基于CDIO的電類基礎課程群實踐教學體系構建與實施

盛孟剛 陳洋卓 湯紅忠

摘要：電類基礎課程群實踐教學是電類專業(yè)的專業(yè)基礎實踐環(huán)節(jié)，基礎性和知識的邏輯性強，具有廣闊的工程背景。為提高學生學習主動性和團隊合作意識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識與工程實踐能力，引入CDIO教育理念，對該課程群實踐教學體系進行改革與探索，通過課程群實踐環(huán)節(jié)的實施，使學生認識到產品與專業(yè)課程之間的有機聯系，使得學生得到了CDIO所要求的四大能力的初步訓練，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：CDIO；課程群；實踐教學；教學體系

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0193-02

一、引言

電類基礎實踐課程技能的掌握程度直接決定了電類專業(yè)畢業(yè)生作為電子設計人員在技術上能達到的高度。CDIO教育模式將理論落到實處，各個教學環(huán)節(jié)都圍繞“項目設計”，強調學生作為主體參與整個項目設計過程，能夠有效激發(fā)學生對學科領域知識的學習興趣，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和研究能力具有重要的意義。

二、CDIO工程教育模式下電類基礎實踐課程改革的必要性

我國高校電子信息與電氣工程類專業(yè)培養(yǎng)方案中一般都設有電路和電子技術及相關的實驗、課程設計和實習等實踐教學環(huán)節(jié)，其中實踐教學環(huán)節(jié)主要進行的是課程原理的分析與驗證，大多為單一知識點的應用。大多數同學修完相應學分后還是不了解行業(yè)背景、實際電子產品的設計過程，以及對所學基礎知識對后續(xù)專業(yè)學習的影響?；贑DIO工程教育理念從低年級入手讓學生初步了解完成一件產品，從需求分析、經濟決策、設計構思、制作調試等方面感受產品研發(fā)過程，為后續(xù)工程實踐打下基礎，通過分階段的工程教育使學生主動綜合所學知識，分析和探究遇到的工程問題，培養(yǎng)初步的工程意識。

三、基于CDIO的電類基礎實踐課程目標

現代工程教育理論表明，工程師必須具備廣泛的個人能力、人際溝通能力以及產品、過程及系統(tǒng)的構建能力，這些能力保證學生在實際社會和企業(yè)背景環(huán)境下的團隊工作中發(fā)揮重要作用。由此，根據社會和企業(yè)對人才的需求，結合CDIO能力大綱，我校在低年級電類基礎課程群實踐環(huán)節(jié)針對學生工程基礎知識、個人能力、人際溝通能力和工程系統(tǒng)構建能力四個層面，綜合培養(yǎng)達成學生預定能力目標。

課程建設目標從三個方面考慮，首先是讓學生了解工程實踐的背景環(huán)境，如經濟、歷史、環(huán)境、顧客和社會的需求等，了解現代企業(yè)期待的工科畢業(yè)生的個人能力，認識社會和企業(yè)的需求和問題，明確學習目標，提高主動學習意識。其次通過產品需求分析、經濟決策、設計制作及調試等實踐環(huán)節(jié)，初步構建電子系統(tǒng)的基本框架，基于探究和解決問題的學習方式提取產品的關鍵技術，為后續(xù)課程的學習和工程能力的培養(yǎng)打下基礎。最后通過工程實踐體會工程師在工作中最重要的能力：搜集和分析信息，在團隊中有效地工作，進行有效溝通，自主學習等。

四、電類基礎課實踐課程體系建設

根據CDIO教學大綱建立層次性電類基礎課程群實踐教學體系，如基本操作技能訓練層、驗證實驗層、模塊設計與綜合應用層、系統(tǒng)設計與創(chuàng)新實踐層等，即含有電子產品基本技能訓練、基本原理的實驗驗證、產品的構思、設計及制作等，形成基本技能訓練→實踐應用→創(chuàng)新研究的三階段實踐教學體系，并細分為階梯狀的4個不同層次實踐教學模塊，構建如圖1所示的實驗教學體系，這些教學活動分別在課程群中各實踐環(huán)節(jié)中落實，使學生掌握學科基礎知識的同時，強調個人能力、人際協(xié)調能力、產品及系統(tǒng)構建能力的基本訓練。其中，第一層次掌握正確使用各類電子儀器儀表、基本測量和研究方法、工程中常用的電氣控制設備和裝置的使用等，激發(fā)學生的實踐興趣并使其意識到實踐環(huán)節(jié)的重要性；第二層次是驗證實驗層，即驗證專業(yè)基礎理論的實驗，從理論到實踐，掌握實踐操作和仿真分析的初步技能；第三層次是學生從基礎到綜合的一個過渡階段，通過某些簡單功能系統(tǒng)的分析和設計，掌握系統(tǒng)設計的基本方法；第四層次是系統(tǒng)性實驗，主要是通過前三個階段的訓練，進一步培養(yǎng)學生的綜合和系統(tǒng)設計能力，在實踐層面上，初步形成工程推理與問題解決技能、實驗與知識發(fā)現技能、系統(tǒng)思維能力等。

