基于CDIO理念的電子技術(shù)課程項目式教學(xué)改革與實踐

楊啟堯，程 森，吳 豪，徐柳娟

(浙江水利水電學(xué)院 電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

0 引 言

電子技術(shù)是高職高專電類學(xué)生必修課程，目前教學(xué)方式是以理論為主，同時輔以實驗和實習(xí)，傳統(tǒng)實驗實訓(xùn)通常是2人一組或者1個人完成一項任務(wù)，這樣培養(yǎng)的能力是非常有限的.這種教學(xué)方式根本的缺點就是學(xué)生是以被動學(xué)習(xí)為主，缺少主觀能動性，與社會對人才培養(yǎng)的目標(biāo)有較大差距.目前社會對于學(xué)生的能力要求不是僅僅需要懂得一些課本知識，而是通過實踐獲得的提出問題、分析問題、解決問題的能力以及相關(guān)人文素養(yǎng).CDIO工程教育是國際上工程教育的最新研究成果.CDIO分為構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)四個過程,它以產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)品運行、產(chǎn)品終結(jié)到再利用的生命周期為載體,激發(fā)學(xué)生在實踐環(huán)境下主動學(xué)習(xí)的課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，注重在社會和企業(yè)環(huán)境下構(gòu)建產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的能力.CDIO工程教育將能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面[1].電子技術(shù)的內(nèi)容可以分解成許多項目，每一個項目都可以結(jié)合課堂教學(xué)的知識點，同時結(jié)合實際應(yīng)用進(jìn)行設(shè)計和實踐，這正好與CDIO理念不謀而合，因此適合開展基于CDIO理念項目式教學(xué)改革.

1 傳統(tǒng)電子技術(shù)教學(xué)的主要問題

(1)理論基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)興趣不高.浙江省的高職高專學(xué)生高考不需要考物理課程，學(xué)生的物理理論基礎(chǔ)普遍比較薄弱，電子電路的基礎(chǔ)知識理解起來比較困難，導(dǎo)致部分學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣，只是應(yīng)付考試.

(2)教學(xué)方式單一，創(chuàng)新意識單薄.缺乏將電子技術(shù)教學(xué)一些新的教學(xué)方式和手段應(yīng)用到課堂教學(xué)當(dāng)中，沒有使用先進(jìn)的仿真軟件Multisim、ORCAD、PROTEUS等軟件結(jié)合項目進(jìn)行仿真，學(xué)生缺乏設(shè)計的機(jī)會，自主思考較少，不利于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計和思考這方面的能力.

(3)缺少先進(jìn)理念指導(dǎo)，課程體系設(shè)計落后.沒有將國內(nèi)外的最新的教育理念如CDIO、全人教育等應(yīng)用到教學(xué)過程中、課程的設(shè)計和教學(xué)方法缺乏新意.

(4)個體意識強烈，團(tuán)隊精神缺乏.許多學(xué)生都是獨生子女，在學(xué)習(xí)過程中，不善于與他人合作交流，缺乏在實踐過程中的團(tuán)隊意識，工程系統(tǒng)概念極少，不利于在企業(yè)中的快速地融入工作[2-3].

2 CDIO項目的選取原則

電子技術(shù)課程的項目化教學(xué)便于實施，主要是要選擇合適的項目，在選取CDIO項目時考慮了以下幾個原則：

(1)趣味性，趣味性強的項目能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；

(2)知識性，項目的選取應(yīng)該涵蓋教學(xué)重點和難點；

(3)實用性，項目的選取應(yīng)該和生產(chǎn)生活密切相關(guān)，便于觀察結(jié)果，如有波形、或聲光等輸出形式.

圖1 兩個典型CDIO項目知識點結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)CDIO的原理，使學(xué)生從構(gòu)思、設(shè)計、實施、運行的過程中充滿濃厚的興趣，這是非常重要的.從工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.筆者選取的兩個項目分別針對模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)，結(jié)構(gòu)如圖1所示.多功能波形發(fā)生器涉及了正弦波、方波、三角波的產(chǎn)生，便于觀察，趣味性強.循環(huán)彩燈涉及了555定時器構(gòu)成多諧振蕩器，計數(shù)、譯碼、顯示等數(shù)字電子技術(shù)的重要知識點，輸出為16個彩色的LED，采用電池供電，可供學(xué)生自行設(shè)計豐富多彩的圖案.

