基于CDIO理念的高職電子類工學(xué)結(jié)合課程探索——以電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程為例

□潘世華 徐濟(jì)惠

作為國際上高等工程教育改革的新成果，CDIO教學(xué)模式已被國內(nèi)多所本科院校引入[1]。CDIO強(qiáng)調(diào)基于工程項(xiàng)目全過程的學(xué)習(xí)，即在工程項(xiàng)目或產(chǎn)品的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）、運(yùn)行（Operate）過程中，來學(xué)習(xí)理論和進(jìn)行實(shí)踐。CDIO工程項(xiàng)目教學(xué)模式和我國當(dāng)今高職主流教育理念一致，而且更系統(tǒng)、全面、深入、徹底地體現(xiàn)了“工學(xué)結(jié)合”教學(xué)理念[2]；CDIO教育模式確定的l2條標(biāo)準(zhǔn)和4個(gè)層面的大綱，在高職教學(xué)中具有很強(qiáng)的可操作性，相比于德國雙元制教學(xué)模式，更符合國情。CDIO先進(jìn)的教育理念對高職工科類課程教學(xué)改革具有較好的指導(dǎo)作用，筆者在“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)”工學(xué)結(jié)合課程改革中，結(jié)合實(shí)際情況，貫徹“做中學(xué)”和基于項(xiàng)目全過程學(xué)習(xí)理念，在教學(xué)中引入CDIO，以進(jìn)一步提升課程教學(xué)有效性。

一、“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)”課程教學(xué)分析

“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)”課程是應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的一門核心課程。該課程是在電子電路基礎(chǔ)知識(shí)、電路設(shè)計(jì)、軟件編程、傳感器應(yīng)用、制作工藝等前序課程的基礎(chǔ)上，采用真實(shí)項(xiàng)目來訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生具備智能電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本能力，課程綜合性較強(qiáng)，涵蓋的知識(shí)覆蓋面寬，同時(shí)課程所涉及的專業(yè)知識(shí)和技能需緊跟現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，更新速度較快。如果按照傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的教學(xué)，從電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的導(dǎo)論、模擬電路設(shè)計(jì)規(guī)則和案例、數(shù)字電路設(shè)計(jì)規(guī)則和案例、單片機(jī)應(yīng)用的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，內(nèi)容較多且過多強(qiáng)調(diào)各種電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法和電路模塊典型案例的學(xué)習(xí)，而忽略了在實(shí)際產(chǎn)品項(xiàng)目中的應(yīng)用，學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)與實(shí)際設(shè)計(jì)過程脫節(jié)，教學(xué)效果不佳，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程往往是在被動(dòng)地接受知識(shí)，不能真正培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用能力；或者是采用技能實(shí)訓(xùn)式的教學(xué)，學(xué)生按照樣品（往往容易過時(shí)）電子產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作，不能緊跟技術(shù)的發(fā)展對實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行需求分析、方案設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試分析，學(xué)生只是按部就班完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，而對整個(gè)工程項(xiàng)目沒有建立完整的概念，學(xué)生學(xué)習(xí)惰性大，不能培養(yǎng)專業(yè)興趣，缺少主動(dòng)參與的熱情；課程結(jié)束后學(xué)生的技能可能得到一定的提高，但其電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力不強(qiáng)，難以達(dá)到課程教學(xué)要求。

針對以上課程教學(xué)的分析，將CDIO“基于工程項(xiàng)目全過程”的教學(xué)理念貫徹到電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程，進(jìn)行工學(xué)結(jié)合課程設(shè)計(jì)與課堂教學(xué)的改革[3]，其基本思路如下：

（一）課程內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)融入CDIO理念

選取來自生產(chǎn)和工程應(yīng)用實(shí)際的案例，將若干個(gè)真實(shí)的智能電子產(chǎn)品列為課程教學(xué)載體（如自動(dòng)超聲波測距儀，數(shù)字溫度測控器，智能紅外窗簾控制器，數(shù)字電子密碼鎖，智能循軌小車等），編寫按CDIO理念的校本教材或講義，教學(xué)中根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程來強(qiáng)化構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程，融“教學(xué)做”一體，實(shí)現(xiàn)能力的訓(xùn)練。

