CDIO理念下混合教學(xué)法的理論構(gòu)建與實(shí)踐探究

朱曉君 李權(quán) 崔智勇

摘?要：基于CDIO理念，本文構(gòu)建了一種線上線下相混合、理論實(shí)踐相混合和課內(nèi)課外相混合的混合教學(xué)法，即多媒體、板書等課堂教學(xué)與MOOC、智慧樹等線上教學(xué)相混合，先認(rèn)知實(shí)訓(xùn)后課程教學(xué)、課程教學(xué)中理論課與實(shí)驗(yàn)課交叉式混合分配，課堂教學(xué)與課前拋出問(wèn)題課后答疑相混合。以《模電》課程為例，混合式教學(xué)法從三個(gè)經(jīng)度六個(gè)緯度滲透課程教學(xué)的各個(gè)方面，引導(dǎo)學(xué)生掌握電路原理、分析和設(shè)計(jì)電路、解決工程問(wèn)題，培養(yǎng)能力目標(biāo)和創(chuàng)新型人才，從而達(dá)成CDIO的培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：CDIO;混合教學(xué);線上線下;理論實(shí)踐;課內(nèi)課外

中圖分類號(hào)：G642??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2017年2月18日，教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，在國(guó)家實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等重大戰(zhàn)略和國(guó)際工程教育變革的大背景下，討論了新工科建設(shè)的必要性和緊迫性、新工科內(nèi)涵特征、新工科建設(shè)與發(fā)展，達(dá)成“復(fù)旦共識(shí)”，闡明了新工科著重培養(yǎng)兩個(gè)能力，即：工程創(chuàng)新能力和適應(yīng)變化能力[1，2]。CDIO（Conceive構(gòu)思、Design設(shè)計(jì)、Implement實(shí)現(xiàn)和Operate運(yùn)作）是近年來(lái)國(guó)際工程教育與人才培養(yǎng)的創(chuàng)新模式，提出了能力培養(yǎng)、實(shí)施指導(dǎo)、操作過(guò)程和結(jié)果測(cè)試等12條標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生以生動(dòng)、形象的、實(shí)踐與課程有機(jī)結(jié)合的方式學(xué)習(xí)工程，培養(yǎng)能力目標(biāo)和創(chuàng)新型人才，與新工科建設(shè)培養(yǎng)的兩個(gè)能力有很高契合度[3，4]。

2020年12月30日，經(jīng)國(guó)務(wù)院學(xué)委委員會(huì)批準(zhǔn)，教育部決定設(shè)置“集成電路科學(xué)與工程”一級(jí)學(xué)科，加強(qiáng)該學(xué)科建設(shè)，做好人才培養(yǎng)工作[5]。《模擬電子技術(shù)》（簡(jiǎn)稱《模電》）是電類機(jī)電類專業(yè)以及集成電路科學(xué)與工程的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程的教學(xué)效果和成效將直接影響到電子相關(guān)行業(yè)的人才培養(yǎng)，也會(huì)間接影響到我國(guó)破解芯片制造的卡脖子問(wèn)題。

《模電》課程內(nèi)容抽象、知識(shí)點(diǎn)繁雜，主要研究由二極管、晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管非線性元器件構(gòu)成的非線性電路及其各項(xiàng)特性。分析非線性電路的思路是：在特定的前提下，采用各種等效模型將非線性電路等效為線性電路，轉(zhuǎn)化為對(duì)線性電路的分析。非線性元器件在不同的電壓、電流、溫度、頻率等條件下，其等效模型都可能會(huì)發(fā)生變化。初學(xué)者在學(xué)習(xí)的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)云里霧里，似懂非懂的感受。如何讓學(xué)生掌握基本電路的原理、分析和設(shè)計(jì)電路、解決實(shí)際工程問(wèn)題以及構(gòu)建創(chuàng)新思維能力是《模電》課程教學(xué)的目的與方向。

基于CDIO理念，本文探索一種以《模電》課程為例的混合教學(xué)法。該方法包括：線上線下相混合、理論實(shí)踐相混合和課內(nèi)課外相混合。其中，線上線下混合是以多媒體和板書為主體的課堂教學(xué)與MOOC、智慧樹等線上教學(xué)相混合;理論與實(shí)踐混合是先認(rèn)識(shí)實(shí)訓(xùn)再課程教學(xué)，在課程教學(xué)中理論課與實(shí)驗(yàn)課交叉式混合分配;課內(nèi)課外混合是課堂教學(xué)與課前拋出問(wèn)題課后答疑混合?；旌鲜浇虒W(xué)法從三個(gè)經(jīng)度六個(gè)緯度滲透《模電》課程教學(xué)的各方面，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)掌握電路原理、分析和設(shè)計(jì)電路、通過(guò)仿真和實(shí)物調(diào)試解決工程問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，引領(lǐng)學(xué)生達(dá)成CDIO四個(gè)層面的預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