3 CDIO課堂教學(xué)改革思路及實踐

有了好的項目作為基礎(chǔ)，實施也是一個關(guān)鍵.教師的教學(xué)設(shè)計主要是根據(jù)上文所述選擇CDIO項目，由專職教師和企業(yè)兼職教師組成合作團(tuán)隊，共同制定教學(xué)計劃和項目實施標(biāo)準(zhǔn)，編制教學(xué)講義，實施教學(xué)，設(shè)計公正、合理的課程教學(xué)和評價體系.同時創(chuàng)造良好的教學(xué)環(huán)境，由理論實踐一體化實訓(xùn)室、學(xué)科研討型實驗室、生產(chǎn)型實訓(xùn)基地等構(gòu)成.理論授課及簡單的動手在理實一體化教室中實行，CDIO項目設(shè)計可以在學(xué)科研討型實驗室進(jìn)行，實施和運行可以在生產(chǎn)型實踐基地進(jìn)行.這樣的設(shè)計能夠?qū)W生的主動思考和創(chuàng)新思維，給他們提供更多的平臺.筆者選取教學(xué)實踐中典型的多功能波形發(fā)生器和循環(huán)彩燈兩個項目為例說明CDIO項目式教學(xué)的操作方法[4].

多功能波形發(fā)生器可以作為一個綜合CDIO項目，側(cè)重于模擬電子技術(shù)中幾個重要的知識點，如RC振蕩電路及正弦波形產(chǎn)生、運放的線性和非線性應(yīng)用等，可以引導(dǎo)學(xué)生向信號發(fā)生器的產(chǎn)品方向發(fā)展，以該產(chǎn)品的生命周期進(jìn)行思考實踐.

(1)構(gòu)思(Conceive)的環(huán)節(jié)，構(gòu)思就是一個思想的產(chǎn)生，所有創(chuàng)新的思想都是來自于一個靈感，而電子技術(shù)這門課程是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力很好的一個方法.以多功能波形發(fā)生器作為一個實際案例在一個教學(xué)班(40)人進(jìn)行了嘗試，首先是40個人自己根據(jù)各自的特點進(jìn)行組合分成10個組，4人一組，可以在團(tuán)隊內(nèi)部自己進(jìn)行分工.給出多功能波形發(fā)生器.這個產(chǎn)品的具體指標(biāo)，要求學(xué)生自己設(shè)計思路，通過網(wǎng)絡(luò)或者圖書館進(jìn)行查找資料，提出一個方案交給老師批閱看是否可行，學(xué)生在課外花了大量的時間進(jìn)行查閱資料和構(gòu)思.

(2)設(shè)計(Design)的環(huán)節(jié)，設(shè)計是非常關(guān)鍵的，學(xué)生通過第一步的構(gòu)思已經(jīng)對多功能波形發(fā)生器的思路有了一個比較清晰的概念，然后利用Multisim或EWB軟件仿真，驗證是否可行.教師要對學(xué)生的設(shè)計進(jìn)行修改，確保該項目的實際可行性.設(shè)計的電路圖標(biāo)明各個部分的參數(shù)，說明輸出各種波形的頻率、原理.

(3)實施(Implement)的環(huán)節(jié)，經(jīng)過設(shè)計的電路圖經(jīng)過老師的審閱，購買元器件，動手進(jìn)行布局、焊接、調(diào)試，老師進(jìn)行一些簡單的指導(dǎo)，主要是由學(xué)生完成為主，測試完成記錄正弦波、方波、三角波的頻率及波形.

(4)運作(Operate)的環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)對于學(xué)生而言主要是進(jìn)行作品的匯報和演示的準(zhǔn)備.在以上的過程中，要求學(xué)生在準(zhǔn)備文檔，設(shè)計、實施階段都要拍下照片留存，最后做成PPT，各個組在課內(nèi)進(jìn)行演示和匯報，評分由老師評分和學(xué)生互評構(gòu)成，并思考如何將這些制作成可以批量生產(chǎn)的信號發(fā)生器，甚至企業(yè)的運作營銷模式等.

