CDIO模式下電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目式教學(xué)研究與探索

楊　婷，　劉沛津，　彭莉峻

(西安建筑科技大學(xué) 電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，西安 710055)

0　引　言

隨著電子技術(shù)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，為培養(yǎng)高素質(zhì)的電子技術(shù)應(yīng)用型人才，電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)已成為高等工科教育中必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)之一[1]。工科學(xué)生必須跟上電子技術(shù)發(fā)展的步伐，增強(qiáng)工科專業(yè)學(xué)生的電子技術(shù)工程創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)[2]。

CDIO教育模式是當(dāng)前國際工程教育最新發(fā)展方式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力，強(qiáng)調(diào)扎實(shí)的基礎(chǔ)和完成項(xiàng)目的綜合能力[3-5]。而工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)踐環(huán)節(jié)要求是，學(xué)生具有系統(tǒng)的工程實(shí)踐學(xué)習(xí)能力，這兩點(diǎn)不謀而合。近年來，依據(jù)教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見(教高[2005]1號)》中有關(guān)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中的“大力加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，切實(shí)提高大學(xué)生的實(shí)踐能力”“積極推動研究生教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”等意見和精神，作者所在學(xué)校始終把提高教學(xué)質(zhì)量作為教育教學(xué)的核心工程，明確提出：要以培養(yǎng)學(xué)生動手能力、綜合素質(zhì)和工程應(yīng)用能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識為教學(xué)工作的目標(biāo)。電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)作為保證和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，教學(xué)模式需要不斷的革新，在工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和CDIO模式下，在學(xué)校激勵政策的引導(dǎo)下探索一條適應(yīng)時(shí)代發(fā)展、符合國際化工程師要求的電子工程師。

1　傳統(tǒng)教學(xué)模式

工程教育認(rèn)證的核心理念是以學(xué)生為中心的人才培養(yǎng)、產(chǎn)出導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)和持續(xù)改進(jìn)的質(zhì)量保障機(jī)制[6-7]。CDIO核心是讓學(xué)生主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)。學(xué)生通過項(xiàng)目構(gòu)思設(shè)計(jì)以及實(shí)施運(yùn)作，能夠主動學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、積極合作[8-12]。而電子技術(shù)作為很重要的服務(wù)性學(xué)科，支撐各學(xué)科建設(shè)及發(fā)展，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式直接影響多個(gè)學(xué)科的工程教育專業(yè)認(rèn)證。目前，高校傳統(tǒng)電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)模式主要包括：隨理論課程進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課教學(xué)模式。

1.1　傳統(tǒng)隨理論課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

對于所有工科非電類學(xué)生，傳統(tǒng)隨電子技術(shù)課程進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容一致，教材統(tǒng)一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱一致，沒有突出專業(yè)特色。受基礎(chǔ)性學(xué)科限制，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多以驗(yàn)證性、綜合性為主，設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性很少；實(shí)踐教學(xué)以教師為主體，通過講授、演示灌輸知識給學(xué)生。學(xué)生被動的接受知識，缺乏主觀能動性，實(shí)驗(yàn)考核多以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，實(shí)踐教學(xué)成果不突出，達(dá)不到預(yù)期的實(shí)踐教學(xué)效果。

1.2　不同專業(yè)獨(dú)立設(shè)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

改革了傳統(tǒng)隨課程進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，針對不同專業(yè)特色開設(shè)不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，解決了電子技術(shù)適應(yīng)不同專業(yè)，服務(wù)于各學(xué)科的重要性。對于電類專業(yè)，將模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、PLC可編程控制器技術(shù)、EDA等多門課程內(nèi)容相互融合，獨(dú)立開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)課程；對于工科非電類專業(yè)，突出電子技術(shù)對各專業(yè)學(xué)科的技術(shù)支撐，結(jié)合各專業(yè)特色開設(shè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程。相比傳統(tǒng)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多層次多樣化，實(shí)驗(yàn)考核以實(shí)驗(yàn)報(bào)告+技能測試為主，但實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍以教師為主，學(xué)生難以與工程實(shí)際結(jié)合，脫離社會及企業(yè)對工程師的要求。學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力得不到提高，缺乏對工程項(xiàng)目整體性、過程性的認(rèn)識，難以對學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練和全面檢驗(yàn)，更談不上工程素質(zhì)和工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

2　基于CDIO電子技術(shù)實(shí)踐教學(xué)

