基于CDIO模式的電類基礎(chǔ)課程教學(xué)改革探索

張桂鳳， 謝子殿， 郭明良， 劉丹丹

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150022)

基于CDIO模式的電類基礎(chǔ)課程教學(xué)改革探索

張桂鳳， 謝子殿， 郭明良， 劉丹丹

(黑龍江科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150022)

電類基礎(chǔ)課程是本科生電氣信息及控制類各專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，在整個(gè)課程體系中處于極其重要的地位。在新的人才培養(yǎng)目標(biāo)指導(dǎo)下，基于CDIO教育理論，打破理論課程之間、理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的界限，合理建設(shè)課程體系和教學(xué)模式。當(dāng)前電類基礎(chǔ)課程教學(xué)改革要求，不能單純?yōu)榱思ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣提高本門課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，更要為后續(xù)專業(yè)課程做好專業(yè)引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐意識(shí)、創(chuàng)新思想、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和交流能力。

基礎(chǔ)課程； CDIO模式； 實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐

“電路原理”、“數(shù)字電子技術(shù)”和“模擬電子技術(shù)”是我校電氣信息及控制類各專業(yè)的三大重要專業(yè)基礎(chǔ)課，課程理論嚴(yán)密、邏輯性強(qiáng)、具有廣闊的工程背景，作為專業(yè)課程的導(dǎo)引基礎(chǔ)課程，電類基礎(chǔ)課程在整個(gè)課程體系中處于十分重要的地位[1]。傳統(tǒng)的電類基礎(chǔ)課程教學(xué)普遍存在以下幾個(gè)問題：(1)電類基礎(chǔ)課程間相互獨(dú)立，且理論教學(xué)作為孤立的理論知識(shí)，重理論學(xué)習(xí)、例題講解和習(xí)題練習(xí)等，通常以學(xué)生分?jǐn)?shù)論教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的好壞;(2)基礎(chǔ)課程只注重課程自身的課程要求和教學(xué)效果，與專業(yè)課程和專業(yè)應(yīng)用相脫節(jié)，對(duì)專業(yè)引導(dǎo)起到的作用甚少;(3)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)相對(duì)于理論教學(xué)獨(dú)立存在，且實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為主，缺少設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐課程以必修為主，缺少自主性內(nèi)容。針對(duì)以上問題，結(jié)合CDIO教育理念，我們大膽嘗試電類基礎(chǔ)課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的整體改革[1-2]。

1 教學(xué)改革指導(dǎo)思想

CDIO模式包括構(gòu)思(conceive)、設(shè)計(jì)(design)、實(shí)現(xiàn)(implement) 和運(yùn)作(operate)，以產(chǎn)品研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生主動(dòng)地、實(shí)踐地、課程之間有機(jī)聯(lián)系地學(xué)習(xí)工程理論、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)[3]。

結(jié)合“課程服務(wù)專業(yè)”的思想，引入CDIO教育理念，采取“理論結(jié)合專業(yè)”為主線，以“保證理論、加強(qiáng)專業(yè)、突出應(yīng)用”為總方針，我們從教學(xué)體系、教學(xué)大綱、授課計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核環(huán)節(jié)等幾個(gè)方面，對(duì)電類基礎(chǔ)課程理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行全面改革。

所謂“保證理論”是指在理論教學(xué)中，首先保證基本概念、基本定律及基本理論的全面講授，是必須要保證的基礎(chǔ)理論知識(shí)?！凹訌?qiáng)專業(yè)”是指在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，從專業(yè)角度出發(fā)，拓寬電類基礎(chǔ)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)。“突出應(yīng)用”是指在理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過程中，突出教學(xué)在后續(xù)課程中的具體應(yīng)用以及在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用，以結(jié)合CDIO教育模式培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力為重點(diǎn)。

“電路原理”、“數(shù)字電子技術(shù)”安排在第3學(xué)期，理論教學(xué)分別為72、52學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)分別為20、12學(xué)時(shí)；“模擬電子技術(shù)”安排在第4學(xué)期，其中理論教學(xué)64學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)12學(xué)時(shí)。電類基礎(chǔ)課程采取“理論+實(shí)驗(yàn)+實(shí)踐”三位一體相互融合的新教學(xué)體系，利用統(tǒng)一上課的“第一課堂”開展理論教學(xué)和部分實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，通過業(yè)余時(shí)間的“第二課堂”進(jìn)行部分實(shí)踐教學(xué)?！暗诙n堂”實(shí)踐基于CDIO工程理念，以項(xiàng)目形式完成教育學(xué)習(xí)和實(shí)踐鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐意識(shí)、動(dòng)手能力、應(yīng)用能力、創(chuàng)新思想、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和表達(dá)能力等。