（二）在教學(xué)手段、教學(xué)方法中引入CDIO模式，提高教學(xué)有效性

在教學(xué)實(shí)施中按照構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的思路來組織電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目的教學(xué)，采用小組合作的方式承擔(dān)電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)，增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作素質(zhì)。

（三）在教學(xué)考核評價(jià)中融入CDIO理念

在課程的教學(xué)中不僅重視學(xué)生的設(shè)計(jì)成果，更要重視學(xué)生學(xué)習(xí)的信息反饋，將學(xué)生的各種意見和建議納入到教學(xué)中，并關(guān)注學(xué)生在課程學(xué)習(xí)各階段中，各方面能力是否得到有效提高。不僅要重視培養(yǎng)學(xué)生課程所要求的關(guān)鍵技能，而且強(qiáng)調(diào)其電子專業(yè)職業(yè)意識(shí)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

二、融入CDIO教學(xué)理念的“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)”項(xiàng)目課程改革

借鑒CDIO的教學(xué)模式，在“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)改革中引入CDIO的項(xiàng)目全過程理念，在課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、校本教材、教學(xué)手段與方法、評價(jià)考核體系等方面進(jìn)行改革探索。

圖1 職業(yè)崗位與課程培養(yǎng)目標(biāo)分解圖

（一）借鑒CDIO大綱，在課程教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)中貫穿CDIO工程教育理念

通過專業(yè)工作崗位需求分析，智能電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力是高職應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生就業(yè)后要從事的主要工作崗位所必須具備的技能?！半娮赢a(chǎn)品設(shè)計(jì)”課程是綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,要通過電子產(chǎn)品研發(fā)的工程項(xiàng)目化方法來實(shí)施教學(xué)，因此可以借鑒CDIO大綱中確定對工程師培養(yǎng)目標(biāo)的方法，并根據(jù)本專業(yè)對電子產(chǎn)品研發(fā)助理崗位的職業(yè)素質(zhì)和職業(yè)能力要求，來確定課程的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)[4]，包括課程的核心知識(shí)、關(guān)鍵能力和職業(yè)素質(zhì)目標(biāo)，如圖1所示。

在CDIO教學(xué)模式中，強(qiáng)調(diào)要把對學(xué)生的專業(yè)核心知識(shí)、關(guān)鍵能力和職業(yè)素質(zhì)目標(biāo)的培養(yǎng)融入到課程學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)，其核心是以學(xué)生為中心的基于工程項(xiàng)目全過程的一體化教育。這樣，“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)目標(biāo)就應(yīng)為：訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的智能電子產(chǎn)品研發(fā)制作的基本能力，學(xué)生應(yīng)掌握智能電子產(chǎn)品研發(fā)的所采用的技術(shù)手段，研發(fā)的基本流程，在初次就業(yè)階段能夠勝任研發(fā)助理的工作崗位，并在經(jīng)過三到五年的發(fā)展，能夠逐步提升到電子產(chǎn)品研發(fā)工程師的崗位。具體來說，就是在課程中要培養(yǎng)學(xué)生智能電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際能力，包括電路設(shè)計(jì)與模塊選用能力，PCB設(shè)計(jì)與制作能力，單片機(jī)編程與應(yīng)用調(diào)試能力，產(chǎn)品樣機(jī)制作與綜合測試能力，設(shè)計(jì)歸檔文件編制能力等等，這也是將前序課程所學(xué)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，從而積累一定程度的電子產(chǎn)品研發(fā)與制作的經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生畢業(yè)后能盡快進(jìn)入崗位角色提供技術(shù)和心理上的支撐。