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)是高等教育中培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、綜合創(chuàng)新能力、專業(yè)應(yīng)用能力，全面推進(jìn)工程教育的最基本實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)之一。為了達(dá)到上述目標(biāo)，必須以先進(jìn)的教育理念為指導(dǎo)思想，以工程教育專業(yè)認(rèn)證實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，不斷探索與革新電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。圖1為基于CDIO理念的電子技術(shù)教學(xué)模式。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式結(jié)合先進(jìn)的CDIO和美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的能力成熟度模型CMM[8]，體現(xiàn)了不同年紀(jì)、不同對象、不同等級、不同專業(yè)、不同能力培養(yǎng)的多層次、多元化教學(xué)模式，在此模式中，CDIO貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其中，基礎(chǔ)技能級面向大一新生，主要培養(yǎng)基本操作技能；實(shí)踐訓(xùn)練級面向大二學(xué)生，主要鍛煉綜合技能；專業(yè)實(shí)訓(xùn)級面向大三學(xué)生，主要培養(yǎng)電子技術(shù)應(yīng)用于各專業(yè)的技能；工程應(yīng)用級面向大四學(xué)生，主要培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力、協(xié)調(diào)能力、工程意識。為了實(shí)現(xiàn)這種多層次、多元化的教學(xué)模式，必須制定科學(xué)完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)手段及方法、教學(xué)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評價(jià)機(jī)制等。

圖1　基于CDIO理念的電子技術(shù)教學(xué)模式

2.1　教學(xué)內(nèi)容

依據(jù)工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及CDIO模式，電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置體現(xiàn)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，內(nèi)容設(shè)置分為三類，分別是創(chuàng)新性、競賽性、學(xué)科前沿及自主選題型。創(chuàng)新性項(xiàng)目主要依托電子課程設(shè)計(jì)選題，其目的是讓課程設(shè)計(jì)具體化、實(shí)施化，達(dá)到課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)；競賽性主要以大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為導(dǎo)向，給學(xué)生提供一個(gè)切實(shí)的平臺；學(xué)科前沿及自主選題型主要依托結(jié)合專業(yè)特色的科研項(xiàng)目、CDIO主題思想的項(xiàng)目等，主要目的是提供給教師一個(gè)學(xué)科平臺，為各學(xué)科學(xué)生建立一個(gè)聯(lián)系的平臺。電子技術(shù)創(chuàng)新性項(xiàng)目設(shè)置如圖2所示。

2.2　教學(xué)手段及方法

教學(xué)手段采取項(xiàng)目式教學(xué)，按照產(chǎn)品和項(xiàng)目開發(fā)的整個(gè)周期進(jìn)行實(shí)施，包括產(chǎn)品項(xiàng)目的構(gòu)思方案、設(shè)計(jì)原理、計(jì)算機(jī)仿真測試、產(chǎn)品選材、制作、調(diào)試、運(yùn)行、測試等環(huán)節(jié)。在整個(gè)項(xiàng)目式教學(xué)過程中，遵從 “構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行”的CDIO工程教育理念，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力和職業(yè)道德等。電子技術(shù)項(xiàng)目式教學(xué)過程中，教師組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)選取合理的工程性項(xiàng)目、制定科學(xué)、公正的考核評價(jià)體系，學(xué)生在教學(xué)過程中為主體，項(xiàng)目選定后組隊(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。下面以“數(shù)字電子秒表”為例，說明具體的實(shí)施過程：

圖2電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置

(1) 項(xiàng)目構(gòu)思階段。查找資料、選定方案、優(yōu)化內(nèi)容。數(shù)字電子秒表項(xiàng)目選定后，學(xué)生分別查找組成電子秒表的基礎(chǔ)資料，包括RS觸發(fā)器、555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、74LS90計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路，然后組隊(duì)進(jìn)行討論交流、選定設(shè)計(jì)方案。在此過程中，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識的能力。

(2) 項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段。原理設(shè)計(jì)、仿真測試、參數(shù)整定。教師對方案進(jìn)行論證，通過后學(xué)生設(shè)計(jì)電子秒表原理圖，利用Multisim、電子電路實(shí)訓(xùn)軟件進(jìn)行仿真測試。教師對設(shè)計(jì)原理進(jìn)行核查，確保設(shè)計(jì)正確合理，在此設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生自主設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了學(xué)生綜合創(chuàng)新意識。