2 改革實(shí)施具體方案

2.1 理論教學(xué)改革

理論教學(xué)是教學(xué)的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是學(xué)生實(shí)踐的前提條件，也是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)量的基礎(chǔ)，所以首先要抓好理論教學(xué)。

教研室采取集體備課的辦法，探討如何講好每一部分理論知識(shí)，如何將基礎(chǔ)課程的共同知識(shí)更好地講解、融合和銜接，使理論知識(shí)循序漸進(jìn)地分層次地講解，讓基礎(chǔ)理論的“第一課堂”知識(shí)內(nèi)容最大化，以及與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系和專業(yè)知識(shí)銜接最大化。

(1) 教學(xué)方法改革。改變傳統(tǒng)“板書+多媒體”單一教學(xué)模式，采用多模式的教學(xué)方法，主要有類比法、啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)、充分利用仿真軟件等方法，并加強(qiáng)教學(xué)環(huán)節(jié)教師的語言藝術(shù)。相同知識(shí)內(nèi)容平鋪直敘和運(yùn)用語言藝術(shù)相比較，顯然后者會(huì)使枯燥理論變得生動(dòng)活潑起來。教學(xué)方法改革是理論教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容之一。

(2) 基礎(chǔ)課程之間融合?；贑DIO理念，改革電類基礎(chǔ)課程理論教學(xué)體系，重新制訂教學(xué)大綱和授課計(jì)劃，整合電類基礎(chǔ)課程資源，打造“模塊化”教學(xué)內(nèi)容。例如“電路原理”教材采用邱關(guān)源、羅先覺編寫的《電路》[4]，電路理論具體劃分為4個(gè)模塊：直流電阻電路、線性動(dòng)態(tài)電路、正弦穩(wěn)態(tài)電路和其他電路理論等?！澳K化”教學(xué)考慮理論教學(xué)內(nèi)容的整體性，改變章節(jié)順序按模塊進(jìn)行，避免知識(shí)零散增加學(xué)生學(xué)習(xí)的心理壓力。

(3) 與專業(yè)課程相配合。涉及專業(yè)課程的知識(shí)內(nèi)容與專業(yè)課程主講教師交流，討論基礎(chǔ)課程內(nèi)容講授的程度和與專業(yè)課程相結(jié)合的方法。例如，“自動(dòng)控制原理”和“電路理論”相同且重要的知識(shí)點(diǎn)有傳遞函數(shù)、頻率特性、頻譜及濾波等。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

電類基礎(chǔ)課程理論性、實(shí)踐性和工程性都很強(qiáng)。學(xué)生的實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和工程能力則是教學(xué)的根本目標(biāo)。所以，實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)改革是電類基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的重頭戲[5-6]。

(1) 精煉基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)課程的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)是必不可少的。精煉基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)不僅要驗(yàn)證理論，更要使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的技能、方法和技巧等，還要引導(dǎo)學(xué)生如何發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，可以提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力[7]。

(2) 加強(qiáng)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)有利于提高學(xué)生應(yīng)用能力和設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生今后參與實(shí)踐活動(dòng)埋下伏筆。針對(duì)各教學(xué)模塊，教師給出一定數(shù)量從簡(jiǎn)到難的階梯式綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目，也鼓勵(lì)學(xué)生自擬解決實(shí)際問題或具有創(chuàng)新性的題目。為了確保自擬題目的可行性，自擬題目需要經(jīng)過教師審核。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目可以在教學(xué)環(huán)節(jié)中布置，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)生可以在“第二課堂”的開放實(shí)驗(yàn)室完成。

(3) 開設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)通常是運(yùn)用軟件提供的虛擬儀器和虛擬元件，模擬出自己設(shè)計(jì)的電路并測(cè)試電路運(yùn)行效果。虛擬電路實(shí)驗(yàn)比實(shí)物實(shí)驗(yàn)更靈活，能更直觀地觀察電路實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，易于分析和設(shè)計(jì)電路，因此引入現(xiàn)代感的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。教師可以選擇Pspice、Multisim、EWB、Saber、Matlab /Simulink等仿真軟件，可以在理論教學(xué)中面置仿真實(shí)驗(yàn)作業(yè)，學(xué)生利用“第二課堂”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，教師在“第一課堂”指導(dǎo)和總結(jié)。