1?存在問(wèn)題分析

《模電》課程知識(shí)點(diǎn)繁雜，主要研究由非線性元器件（二極管、晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管）構(gòu)成的非線性電路及其各項(xiàng)特性。在學(xué)習(xí)《模電》之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)以線性電路為主的《電路》課程。對(duì)于學(xué)生而言，從線性電路到非線性電路的學(xué)習(xí)與研究方法有本質(zhì)上的不同，難度較大。有學(xué)生表示“聽得懂，不會(huì)做”，從教師的課堂講解或者線上MOOC的學(xué)習(xí)，聽得懂基本知識(shí)點(diǎn)和解題方法等，但并沒(méi)有吃透知識(shí)點(diǎn)，更沒(méi)有真正的把前后知識(shí)點(diǎn)形成相關(guān)邏輯、構(gòu)成知識(shí)框架，所以部分學(xué)生在自己做題的時(shí)候，總感覺(jué)無(wú)從下手。

《模電》是一門工程性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在現(xiàn)有的教學(xué)中，往往存在理論與實(shí)踐脫離的現(xiàn)象。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，往往都是上完理論課再上實(shí)驗(yàn)課或者實(shí)訓(xùn)課程，從而導(dǎo)致理論與實(shí)踐相脫節(jié)。在實(shí)際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在《模電》的實(shí)驗(yàn)課或?qū)嵱?xùn)課的參與度和熱情度遠(yuǎn)高于理論課，這種高漲的情感才是學(xué)生學(xué)好《模電》課程的最有力的驅(qū)動(dòng)。在上理論課的時(shí)候，有學(xué)生表示：“電子技術(shù)的學(xué)習(xí)與實(shí)際的生產(chǎn)生活有什么關(guān)聯(lián)呢？”“在中學(xué)時(shí)代，電阻是個(gè)矩形方框，到了大學(xué)還是一個(gè)矩形方框，它到底是長(zhǎng)啥樣子的呢？”然而，在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告或?qū)嵱?xùn)報(bào)告中，學(xué)生往往會(huì)有“原來(lái)電子技術(shù)如此實(shí)用，要早知道，我一定好好學(xué)習(xí)模電”“我很喜歡做電子實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)，只可惜理論知識(shí)沒(méi)有學(xué)好”的感悟。

2?混合式教學(xué)法

針對(duì)以上存在的問(wèn)題，本文構(gòu)建一種以《模電》課程為例的混合教學(xué)法?；旌辖虒W(xué)法由線上線下、理論實(shí)踐和課內(nèi)課外三個(gè)方面的有機(jī)混合。

2.1?線上線下混合

2020年初，由三尺講臺(tái)變?yōu)樵诰€直播，促進(jìn)線上教學(xué)得到廣泛推廣，但有學(xué)者在對(duì)工科學(xué)生能力發(fā)展方面做了大量調(diào)查，證實(shí)在線學(xué)習(xí)投入的效果要弱于線下交流、討論和實(shí)踐環(huán)節(jié)，高校應(yīng)注意工程學(xué)習(xí)的特征，實(shí)現(xiàn)在線學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)方式的有機(jī)結(jié)合[6]。因此，線下教學(xué)依然是學(xué)生學(xué)習(xí)和獲取知識(shí)的主要途徑之一。學(xué)生要掌握理解吃透《模電》，一遍的學(xué)習(xí)往往是不夠的，需要多次聽講和鞏固才能達(dá)到效果。課堂上，教師通過(guò)PPT或板書在對(duì)知識(shí)點(diǎn)的剖析和講解，這個(gè)過(guò)程普遍只有一遍。然而，可以多次播放的線上學(xué)習(xí)資源，如慕課智慧樹等，完美地彌補(bǔ)了線下教學(xué)的一次性問(wèn)題。筆者所在教研室團(tuán)隊(duì)已在智慧樹和“知到”APP上建課，學(xué)生用學(xué)號(hào)登錄注冊(cè)并身份認(rèn)證，可以在線查看教學(xué)視頻，完成章節(jié)測(cè)試后，會(huì)自動(dòng)形成分?jǐn)?shù)可作為平時(shí)分依據(jù)。