(3) 項(xiàng)目實(shí)施階段。PCB板圖設(shè)計(jì)、PCB制作、焊接、調(diào)試、測量等。學(xué)生分工合作，統(tǒng)計(jì)元器件，列出清單，制作PCB板、元器件布局、焊接、調(diào)試、測量。實(shí)施階段鍛煉學(xué)生綜合創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

(4) 項(xiàng)目運(yùn)行階段。作品匯報(bào)、項(xiàng)目結(jié)題。在數(shù)字電子秒表最后階段，學(xué)生需要對此產(chǎn)品進(jìn)行匯報(bào)結(jié)題，由教師及學(xué)生雙方對項(xiàng)目作出評價(jià)。

在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐過程中，學(xué)生為主體，主動學(xué)習(xí)、自主實(shí)踐，通過在設(shè)定的教學(xué)項(xiàng)目中，獨(dú)立或者團(tuán)隊(duì)完成項(xiàng)目處理的全過程，包括：各類知識的搜集整理、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的協(xié)調(diào)溝通、項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施過程及最終評價(jià)等。項(xiàng)目教學(xué)法把傳統(tǒng)教學(xué)模式中以“教師、教材、課堂”為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩W(xué)生、學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)效果”為中心，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”，與CDIO所倡導(dǎo)的教育理念不謀而合[13-14]，與工程教育認(rèn)證的以學(xué)生為中心的人才培養(yǎng)核心理念一致[6-7]。

2.3　開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境

建立電子技術(shù)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，采用現(xiàn)代工程軟件使得學(xué)生有更多學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行項(xiàng)目、產(chǎn)品過程和系統(tǒng)構(gòu)建、設(shè)計(jì)仿真，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。建立綜合實(shí)訓(xùn)室、CDIO主題實(shí)驗(yàn)室，作為學(xué)生自主創(chuàng)新的工程實(shí)踐平臺，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力。建立開放性的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺，自制突出綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的儀器設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。圖3所示為電工電子實(shí)驗(yàn)中心自制電子技術(shù)儀器，圖4所示為電子電路綜合仿真實(shí)訓(xùn)軟件界面。

圖3　自制電子技術(shù)儀器

圖4　電子電路綜合仿真實(shí)訓(xùn)軟件界面

2.4　實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評價(jià)機(jī)制

改革傳統(tǒng)教學(xué)模式中以實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)習(xí)報(bào)告、考試的評價(jià)機(jī)制，制定一個(gè)充分體現(xiàn)項(xiàng)目式教學(xué)效果的考核機(jī)制。依照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、CDIO評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)從學(xué)生實(shí)習(xí)態(tài)度、能力(知識和技能)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、創(chuàng)新能力等多個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)[15]。

評價(jià)機(jī)制貫穿整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，分為態(tài)度評價(jià)、能力評價(jià)、團(tuán)隊(duì)及創(chuàng)新綜合能力評價(jià)等。態(tài)度評價(jià)考核學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、對實(shí)驗(yàn)的重視度、實(shí)踐過程中的處理問題的態(tài)度及能力；能力評價(jià)考核學(xué)生的基礎(chǔ)知識、操作技能、判斷實(shí)驗(yàn)故障及處理等；團(tuán)隊(duì)及創(chuàng)新綜合能力評價(jià)主要考核學(xué)生創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)合作能力、組織能力等。在評價(jià)過程中，注重考核學(xué)生工程素質(zhì)，評價(jià)多元化，項(xiàng)目實(shí)施的四個(gè)環(huán)節(jié)有各自的權(quán)重，且態(tài)度評價(jià)、能力評價(jià)、團(tuán)隊(duì)及創(chuàng)新綜合能力評價(jià)也占有各自的比重，科學(xué)的考核學(xué)生工程創(chuàng)新能力。

3　結(jié)　語

電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作為銜接學(xué)生學(xué)習(xí)與企業(yè)生產(chǎn)的重要橋梁之一，其教學(xué)模式至關(guān)重要，CDIO模式下電子技術(shù)的項(xiàng)目式教學(xué)模式，改革了傳統(tǒng)教學(xué)的不足，以項(xiàng)目為主體，以培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新能力為主線，很好地發(fā)揮了學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中4個(gè)階段的主觀能動性，培養(yǎng)了學(xué)生的工程知識、工程技能、創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。很好地保證了多個(gè)專業(yè)進(jìn)行工程教育認(rèn)證，有利于實(shí)現(xiàn)國際化工程師的培養(yǎng)。

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