2.3 實(shí)踐教學(xué)改革

(1) 完善基礎(chǔ)實(shí)踐課程?；A(chǔ)工程實(shí)踐以電氣工程實(shí)踐基地(被評(píng)為省級(jí)示范中心)為平臺(tái)，安排在第5學(xué)期進(jìn)行，包括電子工藝實(shí)踐、電子工程實(shí)踐、應(yīng)用電子工程實(shí)踐和EDA工程實(shí)踐等。教師指導(dǎo)實(shí)踐需具備一定理論功底和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。電氣工程實(shí)踐是國家級(jí)精品課程，實(shí)踐教師需要經(jīng)過實(shí)踐學(xué)習(xí)、考核合格獲得結(jié)業(yè)證書，才具備指導(dǎo)本門工程實(shí)踐課程的資格。

(2) 增設(shè)“第二課堂”實(shí)踐。開設(shè)基于CDIO理念的“第二課堂”實(shí)踐，實(shí)踐以項(xiàng)目形式進(jìn)行，是學(xué)生自主性實(shí)踐內(nèi)容，分為選題、指導(dǎo)和答辯等環(huán)節(jié)。每個(gè)項(xiàng)目組由3～5名學(xué)生組成，項(xiàng)目題目由項(xiàng)目組成員商討和教師參與共同確定。“電路原理”項(xiàng)目主要以大論文形式；“數(shù)字電子技術(shù)”和“模擬電子技術(shù)”主要采取仿真實(shí)驗(yàn)和制作實(shí)物等形式，要求書寫簡(jiǎn)要文字說明。教師利用理論課程固定的答疑時(shí)間進(jìn)行項(xiàng)目指導(dǎo)、答辯和考核[8-9]。項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)完成了CDIO模式的整個(gè)過程。項(xiàng)目實(shí)踐有效地提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，以及動(dòng)手能力、應(yīng)用能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。指導(dǎo)和答辯環(huán)節(jié)鍛煉了CDIO教學(xué)大綱中強(qiáng)調(diào)的語言表達(dá)和人際交流，要求學(xué)生盡量使用專業(yè)術(shù)語、注意語言的藝術(shù)性?！暗诙n堂”實(shí)踐是學(xué)生今后參加各項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)的“熱身”，是學(xué)生主體性的表現(xiàn)和創(chuàng)造力的釋放，是學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的最佳鍛煉機(jī)會(huì)[3]。

(3) 課外實(shí)踐活動(dòng)。我們積極開展大學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)，實(shí)踐活動(dòng)相當(dāng)于專業(yè)工作的“實(shí)戰(zhàn)演習(xí)”。實(shí)踐活動(dòng)主要有大學(xué)生科研立項(xiàng)(創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目)、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和“電之光”大學(xué)生科技文化節(jié)等。大學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)由學(xué)生管理部門、科技科、各教學(xué)單位以及大學(xué)生科技協(xié)會(huì)等團(tuán)體共同組織，形成“管理助教學(xué)、教學(xué)促管理”的良好新局面。例如，大學(xué)生科研立項(xiàng)，鼓勵(lì)學(xué)生自擬創(chuàng)新性的題目或積極參與教師的科研項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目設(shè)有指導(dǎo)教師和學(xué)生項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，分為上交開題報(bào)告、開題答辯、中期檢查、上交結(jié)題報(bào)告、結(jié)題答辯和評(píng)優(yōu)評(píng)獎(jiǎng)等環(huán)節(jié)。自然科學(xué)類項(xiàng)目結(jié)題要有實(shí)物，且功能完備并現(xiàn)場(chǎng)展示。大學(xué)生科研項(xiàng)目在開題時(shí)由評(píng)審教師評(píng)定等級(jí)，分為重要項(xiàng)目、一般項(xiàng)目和指導(dǎo)項(xiàng)目，對(duì)已經(jīng)結(jié)題的項(xiàng)目按照級(jí)別予以一定資金獎(jiǎng)勵(lì)[10]。

(4) 教師是教學(xué)活動(dòng)的主導(dǎo)。我們注重提升教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)、科研能力和水平，例如，全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，以前每組學(xué)生有2～3名指導(dǎo)教師，后改為由1名教師指導(dǎo)，督促教師提高獨(dú)立指導(dǎo)實(shí)踐活動(dòng)的能力。

