基于CDIO理念的“電子技術(shù)”系列課程改革與實踐

摘要：通過分析傳統(tǒng)理念下“電子技術(shù)”教學(xué)存在的不足，闡述了CDIO理念下“電子技術(shù)”課程教學(xué)改革思路，以培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和實踐能力作為出發(fā)點，對“電子技術(shù)”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實驗項目及考核方式等進行了改革探索。改革實踐發(fā)現(xiàn)，基于CDIO理念的“電子技術(shù)”課程體系優(yōu)點明顯，學(xué)生普遍反映教學(xué)效果較以往有很大提高。

關(guān)鍵詞：CDIO；電子技術(shù)；教學(xué)改革

作者簡介：牛小玲（1976-），女，江蘇徐州人，中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，講師；王軍（1981-），男，山東曲阜人，中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，講師。（江蘇 徐州 221116）

基金項目：本文系2013年中國礦業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革與建設(shè)基金項目（項目編號：2013G15）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0074-02

CDIO理念是美國工程院院士、麻省理工學(xué)院教授Edward Crawley提出的，CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。[1]

目前國內(nèi)許多高校都根據(jù)各自的實際情況在探索基于CDIO模式的教學(xué)改革之路。[2，4]“電子技術(shù)”課程是電類專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，其特點是課程內(nèi)容知識面廣，信息量大，實踐性、應(yīng)用性非常強。近幾年來，針對傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的不足，筆者采用CDIO的工程教育理念，提出了一套包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實驗項目和考核方式的“電子技術(shù)”教學(xué)改革方案，并已經(jīng)付諸實施，達到了良好的教學(xué)效果。

一、傳統(tǒng)理念下“電子技術(shù)”教學(xué)存在的不足

“電子技術(shù)”課程包括模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩大部分內(nèi)容，中國礦業(yè)大學(xué)（以下簡稱“我?！保┑哪M電子技術(shù)教學(xué)學(xué)時為56學(xué)時，數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)學(xué)時為48學(xué)時。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，新技術(shù)層出不窮，而教學(xué)課時卻非常有限，傳統(tǒng)理念下的教學(xué)模式存在著很大的不足，主要表現(xiàn)在：

1.系統(tǒng)性問題

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，兩門課程相互獨立，教學(xué)內(nèi)容缺少系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，學(xué)生掌握的只是一些孤立的知識點，而不是對電子技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用的掌握，學(xué)生不容易真正形成綜合系統(tǒng)的概念。

2.目標(biāo)性問題

教師按照課程大綱進行教學(xué)，只重視到了知識的傳授，忽略了工程技術(shù)能力的培養(yǎng)。

3.興趣性問題

每門課程內(nèi)容多、課時少，如果課堂上處理不好就會使學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)熱情，失去學(xué)習(xí)信心，很難達到預(yù)期的教學(xué)效果。

4.應(yīng)用性問題

我校的實驗課和理論課配套安排，先理論，后實驗，模擬電子技術(shù)實驗和數(shù)字電子技術(shù)實驗分設(shè)24學(xué)時。由于實驗設(shè)備和實驗學(xué)時的局限，學(xué)生的實踐時間有限，甚至有的知識點沒有開設(shè)相關(guān)實驗，學(xué)生的實踐能力較差，很難將理論知識應(yīng)用于工程實際。

二、“電子技術(shù)”課程改革實踐

1.以項目為主導(dǎo)，重組教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的“電子技術(shù)”授課內(nèi)容都是按照教學(xué)大綱的要求，一個章節(jié)一個章節(jié)地進行詳細講解，學(xué)生只是被動接受這些孤立分散的知識點，在學(xué)過之后往往都不清楚自己所學(xué)的知識在實際中如何運用，即應(yīng)用知識動手能力很差，這體現(xiàn)在做畢業(yè)設(shè)計拿到一個設(shè)計選題時，都不知道如何著手去做。為培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識、分析解決問題及動手的能力，在“電子技術(shù)”教學(xué)中，筆者以一個具體的項目為主導(dǎo)，對“電子技術(shù)”的教學(xué)內(nèi)容進行了重組。