循環(huán)彩燈的運作模式與多功能波形發(fā)生器類似.學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好將16個發(fā)光LED布置成如心型、字母、趣味圖案等，極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以引導(dǎo)學(xué)生向電子霓虹燈產(chǎn)品的生命周期進(jìn)一步思考實踐.

4 電子競賽CDIO項目式教學(xué)

除了在課堂教學(xué)中采用的是CDIO模式，對于那些興趣高、基礎(chǔ)好的學(xué)生，也需要提供一個能夠提升學(xué)生綜合能力的平臺.我院通過校內(nèi)競賽選拔出一批優(yōu)秀的學(xué)生參加浙江省TI杯和全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽，這就相當(dāng)于高級的CDIO項目的訓(xùn)練，促使學(xué)生開展研究性的學(xué)習(xí).

在暑假的培訓(xùn)中，指導(dǎo)教師也分成了電子技術(shù)基礎(chǔ)指導(dǎo)團(tuán)隊、傳感器及檢測應(yīng)用指導(dǎo)團(tuán)隊，單片機(jī)及FPGA新技術(shù)指導(dǎo)團(tuán)隊，綜合創(chuàng)新指導(dǎo)團(tuán)隊.各個團(tuán)隊根據(jù)學(xué)生的情況設(shè)計不同層次、難度的CDIO項目，覆蓋各個知識層面，有計劃、系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生的各方面能力，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，提高了CDIO需要培養(yǎng)的四個方面的能力，能更好地適應(yīng)全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽知識覆蓋面廣、難度大、新技術(shù)不斷應(yīng)用的特點[5].通過這樣的訓(xùn)練模式，自2007年以來我校指導(dǎo)學(xué)生獲得全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽全國一等獎1項，全國二等獎4項，省級獎項20余項，可見這樣的CDIO教學(xué)模式是行之有效的.

5 電子技術(shù)CDIO課堂教學(xué)改革效果分析

CDIO教學(xué)模式的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，電子技術(shù)基于CDIO理念的項目式教學(xué)法的實施，正好能夠從這四個方面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力.

(1)工程基礎(chǔ)知識重點吃透.由于高職高專學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱，若是全部都是重點，學(xué)生就不能掌握精髓，通過CDIO項目的實施，在構(gòu)思和設(shè)計的過程必須掌握相關(guān)知識點，這就使學(xué)生能夠主動學(xué)習(xí)，同時在實施過程中遇到問題，也需要懂得理論知識才能解決.

(2)個人能力有效提升.每個學(xué)生的優(yōu)點不同，在CDIO項目中，組員進(jìn)行了明確的分工，每個組員根據(jù)自己的特長負(fù)責(zé)理論設(shè)計、焊接、調(diào)試、寫文檔、制作PPT、口頭匯報交流等不同的內(nèi)容，可以靈活地使用各種仿真軟件，這樣就能有的放矢地培養(yǎng)學(xué)生的個人能力.

(3)人際團(tuán)隊能力顯著提高.由于CDIO項目為3～4人一組，小組成員要經(jīng)常進(jìn)行溝通、討論，不是一個人就能把事情做好，大家要齊心協(xié)力，才能完成任務(wù)，這樣培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊合作能力以及人際關(guān)系處理的能力.

(4)工程系統(tǒng)能力全面提高.在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)里，各個知識點的關(guān)聯(lián)只能簡單講解，而通過CDIO項目，將一門課程的多個知識點整合在一起，以工程的角度來分析問題、解決問題.而且培養(yǎng)了學(xué)生的繪圖、焊接、調(diào)試、計算、匯報、仿真軟件的應(yīng)用等各種不同的工程系統(tǒng)能力.

6 結(jié) 論

基于CDIO理念的電子技術(shù)課程項目式教學(xué)改革在大一新生的風(fēng)力發(fā)電專業(yè)經(jīng)過一年的實踐，在教學(xué)班級中取得了較好的效果，許多同學(xué)的重點理論掌握扎實，動手能力，人際交往能力、團(tuán)隊合作能力及工程系統(tǒng)能力得到有效提高，在這樣實施過程中，許多同學(xué)都甘心在課外花大量時間進(jìn)行設(shè)計和實踐，同時在指導(dǎo)過程中師生之間的關(guān)系也更加融洽，激發(fā)了學(xué)生對大學(xué)工程學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣.

參考文獻(xiàn)：

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