（二）依據(jù)CDIO能力大綱，構(gòu)建課程教學(xué)內(nèi)容

課程教學(xué)內(nèi)容的合理設(shè)計(jì)，是課程培養(yǎng)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的前提。在確定課程教學(xué)內(nèi)容時(shí)，需要深入調(diào)研電子行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)和專業(yè)人才需求變化趨勢，結(jié)合用人單位實(shí)際工作崗位的能力需求分析，在專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)委員會(huì)的指導(dǎo)下，依據(jù)CDIO能力大綱的要求，通過分析具體的電子產(chǎn)品研發(fā)工作過程，將課程理論知識(shí)、實(shí)踐能力、職業(yè)素質(zhì)、素質(zhì)拓展有機(jī)融合，來構(gòu)建電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容，其過程如圖2所示。

圖2 課程內(nèi)容構(gòu)建設(shè)計(jì)過程

具體的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，即確定教學(xué)項(xiàng)目載體后，各項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容也要貫穿CDIO模式的工程教育理念，以自動(dòng)超聲波測距儀產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目為例，圖3給出了該教學(xué)項(xiàng)目應(yīng)用CDIO模式進(jìn)行課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的過程。

（三）按照CDIO理念構(gòu)建教學(xué)過程

在確定了教學(xué)內(nèi)容，完成教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)電子產(chǎn)品研發(fā)崗位的具體工作過程，按照CDIO基于工程項(xiàng)目全過程的理念構(gòu)建課程項(xiàng)目的教學(xué)過程。如圖4所示，對應(yīng)真實(shí)的電子產(chǎn)品研發(fā)的工作過程，進(jìn)行課程教學(xué)過程的重構(gòu)和組合。

圖3 自動(dòng)超聲波測距儀項(xiàng)目設(shè)計(jì)與CDIO模式的關(guān)聯(lián)

圖4 課程教學(xué)過程構(gòu)建示意圖

重構(gòu)得到的每個(gè)教學(xué)過程，都設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的教學(xué)單元。一個(gè)項(xiàng)目的不同的教學(xué)單元之間有著是前后承接聯(lián)系，教學(xué)過程要有意識(shí)地貫穿CDIO基于工程項(xiàng)目全過程的系統(tǒng)化理念。

（四）項(xiàng)目化實(shí)施課程教學(xué)，依據(jù)CDIO改革教學(xué)方法

在“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)”課程教學(xué)實(shí)施中，體現(xiàn)CDIO理念，是以具體設(shè)計(jì)項(xiàng)目為核心展開的。同時(shí)也要結(jié)合教學(xué)規(guī)律和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，整個(gè)課程實(shí)施中采用難度遞進(jìn)與項(xiàng)目并列相結(jié)合的方式，學(xué)生的專業(yè)能力程度能夠從“生疏”到“熟練”、再到“獨(dú)立完成”，不斷提高。如圖5所示，實(shí)施中，選取兩到三個(gè)復(fù)雜程度遞進(jìn)的典型電子產(chǎn)品作為教學(xué)載體，例如數(shù)字溫度測控器、自動(dòng)超聲波測距儀，智能紅外窗簾控制器，并根據(jù)每個(gè)產(chǎn)品的項(xiàng)目研發(fā)過程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的整合、序化，形成項(xiàng)目的八個(gè)教學(xué)單元任務(wù)[5]。每個(gè)研發(fā)項(xiàng)目過程相同，但重復(fù)的是過程，不同的是內(nèi)容，相同名稱的任務(wù)有各自的難點(diǎn)、重點(diǎn)內(nèi)容，已達(dá)到能力的提升和鞏固。

圖5 課程實(shí)施項(xiàng)目和單元任務(wù)

依據(jù)CDIO，教師和學(xué)生的教與學(xué)兩種角色在課程項(xiàng)目實(shí)施過程中有各自的定位[6]，如圖6所示，不再是教師講、學(xué)生聽的灌輸式教學(xué)方法了。本課程的項(xiàng)目化課堂教學(xué)方法，以學(xué)生為主體，尤其強(qiáng)調(diào)探究式、自主式學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。在教師的指導(dǎo)下，一個(gè)個(gè)相對獨(dú)立的項(xiàng)目交由學(xué)生自己處理，進(jìn)行信息收集與任務(wù)分析、方案論證設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)與計(jì)算、PCB設(shè)計(jì)與制作、控制程序編制與調(diào)試、樣機(jī)制作與綜合調(diào)試、測試等工作任務(wù)，教師在項(xiàng)目實(shí)施中故意創(chuàng)設(shè)一些問題情境，通過問題引發(fā)學(xué)生對工作過程的反思，激發(fā)他們加深學(xué)習(xí)理論知識(shí)的愿望。

