探討基于CDIO理念的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革與實(shí)踐策略

(武清區(qū)職教中心，天津 301700)

電工電子實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，需要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，圍繞學(xué)生開(kāi)展各項(xiàng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)。針對(duì)傳統(tǒng)電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的實(shí)踐性不足、教學(xué)方法單一等問(wèn)題，引入CDIO教育理念可以使課程教學(xué)目標(biāo)更加清晰，進(jìn)而深化實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革，提升教學(xué)質(zhì)量和效率。

一、CDIO教育理念概述

CDIO是四個(gè)英文單詞的首字母縮寫，即Conceive(構(gòu)思)、Design(設(shè)計(jì))、Implement(實(shí)現(xiàn))、Operate(運(yùn)作)。這種教學(xué)理念是基于產(chǎn)品全生命周期形成的，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行，詳細(xì)揭示了學(xué)生需要具備的各方面能力，以及每個(gè)階段應(yīng)開(kāi)展的重點(diǎn)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。將CDIO理念運(yùn)用到電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，不僅與課程教學(xué)內(nèi)容本身高度契合，而且能夠推動(dòng)電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革的深化進(jìn)行，明確學(xué)生的主體地位，從學(xué)生能力發(fā)展需求出發(fā)，設(shè)定教學(xué)內(nèi)容，選擇教育方法。目前，這種先進(jìn)的教育理念已經(jīng)受到了高等教育電工電子教學(xué)的廣泛重視，在其實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的良好結(jié)合，學(xué)生可以在參與項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)的過(guò)程中，獲得綜合素質(zhì)能力的提升。而且基于CDIO教育理念構(gòu)建的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，可以突破傳統(tǒng)電工電子教學(xué)模式的局限性，真正突出實(shí)踐教學(xué)的重要性，讓學(xué)生得到更多的動(dòng)手操作機(jī)會(huì)，并在團(tuán)隊(duì)合作過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力，使其更好的融入到未來(lái)的工作環(huán)境中。

二、基于CDIO理念的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革路徑

(一) 需要解決的問(wèn)題

引入CDIO理念推動(dòng)電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革，首先要分析目前實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，找準(zhǔn)教學(xué)改革方向。從本質(zhì)上來(lái)看，開(kāi)設(shè)電工電子實(shí)訓(xùn)課程的目的是培養(yǎng)電工電子專業(yè)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，幫助學(xué)生完成理論知識(shí)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，同時(shí)可促使學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)得到提升。以往學(xué)院主要采用在電路板上焊接成套器件的方式開(kāi)展電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)，比如組裝半導(dǎo)體收音機(jī)等。這種教學(xué)方式的弊端在于限制了學(xué)生的思維空間、動(dòng)手操作過(guò)程實(shí)際上是按圖索驥、而且技術(shù)更新較為滯后。

在現(xiàn)階段的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革過(guò)程中，需要重點(diǎn)解決以下幾方面問(wèn)題：1.專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)不夠突出，電工電子實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)對(duì)象包括通信工程、電子科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)專業(yè)的學(xué)生。但是在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，未對(duì)不同專業(yè)學(xué)生的個(gè)性化需求進(jìn)行深入分析，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)學(xué)習(xí)情況也不夠了解，采取“大班授課”方式，難以滿足學(xué)生的專業(yè)發(fā)展需求，而且容易因教學(xué)難度控制不合理，使學(xué)生產(chǎn)生畏懼、厭煩的心態(tài)；2.實(shí)訓(xùn)課程內(nèi)容更新滯后，缺乏技術(shù)創(chuàng)新性，比如在講收音機(jī)的電路原理時(shí)，由于涉及到高頻電路的內(nèi)容，非電工專業(yè)學(xué)生理解較為困難。在實(shí)訓(xùn)中，電路出現(xiàn)故障，學(xué)生也不知道如何解決，完全依賴教師，能夠得到的實(shí)際鍛煉有限；3.實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法較為單一和枯燥，比如在前期的實(shí)訓(xùn)課程中，主要教學(xué)任務(wù)是引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)電子元器件，了解電力裝配方法，掌握手工焊接技能。通常也教師講解或演示的方式進(jìn)行授課，在現(xiàn)場(chǎng)電路板上焊接，教學(xué)過(guò)程較為枯燥，缺乏挑戰(zhàn)性。

