CDIO教學(xué)法在模電課程中的應(yīng)用與探討

摘要：文章探討基于CDIO教學(xué)理念進(jìn)行學(xué)生模電課程的教學(xué)改革，介紹了該課程教學(xué)改革的基本思想，在教學(xué)方法、考試方法等方面進(jìn)行的一系列改革措施。該教改項(xiàng)目不同于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在教學(xué)中教師和學(xué)生不是以往的臺(tái)上講課臺(tái)下聽課，希望學(xué)生主動(dòng)思考設(shè)計(jì)和完成教學(xué)內(nèi)容，將以往的被動(dòng)接受教育轉(zhuǎn)為學(xué)生自主設(shè)計(jì)和實(shí)施。以CDIO為理念的教學(xué)方法可提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力與綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：CDIO模式；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）09-0154-02

引言

我國高等工科的教育實(shí)踐中存在不少問題，如重理論輕實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)個(gè)人忽視團(tuán)隊(duì)等等，這些就是需要我們教育一線工作者去探索和研究的方向。

因此，在本次模電課的教學(xué)改革中，筆者學(xué)習(xí)國際先進(jìn)的CDIO教育理念[1-4]，結(jié)合我國和我校的工科培養(yǎng)目標(biāo)，以模電課程教學(xué)為平臺(tái)培養(yǎng)學(xué)生的工科能力。此能力不僅包括個(gè)人的專業(yè)知識(shí)，而且包括學(xué)生人際能力和對產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)建能力等。

一、CDIO教學(xué)

CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果。美國麻省理工大學(xué)等四所大學(xué)經(jīng)過多年探索研究，2004年創(chuàng)立了CDIO工程教育理念。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）和運(yùn)作（Operate）。2017年4月為止，共有104所高校自愿加入CDIO工程教育聯(lián)盟。

和傳統(tǒng)教學(xué)相比，CDIO以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程專業(yè)知識(shí)。CDIO的典型教學(xué)過程是學(xué)生根據(jù)選擇的產(chǎn)品任務(wù)，以小組為單位，開始協(xié)商構(gòu)思產(chǎn)品所需的一切材料，即所謂的構(gòu)思Conceive。根據(jù)構(gòu)思好的路線，組內(nèi)學(xué)生分頭查找資料獲取知識(shí)，然后相互交流所獲得的知識(shí)，共同設(shè)計(jì)Design產(chǎn)品。學(xué)生用自主學(xué)習(xí)獲得的知識(shí)來促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題的解決，這是具體的實(shí)施Implement。問題解決后，學(xué)生們還需要自我反思和評價(jià)，組內(nèi)討論和匯報(bào)，這可以是產(chǎn)品后期的總結(jié)更新運(yùn)作Operate。整個(gè)教學(xué)單元中，教師的身份是路徑引導(dǎo)而不是知識(shí)灌輸，以啟發(fā)鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考為主，輔以組內(nèi)學(xué)生相互討論。

二、模電實(shí)踐課程

模電實(shí)踐課程通過實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生在基本概念、基本操作技能上都得到鞏固和提高，并且培養(yǎng)學(xué)生對具體電路的綜合分析能力和創(chuàng)新能力。

該課程基本要求：

1.學(xué)會(huì)一種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。使學(xué)生在正確理解課堂講述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過實(shí)訓(xùn)，掌握基礎(chǔ)電路、模擬電路的仿真技術(shù)。

2.掌握一種實(shí)踐技能。使學(xué)生完成相關(guān)實(shí)訓(xùn)所要求的各種實(shí)驗(yàn)，能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，能對電路的性能、參數(shù)的改進(jìn)提出具體措施和建議。

3.動(dòng)手能力的訓(xùn)練。通過實(shí)訓(xùn)，使學(xué)生掌握電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中常用信號(hào)源、測試儀器的使用和調(diào)節(jié)方法，培養(yǎng)學(xué)生對電子設(shè)備的認(rèn)知能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

三、模電實(shí)踐課程的CDIO教改方案

1.教學(xué)模式改革。從課堂講授為主輔之以案例分析、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和課堂討論的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎诋a(chǎn)品研發(fā)（CDIO）”教學(xué)為主，以多媒體技術(shù)支持的課堂講授為輔的教學(xué)模式。