在CDIO工程教育的實施過程中，選擇一個好的項目是整個工程教學(xué)的關(guān)鍵，所選項目要能涵蓋“電子技術(shù)”的基本教學(xué)內(nèi)容，緊扣課程的重點、難點和關(guān)鍵點。模擬電子技術(shù)所涉及的主要內(nèi)容有二極管及其基本電路、三極管及其電路、場效應(yīng)管及其電路、運算放大器及其應(yīng)用、反饋放大電路、功率放大電路、信號處理與信號產(chǎn)生電路、直流穩(wěn)壓電源等；數(shù)字電子技術(shù)所涉及的主要內(nèi)容有組合電路、時序電路、脈沖產(chǎn)生電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換等。針對上述主要教學(xué)內(nèi)容，筆者以“太陽能水溫水位控制系統(tǒng)”為應(yīng)用背景，按項目所涉及的知識，將課程內(nèi)容劃分成若干模塊，每個模塊又設(shè)計了若干個探索性實踐課題。開展的實踐課題及對應(yīng)的知識點如下表1所示。表中模塊1是構(gòu)思（conceive）過程；模塊2是設(shè)計（design）過程；實施（implement）過程均安排在各模塊實踐活動及實訓(xùn)周中完成；模塊3和4是運作（operate）過程，這樣，整個CDIO的工程項目教學(xué)模式構(gòu)造完成。對本項目課題中沒有涉及到的教學(xué)內(nèi)容和知識點，筆者選擇了相應(yīng)的案例進行教學(xué)，比如時序電路這部分內(nèi)容，筆者選擇“數(shù)字鐘設(shè)計”這個案例來進行相關(guān)知識點講解。

在教學(xué)中，先給學(xué)生介紹項目要完成的功能及硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)思，即模塊1的內(nèi)容，然后再進行模塊2，對每個課題及相關(guān)知識點進行講解，講解完后，學(xué)生可以對各個課題進行仿真研究，同時在“開放式電子技術(shù)實訓(xùn)平臺”上進行與理論教學(xué)相互配合的、逐步提升的應(yīng)用性實驗和探索性實驗。

2.教學(xué)方式的改革

傳統(tǒng)的“電子技術(shù)”授課過程，采用的教學(xué)方法都是老師在講臺上從頭到尾講解，對重要的知識點反復(fù)強調(diào)，這樣很容易造成學(xué)生強烈的依賴心理，使學(xué)生失去好奇心和學(xué)習(xí)主動性。為激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，筆者根據(jù) CDIO理念研究了案例教學(xué)法和任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法，以案例的介紹和分析為主線，將知識的重點和難點融入到案例中來講解。這種教學(xué)方法將課堂教學(xué)、查閱資料與分組討論、完成任務(wù)相結(jié)合，使學(xué)生在完成項目任務(wù)過程中自發(fā)地尋求知識和資源支持，這既鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，又能使學(xué)生掌握開發(fā)工程系統(tǒng)的理論知識和技術(shù)。具體實施細則如下：

（1）案例和任務(wù)教學(xué)法。在教學(xué)過程中，筆者根據(jù)案例所涉及到的知識點提出問題，引導(dǎo)學(xué)生參與討論和思考，激發(fā)學(xué)生的好奇心和挑戰(zhàn)欲。比如，在講解時序電路這個內(nèi)容時，筆者以“數(shù)字鐘設(shè)計”這個案例來進行講解，數(shù)字鐘的分和秒都是60進制，小時采用12歸1，如何設(shè)計一個60進制計數(shù)器和12歸1計數(shù)器呢？在激發(fā)起學(xué)生的興趣后開始介紹N進制計數(shù)器設(shè)計方法，講解完后，讓學(xué)生自己去設(shè)計。在此過程中，引導(dǎo)、指導(dǎo)、監(jiān)督學(xué)生進行設(shè)計實踐，并進行成果展示和總結(jié)。

（2）將EWB仿真軟件引入課堂教學(xué)。在“電子技術(shù)”教學(xué)中，筆者增加了學(xué)習(xí)過程的開放性，將EWB仿真軟件引入課堂，學(xué)生可自行選擇對其設(shè)計的電路進行仿真，來了解設(shè)計正確與否。另外，在介紹一些集成器件的功能及應(yīng)用時，也可采用EWB進行仿真演示，讓學(xué)生更直觀地了解其功能及使用方法。