(二) 實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革方向

針對(duì)上述電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)存在的問(wèn)題，應(yīng)基于CDIO理念的指導(dǎo)，切實(shí)從學(xué)生的實(shí)踐能力提升需求出發(fā)，對(duì)專業(yè)課程教學(xué)模式進(jìn)行改革。在改革過(guò)程中，可以根據(jù)CDIO的基本理念，分別從構(gòu)思能力(C)、設(shè)計(jì)能力(D)、實(shí)現(xiàn)能力(I)和運(yùn)作能力(O)著手，明確電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)的改革方向。首先，在構(gòu)思能力培養(yǎng)方面，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)水平，合理選擇具有一定綜合性的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。讓學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，能夠提出想法、同時(shí)具有一定的挑戰(zhàn)性，從而得到思維能力的鍛煉，逐步提高項(xiàng)目構(gòu)思能力。其次，在設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)方面，應(yīng)真正實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理論方法向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，圍繞實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，并利用現(xiàn)代化教育工具，為學(xué)生提供設(shè)計(jì)平臺(tái)，鍛煉學(xué)生的電路設(shè)計(jì)能力。接下來(lái)，在實(shí)現(xiàn)能力培養(yǎng)方面，則應(yīng)讓學(xué)生從自己設(shè)計(jì)的電路出發(fā)，對(duì)線路進(jìn)行連接和調(diào)試，掌握元器件替換等方法，具備獨(dú)立完成項(xiàng)目的能力。最后，讓學(xué)生充分參與到項(xiàng)目展示和匯報(bào)過(guò)程中，闡述自己的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)應(yīng)用情況，讓學(xué)生的思路更加清晰，實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)內(nèi)容的整合。在這樣的教學(xué)改革方向下，通過(guò)采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，可以徹底改變電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)狀況，促進(jìn)其教學(xué)質(zhì)量的提升。

三、基于CIDO理念的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)實(shí)踐模式

(一) 基于小組合作開(kāi)展實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目探究，培養(yǎng)學(xué)生自主思考能力

按照上述電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革思路，在具體的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，首先應(yīng)堅(jiān)持以實(shí)際項(xiàng)目為依托的人才培養(yǎng)模式。教師在選擇實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目前，可通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)上搜集相關(guān)資訊，或開(kāi)展市場(chǎng)調(diào)查工作，了解行業(yè)內(nèi)的項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)教材中的項(xiàng)目加以補(bǔ)充。結(jié)合對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)情況的考慮，合理設(shè)置實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目難度，并采取分層分組原則，滿足不同層次學(xué)生的實(shí)訓(xùn)鍛煉需求。在選定實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目后，可以第一時(shí)間發(fā)布在校園網(wǎng)上，讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛(ài)好、能力水平，自主選擇項(xiàng)目，最后再由教師進(jìn)行調(diào)配，保證分組的合理性。為了保證學(xué)生的分組項(xiàng)目探究效果，最終的分組情況應(yīng)與項(xiàng)目難度設(shè)置相匹配，確保每個(gè)小組都有完成項(xiàng)目的能力。

