏固了學(xué)生對(duì)培養(yǎng)方案課程體系的理解，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)的認(rèn)識(shí)，初步培養(yǎng)了學(xué)生的工程素質(zhì);在提高學(xué)生個(gè)人能力的同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)交流和創(chuàng)新思維的能力;同時(shí)也促使學(xué)生圍繞項(xiàng)目，主動(dòng)地獲取知識(shí)，并應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題.

2.3 評(píng)價(jià)方法 教學(xué)評(píng)價(jià)是指以教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，運(yùn)用科學(xué)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和有效的技術(shù)手段，對(duì)教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程及其結(jié)果進(jìn)行測(cè)定和衡量，并給予價(jià)值判斷［2］.各個(gè)專業(yè)的導(dǎo)論課程比較普遍的考核方式是在完成課程之后，由學(xué)生根據(jù)對(duì)專業(yè)的了解，選擇自己感興趣的方向，完成一篇小論文.但是，由于認(rèn)識(shí)的原因，他們完成的論文往往比較空泛，甚至于論文是由通過(guò)網(wǎng)絡(luò)尋找到的若干綜述文章拼湊而成的，效果并不理想.

為此，筆者對(duì)電子通信工程導(dǎo)論課程的考核方法進(jìn)行了相應(yīng)的改革，加大了實(shí)踐環(huán)節(jié)占總成績(jī)的比例，同時(shí)在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，對(duì)個(gè)別模塊做了一定的保留，讓學(xué)生自己進(jìn)行改進(jìn)，并在各組之間引入適當(dāng)?shù)母?jìng)賽機(jī)制，比如哪組的速度更快、跑動(dòng)的距離更長(zhǎng)、靈活性更好等，最后再結(jié)合各自的體會(huì)去完成最終的課程論文.這種評(píng)價(jià)方式向教師提出了更高的要求，它不但要求教師在教學(xué)過(guò)程當(dāng)中必須仔細(xì)觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和及時(shí)記錄學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中的表現(xiàn)，而且它要求教師擔(dān)任課程教學(xué)的講授者、實(shí)踐過(guò)程的指導(dǎo)者以及團(tuán)隊(duì)交流的協(xié)調(diào)者等多種角色.

2.4 教學(xué)效果 2010級(jí)和2011級(jí)電子信息工程與通信工程專業(yè)的改革實(shí)踐表明，電子通信工程導(dǎo)論的課程教學(xué)改革取得了比較良好的效果，學(xué)生通過(guò)具體項(xiàng)目的實(shí)踐，感性地認(rèn)識(shí)了電子通信領(lǐng)域的基本概況，充分了解了培養(yǎng)方案的整體性以及專業(yè)基礎(chǔ)與專業(yè)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，這極大地調(diào)動(dòng)了他們學(xué)習(xí)專業(yè)課程的主動(dòng)性和積極性，并使他們對(duì)全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽等學(xué)科競(jìng)賽產(chǎn)生了濃厚的興趣和期待，有部分學(xué)生甚至主動(dòng)和相關(guān)教師聯(lián)系，提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，并開始學(xué)科競(jìng)賽的前期學(xué)習(xí)和準(zhǔn)備.

3 結(jié)束語(yǔ)

“CDIO”工程教學(xué)模式是目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行工程類本科教育改革的一個(gè)重要方向，為此，筆者借鑒CDIO的教育理念，對(duì)電子通信工程導(dǎo)論的課程改革進(jìn)行了有益的嘗試，實(shí)踐表明，這樣的課程改革有助于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)作(Operation)能力，教學(xué)取得了較好的效果.今后，將進(jìn)一步深化電子通信工程導(dǎo)論課程的教學(xué)改革，完善理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的方式與方法，以培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代工程技術(shù)發(fā)展需要的電子通信人才，實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革的最終目標(biāo).

［1］莊哲民，沈民奮.基于CDIO理念的1級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］.高等工程教育研究，2008(6):19－22.

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