2.4 考核改革

傳統(tǒng)教學(xué)考核方式是固定統(tǒng)一的，現(xiàn)采取“平時(shí)+考試+實(shí)驗(yàn)+實(shí)踐”多方位的彈性考核辦法。電類基礎(chǔ)課程總成績(jī)由期末考試(60%)、平時(shí)成績(jī)(10%)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)(20%)和“第二課堂”實(shí)踐成績(jī)(10%)等4部分組成，其中實(shí)驗(yàn)成績(jī)由基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(50%)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(25%)和仿真實(shí)驗(yàn)3部分組成(25%)，平時(shí)成績(jī)組成由任課教師自行決定，需要制定詳細(xì)的學(xué)生成績(jī)考核表[11-12]。

為鼓勵(lì)學(xué)生參加課外實(shí)踐活動(dòng)，根據(jù)本班參加活動(dòng)的人數(shù)及實(shí)際情況，任課教師可以將實(shí)踐活動(dòng)考核計(jì)入“模擬電子技術(shù)”平時(shí)成績(jī)或“第二課堂”實(shí)踐成績(jī)內(nèi)。學(xué)校制訂激勵(lì)政策鼓勵(lì)學(xué)生參加實(shí)踐活動(dòng)。省級(jí)及以上比賽獲獎(jiǎng)或者參加指定實(shí)踐應(yīng)用培訓(xùn)課程并結(jié)業(yè)的學(xué)生，可以免修3門相關(guān)基礎(chǔ)工程實(shí)踐。

3 結(jié)束語

電類基礎(chǔ)課程教學(xué)改革遵循“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的現(xiàn)代教學(xué)指導(dǎo)思想，首先加強(qiáng)理論教學(xué)，使學(xué)生打好堅(jiān)實(shí)的“理論地基”，從理論教學(xué)到實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)，教師多方面多角度地盡最大可能引導(dǎo)學(xué)生思考，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新思想。教學(xué)改革已在測(cè)控11級(jí)、12級(jí)學(xué)生中進(jìn)行試點(diǎn)，取得了一定成效。

參與試點(diǎn)的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，參加實(shí)踐活動(dòng)較早、人數(shù)增多。專業(yè)教師對(duì)他們的基礎(chǔ)理論掌握程度、學(xué)習(xí)自主性等給予高度評(píng)價(jià)。2013年，測(cè)控12級(jí)1班姜文罡同學(xué)，主持完成“冒式化學(xué)氧自救器”大學(xué)生科研立項(xiàng)(創(chuàng)新項(xiàng)目)；同年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，測(cè)控12級(jí)1班吳方石同學(xué)獲得省級(jí)二等獎(jiǎng)。理論扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生在班級(jí)起到良好的模范帶頭作用，帶動(dòng)班級(jí)的學(xué)習(xí)風(fēng)氣，逐漸形成從“點(diǎn)到面、老生帶新生”的良好學(xué)習(xí)氛圍。

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Exploration on teaching reform of basic electrical courses based on CDIO

Zhang Guifeng, Xie Zidian,Guo Mingliang, Liu Dandan

(Faculty of Electrical and Control Engineering，Heilongjiang University ofScience and Technology，Harbin 150022，China)

The basic electrical courses are vitally important for EE and CS undergraduate students. Under the direction of talents cultivation pattern, the teaching reform introduces the CDIO education philosophy. It is necessary to break the borderline among the courses, and between the theoretical teaching and the practical teaching. The whole teaching pattern is reformed logically. At present, the teaching requirements of the basic electronic courses are not only to increase the students’ learning interest, but also to improve teaching quality and efficiency, and to make good preparations for the follow-up professional courses. Furthermore, the total teaching can cultivate the students’ independent learning capability, engineering ability, innovative diathesis, team spirit, communication skills, and so on.

basic courses; CDIO mode; experiment and practice

2014- 12- 15 修改日期：2015- 01- 30

黑龍江省新世紀(jì)教育教學(xué)改革項(xiàng)目(JG2012010556)；黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題

張桂鳳(1976—)，女，內(nèi)蒙古牙克石，碩士，副教授，主要從事電工電子教學(xué)與研究.

E-mail：zgfzgf99@126.com

TN86; G642.0

B

1002-4956(2015)5- 0219- 03