在學(xué)生的實(shí)訓(xùn)探究過(guò)程中，教師則應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極與組內(nèi)成員開(kāi)展交流合作，交換想法，在思想的碰撞中檢驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)思，獲得新的啟發(fā)。如果小組成員中產(chǎn)生意見(jiàn)分歧，則需要采用民主協(xié)商辦法，集中探討每種構(gòu)思方案的優(yōu)劣之處，確定最佳的項(xiàng)目方案。在這樣的項(xiàng)目探究過(guò)程中，可以充分發(fā)揮每名學(xué)生的思考能力，讓學(xué)生充分參與到構(gòu)思和探討過(guò)程中，成為電子電工實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的主人。同時(shí)該項(xiàng)目探究過(guò)程也與實(shí)際企業(yè)中的團(tuán)隊(duì)協(xié)作過(guò)程相似，可以讓學(xué)生提前感受團(tuán)隊(duì)合作氛圍，體會(huì)團(tuán)隊(duì)合作的重要性。在此情況下，學(xué)生的思考能力、合作意識(shí)都可以得到明顯提升。特別是在構(gòu)思想法的過(guò)程中，可以發(fā)揮小組探究集思廣益的作用，得到更加優(yōu)化的項(xiàng)目方案，減少后續(xù)設(shè)計(jì)和操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，確保項(xiàng)目任務(wù)的順利完成。

(二) 利用仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的電路設(shè)計(jì)是一個(gè)重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，在確定項(xiàng)目方案后，需要讓學(xué)生親自動(dòng)手設(shè)計(jì)電路。在傳統(tǒng)教學(xué)條件下，這一過(guò)程難以實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，各高校為改善教學(xué)條件，增加基礎(chǔ)設(shè)施資金投入，引進(jìn)了先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備。這為開(kāi)展仿真軟件電路教學(xué)提供了條件。充分利用仿真軟件進(jìn)行項(xiàng)目電路設(shè)計(jì)教學(xué)，可以讓學(xué)生更深刻的理解電路工作原理，并在模擬電路中，完成電路元件安裝、測(cè)量和調(diào)試等工作。目前電工電子技術(shù)發(fā)展迅速，以往由于項(xiàng)目設(shè)備落后，難以開(kāi)展SMT表面貼裝工藝技術(shù)、電子系統(tǒng)電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)先進(jìn)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)不夠了解，在仿真軟件的應(yīng)用下，這些問(wèn)題都可以得到有效解決。教師在學(xué)生利用仿真軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，則負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)和幫助，啟發(fā)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。仿真軟件的應(yīng)用如圖1所示。

圖1 電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)仿真軟件的應(yīng)用

在具體的項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，學(xué)生提交項(xiàng)目方案后，由教師進(jìn)行審核，提出改進(jìn)建議。敲定項(xiàng)目方案后，指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)始進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，但在此過(guò)程中，教師不應(yīng)對(duì)學(xué)生的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行過(guò)多限制，而是在電路設(shè)計(jì)方法方面，為學(xué)生提供更多指導(dǎo)。然后利用仿真軟件的支持下，由學(xué)生自主開(kāi)展電路設(shè)計(jì)工作。首先再次熟悉項(xiàng)目方案，深刻理解電路工作原理，并采用仿真軟件中的虛擬儀表，對(duì)電路參數(shù)和波形的進(jìn)行測(cè)繪，掌握電路元件選用原則。具體應(yīng)做好電壓、電流、小功率穩(wěn)壓電源、閾值報(bào)警電路等方面的設(shè)計(jì)工作，確保電路設(shè)計(jì)方案的可行性。學(xué)生在自主設(shè)計(jì)過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能，首先要對(duì)電路設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)行熟練掌握，避免因電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中引發(fā)故障和危險(xiǎn)。采用仿真軟件設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是不會(huì)真的發(fā)生危險(xiǎn)，可以讓學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)新力，嘗試提出不同的設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)過(guò)程。

(三) 圍繞仿真電路進(jìn)行實(shí)際操作訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力