3.優(yōu)化實驗項目，突出實際應(yīng)用

傳統(tǒng)的電子技術(shù)實驗項目多是一些驗證性實驗，如單管放大電路、反饋放大電路、運放構(gòu)成的線性電路等，都是理論知識的簡單驗證。即使是設(shè)計性實驗，也是一些孤立的實驗項目，如數(shù)字密碼鎖設(shè)計、全加器設(shè)計等，這些實驗都有固定的步驟和設(shè)計方法，學(xué)生做完實驗后覺得索然無味。為此，筆者對實驗內(nèi)容進行優(yōu)化，實驗項目直接面向工程設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的硬件電路系統(tǒng)設(shè)計能力。以“太陽能水溫水位控制系統(tǒng)”為背景，將模塊2中的每個課題的設(shè)計電路都融合在電子技術(shù)實驗項目中，學(xué)生設(shè)計完電路后可以在實驗時間去實驗室搭建電路，利用實驗室提供的儀器儀表調(diào)試電路，有問題可以和實驗指導(dǎo)老師交流解決。在課程和實驗結(jié)束后，提交“太陽能水溫水位控制系統(tǒng)”完整的硬件電路和仿真圖。

4.考核方式的改革

傳統(tǒng)的理論課考試往往主要以期末一張試卷決定課程的成績，學(xué)生只要對照課程大綱完成相應(yīng)知識點的復(fù)習(xí)，就能夠獲得好的成績，無從考核學(xué)生的動手能力、解決實際問題的能力，導(dǎo)致知識與能力極不協(xié)調(diào)。[5]而CDIO工程教育模式強調(diào)的是學(xué)生在工作進程中的能力和素質(zhì)培養(yǎng)，它關(guān)注的是“工作進程”而不是“課程”，因此，以筆試成績?yōu)橹鞯脑u價標(biāo)準(zhǔn)已不合時宜。為此，筆者嘗試了分階段按項目任務(wù)、進度的評價方式進行，在每一個階段都按照小組完成的任務(wù)給出一個合理評價，并指出其不足之處，幫助制訂改進方案，課程結(jié)束時進行小組答辯，最終成績按“階段評價+理論筆試+小組答辯”等來進行評定。

三、結(jié)語

CDIO是一種系統(tǒng)的先進的教育理念和人才培養(yǎng)模式，使知識、能力、素質(zhì)的培養(yǎng)緊密結(jié)合，理論、實踐、創(chuàng)新合為一體。[6]課程改革實踐顯示，基于CDIO模式的教學(xué)從過去的“以教師為中心，課堂為中心，傳授知識為目的”傳統(tǒng)教育觀念，轉(zhuǎn)變成“以學(xué)生為中心，學(xué)生學(xué)了要會用”的新觀念，使學(xué)生基于一個真實的項目背景產(chǎn)生學(xué)習(xí)需要，在循序漸進的認識和提高中使學(xué)生的設(shè)計性探究性活動具有可操作性，親身體驗到了“做中學(xué)”的快樂，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而整個工程項目學(xué)習(xí)過程以小組方式進行鍛煉了他們的團隊合作精神，教學(xué)質(zhì)量顯著提高。

參考文獻：

[1]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[2]徐吉峰.基于 CDIO 理念的 EDA課程教學(xué)模式改革與實踐[J].中國電力教育，2010，（34）：125-126.

[3]徐存東，余麗紅.基于 CDIO 理念的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)改革的研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報，2011，（7）：178-180.

[4]陸繼慶，徐慶.基于 CDIO 模式的“電子技術(shù)綜合設(shè)計”課程改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2011，33（5）：22-23.

[5]嚴石，徐華軍，丁幫俊.CDIO在高職《模擬電子》課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].高等職業(yè)教育（天津職業(yè)大學(xué)學(xué)報），2009，18（3）：81-82.

[6]李若瓊，羅映紅，陶彩霞.基于 CDIO 模式的電子技術(shù)課程改革研究[J].綠色質(zhì)量與管理，2011，（9）：53-54.

（責(zé)任編輯：王意琴）