五、CDIO工程教育模式與電類基礎課實踐環(huán)節(jié)的具體結合

本次研究以電工電子工藝實習“收音機的安裝與調試”項目為例，具體介紹電類基礎課實踐教學環(huán)節(jié)的CDIO工程教育模式。（1）構思階段。學生分組通過搜集和分析資料提出問題，如收音機是什么？收音機的使用需求有哪些？收聽廣播電臺需要什么條件？收音機的工作原理是什么？電路的設計需求有哪些？有哪些方法能實現收音機功能等。通過各種渠道了解該項目的理論基礎，然后每個小組學生將搜集掌握的知識匯總整理，討論交流，提出實驗設計思路及解決方案，分析實驗中的種種關鍵因素。（2）設計階段。學生根據已掌握的理論知識，確定采用哪種方法實現收音機功能；電路各功能模塊的設計；成本核算，培養(yǎng)學生將技術與成本、經濟相結合的能力；確定測試的方案等，根據設計方案分模塊進行仿真實驗，對實驗結果進行驗證。（3）實施階段。根據設計方案選擇合適的電子元器件，制作PCB電路板，實現硬件電路的搭建以及電路的調試。首先學生要查閱相關的電子器件資料，熟悉常用電子器件的類別、型號、規(guī)格、性能及其使用范圍，掌握識別和測試元器件的能力；其次要掌握基本的焊接技術，熟悉電子產品的裝配流程；最后要掌握查找和排除電子電路故障的方法，整個實驗過程中各小組成員積極配合完成任務，遇到問題時先從原理上分析原因，培養(yǎng)理論與實際相結合的能力；分析并討論解決辦法，重新構思設計等。這種模式培養(yǎng)了學生團隊協(xié)作與交流，以及分析解決問題的能力。（4）運行階段。對前三個階段做出的電路，對比市場收音機的功能，進行優(yōu)化，重新審視設計過程中各種實驗現象，分析問題出處及原因，嘗試解決問題。作品完成后每個小組制作PPT講解整個項目的設計思路及產品制作過程中出現的問題及解決方案，由小組自評、互評和老師綜合評價設計成績。這種方式有利于學生理論知識的互補，也利于提高學生的溝通能力。此外，通過各小組學生對收音機制作與調試的親身體驗，引導學生學會將理論知識進行拓展，找出生活和工作中的相關實例，進一步加深對電類基礎理論的理解，有利于知識的鞏固。整個項目過程按照構思、設計、實現、運行的步驟，以項目為指導，學生為主體，教師引導的工程教育新模式，使學生由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，遇到問題積極尋找分析和解決方案，團隊協(xié)作，勇于質疑與創(chuàng)新，達到了工程教育的教學效果。

六、結束語

總之，通過以上實踐環(huán)節(jié)的訓練，學生基本克服了電類專業(yè)大學生早期專業(yè)學習中常有的一些缺點，初步培養(yǎng)和提高了個人能力、團隊交流及創(chuàng)新思維的能力，達到了預期要求。由于電類基礎實踐環(huán)節(jié)在整個電類CDIO教學環(huán)節(jié)中起著承前啟后的作用，因此我們在實踐過程中要不斷完善訓練模式，使學生不斷得到構思、設計、實施與運行的訓練機會。同時，我們注意到此時學生尚未掌握太多的專業(yè)知識，因此在實踐過程中主要側重考查學生的學習主動性、構思與設計能力、團隊協(xié)作與溝通交流能力以及創(chuàng)新思維能力等，使學生了解產品的制作過程，加深感性認識，從而有目的、有系統(tǒng)地規(guī)劃未來的專業(yè)學習。

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