在完成仿真電路設(shè)計(jì)后，學(xué)生還需要?jiǎng)邮謱?duì)其進(jìn)行連接和調(diào)試，確保電路運(yùn)行的可靠性。此過(guò)程也可以在仿真軟件環(huán)境下完成，在電路通過(guò)仿真運(yùn)行后，再利用面包板進(jìn)行實(shí)際連接和調(diào)試。在進(jìn)行實(shí)際連接前，考慮到安全性問(wèn)題，教師需要對(duì)學(xué)生的電路仿真運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，并向?qū)W生強(qiáng)調(diào)電纜連接和調(diào)試過(guò)程中的注意事項(xiàng)。然后設(shè)置簡(jiǎn)單的測(cè)試項(xiàng)目，確保每一名學(xué)生都能夠充分認(rèn)識(shí)各種需要使用的電路元器件，并掌握其更換原則，明確電子面包板上的電路連接要求。做好這些準(zhǔn)備工作后，即可讓學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行電路連接和調(diào)試。這樣可以有效保證學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作過(guò)程的安全性，如果出現(xiàn)電路故障問(wèn)題，也可以按照電路功能單元進(jìn)行梳理和調(diào)試，由學(xué)生自主排除故障，提升實(shí)際動(dòng)手操作能力。此外，在學(xué)生的動(dòng)手操作過(guò)程中，教師還可以利用多媒體教學(xué)工具，向?qū)W生展示PCB板制作工藝等相關(guān)視頻，增進(jìn)學(xué)生對(duì)PCB板的了解，從而具備獨(dú)立完成電路PCB制作任務(wù)的能力。同樣，教師也可以播放SMT表面貼裝工藝等先進(jìn)技術(shù)工藝的視頻，使學(xué)生能夠掌握更先進(jìn)的焊接工藝方法。然后在通過(guò)操作實(shí)踐，提升操作水平。PCB電路板如圖2所示。

圖2 電工電子PCB電路板

(四)分工合作完成項(xiàng)目?jī)?nèi)容展示，培養(yǎng)學(xué)生的項(xiàng)目運(yùn)作能力

在學(xué)生完成全部電工電子實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目任務(wù)后，教師還應(yīng)該組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目展示，匯報(bào)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)成果，幫助學(xué)生進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)鍛煉學(xué)生的項(xiàng)目運(yùn)作能力。項(xiàng)目匯報(bào)在實(shí)際電工電子工程項(xiàng)目中，也是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，往往客戶單從項(xiàng)目成果來(lái)看，難以了解設(shè)計(jì)者的思路，也難以發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)。這就需要設(shè)計(jì)者進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。在實(shí)際的項(xiàng)目演練過(guò)程中，也需要重視這一環(huán)節(jié)，完成項(xiàng)目基本任務(wù)后，教師應(yīng)及時(shí)組織學(xué)生開(kāi)始準(zhǔn)備項(xiàng)目展示工作。學(xué)生在進(jìn)行團(tuán)隊(duì)交流后，應(yīng)指定一名成員作為主講人，負(fù)責(zé)項(xiàng)目成果的介紹工作。其他成員也需要參與到項(xiàng)目演示過(guò)程中，補(bǔ)充設(shè)計(jì)理念、技術(shù)原理、工作流程等方面的內(nèi)容。在學(xué)生的項(xiàng)目成果匯報(bào)過(guò)程中，無(wú)論是講者還是聽(tīng)者，都可以對(duì)項(xiàng)目過(guò)程產(chǎn)生更深刻的理解，熟悉產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，提升分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在這種基于CDIO理念設(shè)計(jì)的電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式下，可以使學(xué)生的綜合素質(zhì)能力得到全方位的鍛煉。在學(xué)習(xí)理論知識(shí)、操作技能的同時(shí)，完成實(shí)際應(yīng)用過(guò)程，對(duì)所學(xué)知識(shí)內(nèi)容深刻理解，內(nèi)化于心。同時(shí)也能夠提前熟悉項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程，幫助學(xué)生打下良好的職業(yè)基礎(chǔ)，在專業(yè)領(lǐng)域獲得更好發(fā)展。

綜上所述，CDIO教育理念是一種電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)的優(yōu)秀教育理念，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革，構(gòu)建新的實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，可以充分滿足學(xué)生的素質(zhì)能力發(fā)展需求，讓學(xué)生真正得到鍛煉和提升。CDIO教育理念在電工電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的融入，也可以解決以往教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題，充分發(fā)揮現(xiàn)代化教育技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，豐富實(shí)訓(xùn)教學(xué)形式，激發(fā)學(xué)生的參與興趣。