教學(xué)模式的改革服務(wù)于課程核心目標(biāo)從“使學(xué)生了解并掌握模電基本概念”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆箤W(xué)生能夠觀察電路、理解電路和研究電路”的根本目標(biāo)。例如對“功率因數(shù)提高”，筆者設(shè)計(jì)以下幾個(gè)主要問題：（1）什么是功率因數(shù)？（2）功率因數(shù)提高的意義？（3）什么是感性電路和容性電路？（4）針對不同電路，如何提高功率因數(shù)？（5）如何鑒定電路的功率因數(shù)已經(jīng)被提高？

每次課程教學(xué)時(shí)間分為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并行的兩部分，理論教學(xué)時(shí)間以教師講授與小組討論的方式解決“基于問題的學(xué)習(xí)”中遇到的問題和梳理學(xué)習(xí)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)；實(shí)踐教學(xué)時(shí)間學(xué)生帶著問題進(jìn)入，搭建電路和測試電路概念，驗(yàn)證理論、提煉理論[5-11]。

2.教學(xué)方法改革。CDIO實(shí)施過程中，每次課前將項(xiàng)目目標(biāo)發(fā)給學(xué)生，和學(xué)生一起討論任務(wù)的可操作性。給學(xué)生提供可選擇的目標(biāo)產(chǎn)品任務(wù)，由學(xué)生根據(jù)專業(yè)愛好和能力側(cè)重來組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。

在CDIO模電教學(xué)課中，首先由老師和學(xué)生共同進(jìn)行電路實(shí)踐課程的理論分析。根據(jù)每組選擇的產(chǎn)品目標(biāo)所可能涉及的新的專業(yè)知識(shí)和必需的工程材料，組內(nèi)同學(xué)輪流發(fā)表自己的看法。最好由學(xué)生選出此次項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，然后由該組長做總結(jié)發(fā)言，并布置分配任務(wù)。這是集體合作的構(gòu)思和設(shè)計(jì)。針對每個(gè)人的任務(wù)，學(xué)生需要自我獨(dú)立去構(gòu)思設(shè)計(jì)。

最后根據(jù)小組提出的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行電路實(shí)踐驗(yàn)證。若比較難，學(xué)生暫時(shí)無法解決時(shí)，教師需要引導(dǎo)學(xué)生獲取新的知識(shí)點(diǎn)，比如查找科技文獻(xiàn)和材料作用替代等。

每個(gè)教學(xué)單元結(jié)束前，各組長做總結(jié)歸納，任課教師點(diǎn)評各組和組內(nèi)學(xué)生。這需要教師全程參與每組每個(gè)學(xué)生的CDIO中，工作量會(huì)急劇增加，卻提高了教師一體化教學(xué)能力，有助于教師針對每個(gè)學(xué)生給出實(shí)事求是和客觀的評定。

3.教學(xué)評價(jià)改革。依據(jù)CDIO教學(xué)理念，課程的CDIO教改方案建立的考核成績具體計(jì)算如下：

課程考核成績=平時(shí)理論考核成績（15%）+平時(shí)實(shí)驗(yàn)考核成績（15%）+平時(shí)學(xué)生互評成績（15%）+平時(shí)教師考核成績（15%）+期未考試成績（40%）

四、基于CDIO教學(xué)法的模電課程教學(xué)結(jié)果

目前取得的成果有：

1.教師自行設(shè)計(jì)的教學(xué)流程和考核體系。

2.指導(dǎo)對實(shí)驗(yàn)感興趣又學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)入更深層次的實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生提高動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力創(chuàng)造條件。

3.通過讓學(xué)生自己構(gòu)思設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行仿真、實(shí)體調(diào)試運(yùn)行，轉(zhuǎn)被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí)，課堂低頭族轉(zhuǎn)為相互討論組。

4.課程作業(yè)為能提供一定功能的實(shí)際產(chǎn)品。邏輯門使用數(shù)量從教改前的幾十門提高到現(xiàn)在的幾百門，還有上千門。

五、結(jié)束語

通過教學(xué)改革，筆者注意到，以CDIO為指導(dǎo)理念的教學(xué)體系優(yōu)點(diǎn)明顯，可以讓學(xué)生很直觀地了解自己所學(xué)的技術(shù)知識(shí)和專業(yè)能力在多大程度上滿足產(chǎn)品的專業(yè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。一體化的教改設(shè)計(jì)，可以明確學(xué)生個(gè)人能力、人際能力和對產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)的構(gòu)建能力，這些都是高等工科教育的培養(yǎng)目標(biāo)，解決了工科學(xué)生的動(dòng)手能力不足等問題。

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