基于CDIO的電工電子實驗教學(xué)信息化建設(shè)研究與實踐

劉艷　孫科學(xué)　張昀　丁可柯

【摘 要】對電工電子實驗教學(xué)進行了深入探討和改革，利用CDIO工程教育模式，開展實驗教學(xué)信息化建設(shè)，注重實驗教學(xué)案例，優(yōu)化項目教學(xué)流程，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，增強解決實際工程問題的能力。

【關(guān)鍵詞】CDIO工程教育；電工電子實驗教學(xué)；教學(xué)改革

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果之一。從2000年起麻省理工學(xué)院和瑞典皇家工學(xué)院等4所大學(xué)創(chuàng)立了CDIO工程教育理念，并成立了以CDIO命名的國際合作組織。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）[1-2]。它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)工程?；贑DIO的工程教育教學(xué)是指學(xué)生利用課外時間完成基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)及工程項目的構(gòu)思，課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所，包括答疑解惑設(shè)計中的問題、知識的實現(xiàn)和運用等，加強實踐教學(xué)、強化電子實踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、突出系統(tǒng)概念以及軟硬件的聯(lián)系，從而達到更好的教育效果[3]。

1 如何把CDIO工程教學(xué)理念引入到電工電子實驗教學(xué)中

由于電工電子實驗課程的特殊性，實驗教學(xué)與操作的場地被局限于實驗室。如何能夠讓學(xué)生讓隨時地學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)電子實驗中的知識？在本校的電工電子實驗教學(xué)信息化建設(shè)中，引入CDIO工程教育的理念，提出了一個更高效的解決方案。

電子實驗教學(xué)體系是由若干個知識點構(gòu)成的。教師在教學(xué)設(shè)計過程中，按照CDIO工程教育的理念，把課程體系的知識點分解到不同的子項目教學(xué)案例中，每個子項目案例目標(biāo)明確，易于學(xué)生接受。每個子項目的知識點在信息化建設(shè)過程中被制作成微視頻，短小精悍，重點突出。學(xué)生在分析實驗項目過程中，把應(yīng)用到的內(nèi)容映射到課程體系中的各個知識點。這是一個互逆的過程。通過預(yù)學(xué)習(xí)和實踐等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)工程。

基于CDIO電工電子實驗教學(xué)信息化建設(shè)，教師設(shè)計實驗教學(xué)案例，把課程體系中的知識點分解到每個子項目，每個子項目在實施過程中，按照四個階段實施，分別是構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate）四個階段。在構(gòu)思階段，分為教師課題布置、學(xué)生課前預(yù)習(xí)；在設(shè)計階段學(xué)生分解實驗項目，分為子項目設(shè)計、子項目仿真等；在實現(xiàn)階段，教師審核設(shè)計方案，學(xué)生開始電路搭建；在運作階段，學(xué)生系統(tǒng)調(diào)試及系統(tǒng)完善，教師驗收成果，器件回收利用。學(xué)生以工程項目流程、控制時間成本以及材料成本的觀點來進行電工電子實驗實踐。

在整個教學(xué)過程中，運用CDIO工程教育理念，具有很強的的可操作性實踐性，明確教學(xué)信息，重新構(gòu)建了學(xué)習(xí)流程。讓學(xué)生在“帶著問題去學(xué)習(xí)”，親自動手實踐去解決問題。在整個教學(xué)過程中，學(xué)生成為主體，成為演員，教師成為導(dǎo)演。

2 實驗教學(xué)方法改善：研究教學(xué)方法，實現(xiàn)教學(xué)手段的信息化和現(xiàn)代化

2.1 運用CDIO工程教育理念，重新構(gòu)建學(xué)習(xí)流程

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的成果之一。在實驗課程教學(xué)中，教師注重案例設(shè)計，明確教學(xué)目標(biāo)，建立項目的概念，讓學(xué)生以主動的、實踐的方式學(xué)習(xí)工程。學(xué)生利用課外時間完成基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，工程項目的構(gòu)思。課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所，包括答疑解惑設(shè)計中的問題、知識的實現(xiàn)和運用等，達到更好的教育效果。在教學(xué)過程中，“以學(xué)生為中心，突出自主學(xué)習(xí)能力”，采用不同的設(shè)計策略，在盡可能簡約、精練的前提下，在工程實踐項目設(shè)計上進行突破與創(chuàng)新。