線下教學(xué)的主要形式為多媒體和板書教學(xué)。近年來(lái)，多媒體教學(xué)所占比例顯著增加，而板書教學(xué)逐漸減弱。筆者在《模電》課程的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，多媒體與板書混合比單獨(dú)多媒體的教學(xué)方式效果更佳?；痉糯箅娐肥恰赌ｋ姟氛n程中的重難點(diǎn)之一，包括共發(fā)射放大電路、共基放大電路、共集放大電路、共源放大電路、共漏放大電路和共柵放大電路?；痉糯箅娐贩治龇譃殪o態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析（如下圖）。在靜態(tài)分析中，畫直流通路再求靜態(tài)參數(shù)（基級(jí)電流（IB），集電極電流/發(fā)射極電流（IC/IE），CE間電壓（UCE））;在動(dòng)態(tài)分析中，先畫交流通路，再畫微變等效電路，最后求動(dòng)態(tài)參數(shù)（電壓放大倍數(shù)（Au），輸入電阻（ri），輸出電阻（ro））。筆者在兩個(gè)班級(jí)的教學(xué)中，一個(gè)班級(jí)采用多媒體教學(xué)，另一個(gè)班級(jí)采用多媒體與板書混合方式，即：?jiǎn)为?dú)知識(shí)點(diǎn)如直流通路、求解靜態(tài)參數(shù)等用PPT講解，基本放大電路分析思維導(dǎo)圖（如下圖）畫在板書的左上角，依據(jù)思維導(dǎo)圖，在板書的左下角和右邊列出具體的求解步驟。對(duì)于不同的放大電路，如：基本共射放大電路、阻容耦合共射放大電路、分壓式偏置共射放大電路等，在講解的過(guò)程中，只需要修改部分電路以及對(duì)應(yīng)參數(shù)即可。多媒體與板書混合教學(xué)羅列出具體思維導(dǎo)圖，學(xué)生掌握整體框架，再運(yùn)用到多個(gè)例子中，也可通過(guò)例子反哺知識(shí)框架。通過(guò)課堂的氛圍以及學(xué)生的反饋，第二種教學(xué)方式的效果更佳。

2.2?理論實(shí)踐混合

理論實(shí)踐混合主要體現(xiàn)為先認(rèn)知性實(shí)踐再課程學(xué)習(xí)，課程學(xué)習(xí)中理論實(shí)踐理論的交叉教學(xué)。在《模電》課程的教學(xué)中，具體為：先開展類似電子工藝實(shí)習(xí)的認(rèn)知性實(shí)習(xí)，再開展《模電》課程教學(xué)，在課程教學(xué)中，采用理論實(shí)踐理論的交叉教學(xué)方式。在開展電子技術(shù)課程教學(xué)的學(xué)期初或者上個(gè)學(xué)期先開展電子工藝實(shí)習(xí)等認(rèn)知性實(shí)習(xí)，在認(rèn)知實(shí)習(xí)中，學(xué)生在PCB板上焊接各類芯片元器件等，制作出具有一定使用功能的設(shè)備。學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的工程應(yīng)用有了親身體驗(yàn)后，對(duì)此類課程的學(xué)習(xí)擁有更高的熱情度。在《模電》課程的教學(xué)中，先理論教學(xué)，再實(shí)踐學(xué)習(xí)，再理論教學(xué)的交叉方式。例如，在完成半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)和基本放大電路后，學(xué)生以2～3人一組進(jìn)行共射放大電路、射級(jí)跟隨器、共基極放大電路等實(shí)驗(yàn)或基于Multisim仿真實(shí)驗(yàn)，再繼續(xù)進(jìn)行差分放大電路的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)之后再組隊(duì)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)或仿真。如此理論與實(shí)踐交叉，不僅可以及時(shí)鞏固加深理解知識(shí)點(diǎn)，還能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，理論實(shí)踐混合的方案打破了傳統(tǒng)教學(xué)中先理論再實(shí)踐的教學(xué)方式，提高了理論與實(shí)踐學(xué)習(xí)的融合度，增進(jìn)了學(xué)生對(duì)《模電》課程的工程認(rèn)知和熱愛(ài)，培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力，促成學(xué)生達(dá)到CDIO要求的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和工程能力。