圖6 CDIO模式的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工學(xué)結(jié)合課程教學(xué)實(shí)施流程

由于本課程的項(xiàng)目都是綜合性項(xiàng)目，采用以小組為單位組織學(xué)習(xí)進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施，這樣與實(shí)際的工程設(shè)計(jì)情境是一致的，也鍛煉了學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作職業(yè)素質(zhì)。同時(shí)也要認(rèn)識(shí)到，有部分學(xué)生在小組中可能會(huì)處于被動(dòng)地位，不愿或不能主動(dòng)參與到項(xiàng)目的實(shí)施中，這樣會(huì)降低課程的有效性，導(dǎo)致學(xué)生兩極分化更嚴(yán)重。所以，要求科學(xué)地劃分工作學(xué)習(xí)小組，組建工作小組時(shí)要考慮多個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化，要綜合考慮項(xiàng)目的難易程度、實(shí)訓(xùn)室條件、班級總?cè)藬?shù)、學(xué)生個(gè)人能力等方面，還有考慮優(yōu)差生搭配、男女生搭配、學(xué)生自愿組隊(duì)等因素。小組成員不宜過多，一般三人一組，可以分配硬件工程師、軟件工程師、項(xiàng)目經(jīng)理等角色，項(xiàng)目實(shí)施時(shí)各有側(cè)重又互相配合，在項(xiàng)目過程中也可以輪換角色。

在企業(yè)中，進(jìn)行綜合性電子產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)要按時(shí)間節(jié)點(diǎn)完成任務(wù)，加班加點(diǎn)是經(jīng)常性的事。本課程實(shí)施的綜合性電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，僅僅依靠不連續(xù)的課堂時(shí)間完成任務(wù)，往往是不可能的。因此，課程項(xiàng)目的實(shí)施也采用企業(yè)化管理，需要利用課外時(shí)間加班加點(diǎn)完成任務(wù)。實(shí)際上，課堂時(shí)間多數(shù)是用來討論、教師解惑、排除故障的。

（五）按CDIO理念編寫校本教材或講義

依CDIO實(shí)施的項(xiàng)目化課程教學(xué)，選用的教學(xué)載體要緊跟技術(shù)的進(jìn)步和企業(yè)真實(shí)產(chǎn)品的變化，沒有現(xiàn)成的配套教材，而傳統(tǒng)教材是以學(xué)科的系統(tǒng)性組織教材內(nèi)容，并不適用項(xiàng)目化課程教學(xué)。為了不影響課程的實(shí)施質(zhì)量，需要編寫項(xiàng)目課程教材或講義。項(xiàng)目化課程教材要以行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)為特色，按項(xiàng)目形式來劃分教材的整體結(jié)構(gòu)，以每個(gè)項(xiàng)目的推進(jìn)實(shí)施過程以及各項(xiàng)目之間的邏輯關(guān)聯(lián)來融合和串聯(lián)課程的理論知識(shí)和能力培養(yǎng)要求。編寫教材是應(yīng)遵循以下原則：

1.以項(xiàng)目為單位組織教材內(nèi)容，打破以學(xué)科為中心的體系。

2.教材選取的各項(xiàng)目類型要合理，有單項(xiàng)性的也有綜合性的，有封閉性的也有開放性的。

3.所選取的各項(xiàng)目載體之間要有一定的邏輯關(guān)系，項(xiàng)目內(nèi)容能覆蓋課程所有工作任務(wù)。

4.教材結(jié)構(gòu)要能實(shí)現(xiàn)教學(xué)做一體化學(xué)習(xí)，在教學(xué)中可操作性強(qiáng)。

5.理論知識(shí)能夠合理地分配到各項(xiàng)目內(nèi)容中，學(xué)時(shí)分配合理。

6.有一定的地方經(jīng)濟(jì)特色，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（六）在課程考核評價(jià)體系中遵照CDIO學(xué)習(xí)考核標(biāo)準(zhǔn)