2.2 開展實驗教學(xué)信息化建設(shè)，開展翻轉(zhuǎn)課堂，微課教學(xué)等

利用信息化技術(shù)（如教學(xué)視頻、移動技術(shù)、云技術(shù)），構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)課堂，讓學(xué)生利用碎片時間來學(xué)習(xí)。在教學(xué)過程中，加強理論性講解，克服課堂教學(xué)的隨意性；突出操作性，克服課堂教學(xué)的單一化；增強靈活性，克服課堂教學(xué)模式化。在實驗方案設(shè)計上，鼓勵學(xué)生參與設(shè)計，鼓勵多樣化設(shè)計，強調(diào)預(yù)習(xí)與仿真驗證，鼓勵學(xué)生在教師講解后重新歸納和整理知識點，強調(diào)獨立的動手，通過學(xué)生仿真和動手實驗，課程內(nèi)容進行鞏固和提高。這些教學(xué)形式的變化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。

2.3 尊重學(xué)生的差異，開展不同層次的實驗教學(xué)

尊重學(xué)生的差異，小班化一對一教學(xué)，完成不同層次的實驗內(nèi)容。建立多樣化的學(xué)習(xí)目標(biāo)，滿足學(xué)生的不同需求，實現(xiàn)多層次目標(biāo)化實驗教學(xué)[4]。遵從“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體，訓(xùn)練為主線”的教學(xué)原則。教學(xué)過程是師生共同參與的過程，并且時時把學(xué)生放在主體地位。運用CDIO工程教育理念，控制學(xué)習(xí)過程。信息化建設(shè)使學(xué)生能夠利用“碎片時間”來學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)基礎(chǔ)知識，在實驗教學(xué)課堂上重點解決問題，不同實驗方案的討論。調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣、旺盛的求知欲、積極的探索精神；自頂向下，明確帶有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生的興趣，促進學(xué)生對整個課程的融會貫通。

3 電工電子實驗教學(xué)信息化建設(shè)創(chuàng)新與效果

在實驗教學(xué)方法上，引進團隊教學(xué)和研究性教學(xué)方法。探索全新的教學(xué)改革策略，開展團隊教學(xué)和研究性教學(xué)，精心設(shè)計教學(xué)案例，信息化建設(shè)實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和操作能力，重視學(xué)生綜合能力提升。

在實驗教學(xué)效果上，加強學(xué)生電子設(shè)計的應(yīng)用知識，解決問題的能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力。指導(dǎo)學(xué)生開展課內(nèi)外立體化訓(xùn)練，適合不同層次不同專業(yè)學(xué)生，使學(xué)生的知識、能力、素質(zhì)綜合協(xié)調(diào)發(fā)展的發(fā)展，探索采用課內(nèi)外一體，教學(xué)與科研、教學(xué)與創(chuàng)新工程相結(jié)合的方法。

強化校企合作，共同培養(yǎng)人才。高校和企業(yè)相結(jié)合、相輔相成、優(yōu)勢互補、協(xié)同培養(yǎng)工程技術(shù)人才，是今后工科院校辦學(xué)的趨勢。本校先后與美國ALTERA公司、美國TI公司、XILINX公司等中外知名企業(yè)合作，利用企業(yè)提供的技術(shù)支持，包括硬件支持和軟件支持，培養(yǎng)學(xué)生參與全國電大學(xué)生電子競賽等實踐項目。提高學(xué)生電子設(shè)計的應(yīng)用知識的能力，解決問題的能力工程實踐能力和創(chuàng)新。

長期以來，本校十分重視學(xué)生多層次創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，一直把提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、提高學(xué)生的就業(yè)競爭力作為辦學(xué)的主要目標(biāo)之一。在教學(xué)過程中，緊扣學(xué)校的辦學(xué)目標(biāo)，在電工電子實驗信息化建設(shè)中，引入CDIO工程教育理念，提高學(xué)生對新知識、新技術(shù)的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力，全面提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。采用目標(biāo)化教學(xué)，實踐從課本理論到實際應(yīng)用的過程，能夠迅速提高學(xué)生的興趣，使學(xué)生在設(shè)計算法的同時，享受到自己學(xué)習(xí)成功的喜悅感和成就感，從而極大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和創(chuàng)造性。

【參考文獻】

[1]查建中.論“做中學(xué)”戰(zhàn)略下的CDIO模式[J].高等工程教育究，2008，03：1-6.

[2]顧佩華，沈民奮，李升平，莊哲民，陸小華，熊光晶.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學(xué)工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究，2008，01：12-20.

[3]馬知遠，朱旭芳.以實踐教學(xué)為主線的電子技術(shù)系列課程教學(xué)模式[J].實驗室研究與探索，2015，11：213-216.

[4]李宗平，張戰(zhàn)鋒.基于自主性、開放性和創(chuàng)新性的電工電子實驗教學(xué)體系的構(gòu)建[J].實驗室科學(xué)，2013，02：168-171.

[責(zé)任編輯：王楠]