2.3?課內(nèi)課外混合

在傳統(tǒng)教學(xué)中，往往重視課內(nèi)教學(xué)而忽略了課外教學(xué)。特別對(duì)于大學(xué)生，專業(yè)課程往往一周只有2次課（4課時(shí)），在教學(xué)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)學(xué)生不記得上次課的內(nèi)容，與已學(xué)內(nèi)容脫節(jié)的現(xiàn)象，這嚴(yán)重地影響了教學(xué)的整體效果。因此，在教學(xué)中展開適當(dāng)?shù)恼n外教學(xué)，課內(nèi)課外的有機(jī)混合尤為重要。其中，課外教學(xué)分為課前與課后教學(xué)。課前通過(guò)超星平臺(tái)布置此次教學(xué)任務(wù)并拋出問(wèn)題;課內(nèi)以板書展示框架和多媒體課件講解具體內(nèi)容的混合式教學(xué);課后在超星平臺(tái)發(fā)布作業(yè)更改后公布參考答案，供學(xué)生查看核對(duì)，另外，學(xué)生在智慧樹上在線查看教學(xué)視頻，完成章節(jié)測(cè)試，會(huì)自動(dòng)形成分?jǐn)?shù)作為平時(shí)分依據(jù)。例如在差分放大電路的教學(xué)設(shè)計(jì)：課前教師在超星上公布此次教學(xué)的內(nèi)容為差分放大電路并拋出問(wèn)題：“直接耦合放大電路為何會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移？”“差分放大電路的電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？差分電路是如何抑制零漂的？”;課內(nèi)，教師對(duì)上次課內(nèi)容簡(jiǎn)單回顧，以課前拋出的問(wèn)題為索引，通過(guò)多媒體課件講解四種差分放大電路的具體結(jié)構(gòu)，并在板書總結(jié)四種差分放電電路的特點(diǎn)，解答課前的問(wèn)題;課后，教師在超星上公布習(xí)題作業(yè)并要求學(xué)生按時(shí)提交，教師更改后，學(xué)生可在平臺(tái)上查看核對(duì)答案。

3?結(jié)語(yǔ)

針對(duì)《模電》課程在教學(xué)中“聽得懂，不會(huì)做”“重理論輕工程”等問(wèn)題，本文提出基于CDIO理念下混合教學(xué)法的理論構(gòu)建與實(shí)踐探究——以《模電》課程為例?；旌辖虒W(xué)法由線上線下、理論實(shí)踐和課內(nèi)課外三個(gè)方面交叉混合，具體為線上MOOC智慧樹等與線下多媒體板書教學(xué)、先認(rèn)知實(shí)驗(yàn)后課程教學(xué)（理論實(shí)踐理論交叉混合模式）、課前拋出問(wèn)題課內(nèi)解決問(wèn)題課后鞏固學(xué)習(xí)?；旌鲜浇虒W(xué)法從“三個(gè)經(jīng)度六個(gè)緯度”滲透《模電》課程教學(xué)的各方面，引導(dǎo)學(xué)生掌握吃透電路原理，構(gòu)思、設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)電路、解決工程問(wèn)題，培養(yǎng)能力目標(biāo)和創(chuàng)新型人才，并達(dá)成CDIO的培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡波，馮輝，韓偉力，徐雷.加快新工科建設(shè)，推進(jìn)工程教育改革創(chuàng)新——“綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)”綜述[J].復(fù)旦教育論壇，2017，15（02）：2027.

[2]姜貴文，郭俊萍，劉保華，柳仕飛，吳奇成，何星，毛杰鍵.“新工科”背景下大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀及改革措施[J].上饒師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，40（06）：2023.

[3]鄭薇薇.基于CDIO的創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[D].大連理工大學(xué)，2010.

[4]李嵐，杜佳，張曉雨，雒哲.基于CDIO理念的應(yīng)用型課程混合式教學(xué)改革與研究——以《動(dòng)態(tài)Web技術(shù)》課程為例[J].蘭州文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2021，35（01）：119123+128.

[5]國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)教育部關(guān)于設(shè)置“交叉學(xué)科”門類、“集成電路科學(xué)與工程”和“國(guó)家安全學(xué)”一級(jí)學(xué)科的通知.[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/yjss_xwgl/xwgl_xwsy/202101/t20210113_509633.html.

[6]宋齊明，張永宏.在線學(xué)習(xí)對(duì)工科大學(xué)生能力發(fā)展影響的實(shí)證分析[J].江蘇高教，2020，237（11）：8185.

基金項(xiàng)目：江西理工大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（XJG201914）;教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（201902161022）

作者簡(jiǎn)介：朱曉君（1990—?），女，漢族，福建南平人，碩士，講師，研究方向：電子與通信工程。