依照CDIO考核評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生的課程學(xué)習(xí)結(jié)果評價(jià)應(yīng)該多元化進(jìn)行。在這里，課程考核評價(jià)的主要目的不再是選拔或甄別學(xué)生，而是在于要激發(fā)學(xué)生潛能，發(fā)揮其個(gè)性和創(chuàng)造力，促進(jìn)其自信心和技能持續(xù)發(fā)展。因此，和傳統(tǒng)課程考核方法不同，本課程以多元化行程性（過程性）考核為主，終結(jié)性目標(biāo)考核為輔。如果行程性考核不充分，將導(dǎo)致單元任務(wù)模塊乃至整個(gè)項(xiàng)目的質(zhì)量得不到保證。

課程按電子產(chǎn)品項(xiàng)目的研發(fā)過程實(shí)施，行程性考核就尤為重要。前一個(gè)單元任務(wù)沒有完成好，就開始后一個(gè)任務(wù)，在產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量中必留下隱患，是實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)的一大忌。缺乏行程性考核，課程實(shí)施的效果勢必大打折扣。

行程性考核方式，要把對學(xué)生學(xué)習(xí)的評價(jià)考核覆蓋到整個(gè)課程的教學(xué)實(shí)施過程。

1.行程性考核標(biāo)準(zhǔn)要合理分配課程項(xiàng)目、單元任務(wù)評價(jià)元素的權(quán)重（如表1）。要將日常學(xué)習(xí)態(tài)度、課程實(shí)施中各分單元任務(wù)完成程度、任務(wù)進(jìn)度、完成單元任務(wù)時(shí)表現(xiàn)的創(chuàng)新創(chuàng)造能力、項(xiàng)目綜合完成程度等都納入到課程考核評價(jià)成績中來，避免以最終結(jié)果“一錘定音”的評價(jià)方式。

表1 教學(xué)評價(jià)的主要內(nèi)容和總體權(quán)重建議

2.課程的行程性考核，不全部由教師進(jìn)行，應(yīng)該有在教師指導(dǎo)和監(jiān)督下，利用小組互評、組內(nèi)評價(jià)、個(gè)人自評的形式，這樣可以讓教師從繁重的行程性考核評價(jià)工作中解放出來，同時(shí)學(xué)生通過自我評價(jià)，提高學(xué)生的綜合職業(yè)能力。另外，為了便于行程性考核評價(jià)的具體實(shí)施，需要制定課程項(xiàng)目每一個(gè)單元任務(wù)的考核評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（如表2）。

3.行程性考核評價(jià)，不僅要考核項(xiàng)目完成的結(jié)果，考核學(xué)生對技能和知識(shí)的掌握和理解，而且更應(yīng)關(guān)注學(xué)生在項(xiàng)目任務(wù)執(zhí)行過程中表現(xiàn)出來的的專業(yè)素質(zhì)與態(tài)度的形成和發(fā)展。

在“電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)”工學(xué)結(jié)合課程教學(xué)改革和實(shí)施中，合理地引入CDIO“基于工程項(xiàng)目全過程”的教學(xué)理念，以真實(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作全過程來組織教學(xué)，對課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、教學(xué)方法、講義教材、考核評價(jià)方法都進(jìn)行改造改革，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在實(shí)施中不僅能利于學(xué)生對課程核心知識(shí)和專業(yè)技能的掌握，也可有效促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與實(shí)際工程理念。深入探索和推廣CDIO教學(xué)理念，推進(jìn)系統(tǒng)性的高職CDIO工科教育模式的改革，引導(dǎo)相關(guān)專業(yè)建設(shè)和課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容和方法改革，更有利于創(chuàng)新型技術(shù)技能人才的培養(yǎng)。

表2 “電路印制板設(shè)計(jì)與制作”形成性考核參照標(biāo)準(zhǔn)

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