電子技術(shù)CDIO工程教育理念研究

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摘要：CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程實(shí)踐性強(qiáng)，將cdio工程教育理念引入到電子技術(shù)教學(xué)中來，可以讓學(xué)生以主動、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)該課程。河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電子學(xué)課程組通過合理組織理論教學(xué)、合理安排《電子工藝實(shí)習(xí)》進(jìn)度、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)和《電子工藝實(shí)習(xí)》的驗(yàn)收考核環(huán)節(jié)等諸多教學(xué)方法的改變，突出工程教育理念，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)；CDIO；教學(xué)方法；教育理念

構(gòu)思Conceive、設(shè)計(jì)Design、實(shí)現(xiàn)Implement和運(yùn)作Operate（簡稱CDIO）這種工程教育模式是近年來工程教育改革的新成果。該模式讓學(xué)生主動地以實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)產(chǎn)品的研發(fā)、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的運(yùn)行整個過程，以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在多方面具有工程師的素養(yǎng)。對于《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程，國內(nèi)很多高校將CDIO理念融入到該課程教學(xué)模式中。黑龍江工程學(xué)院借鑒CDIO工程教育理念對專業(yè)教育進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，將《數(shù)字電子技術(shù)》與《EDA技術(shù)》兩門課程有機(jī)地融合為一門課程《數(shù)字電子與EDA技術(shù)》，將《電工電子工藝實(shí)習(xí)》和《PROTEL實(shí)習(xí)》有機(jī)地融合為《電工電子工藝實(shí)習(xí)》[1]。廣西科技大學(xué)基于CDIO理念對課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程考核方面進(jìn)行了有益的實(shí)踐[2]。成都信息工程學(xué)院改革《電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)》課程，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力[3]。東北林業(yè)大學(xué)基于CDIO對數(shù)字電子技術(shù)課程進(jìn)行了教學(xué)改革探索[4]。南京工程學(xué)院將CDIO融入數(shù)字電子技術(shù)教學(xué)模式改革中，使理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程與課程設(shè)計(jì)相輔相成進(jìn)行[5]。浙江工業(yè)大學(xué)基于CDIO教育工程模式下進(jìn)行了“模擬電子技術(shù)”授課體系改革，該體系分成課堂授課、課外輔導(dǎo)小組授課、建立課外興趣小組授課這3個層次，具有諸多優(yōu)點(diǎn)[6]。河北工程大學(xué)在CDIO教育理念的指引下，對電子應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施模式進(jìn)行探索和研究，對項(xiàng)目訓(xùn)練教學(xué)中的項(xiàng)目體系結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目訓(xùn)練方式、項(xiàng)目訓(xùn)練成績評定、項(xiàng)目指導(dǎo)過程及項(xiàng)目空間環(huán)境建設(shè)等方面的實(shí)施模式進(jìn)行構(gòu)建和實(shí)踐[7]。經(jīng)過實(shí)踐證明，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程引入CDIO工程教育理念的教學(xué)模式后，教學(xué)質(zhì)量得到了提高，學(xué)生的工程意識、項(xiàng)目實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、自學(xué)創(chuàng)新能力和表達(dá)能力均得到了提高[8-10]。

1《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程引入CDIO工程教育理念的優(yōu)點(diǎn)

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程實(shí)踐性強(qiáng)，有很多通過學(xué)習(xí)、實(shí)踐易于實(shí)現(xiàn)的電子產(chǎn)品，如秒表、節(jié)日彩燈、簡易信號發(fā)生器、功率放大器、直流電源、智能聲音放大電路等。將CDIO工程教育理念引入到《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的課程教學(xué)中，可以讓學(xué)生自行進(jìn)行電子產(chǎn)品的思考、設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，從電子產(chǎn)品的研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行為主線，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識，提高學(xué)生對《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程基礎(chǔ)知識的掌握。引入CDIO工程教育理念后，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的課程教學(xué)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）能加強(qiáng)學(xué)生對電子技術(shù)基礎(chǔ)理論知識的理解和記憶，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和興趣，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量；2）該教學(xué)方法的實(shí)施能建立起學(xué)生在現(xiàn)行教育中缺失的工程意識，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生主動學(xué)習(xí)的興趣，從而轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)態(tài)度；3）該方法還能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，鍛煉學(xué)生的合作交流能力；4）能鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力。

2引入CDIO的《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)方法

把CDIO工程教育理念引入到《電子技術(shù)基礎(chǔ)》教學(xué)中，任課教師必須具備很強(qiáng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和較強(qiáng)的工程知識與能力，這樣才能在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的課堂教學(xué)中提供恰當(dāng)?shù)墓こ虒?shí)例。另外，學(xué)生在實(shí)踐過程出現(xiàn)這樣或那樣的問題時，具備工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的老師能及時給學(xué)生提供經(jīng)驗(yàn)性的指導(dǎo)。一般來說，青年教師缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院電子學(xué)課程組采取了“傳、幫、帶”的措施，青年教師上講臺前必須跟經(jīng)驗(yàn)豐富的教師聽課并助課，課程團(tuán)隊(duì)同時還為年輕教師指定工程經(jīng)驗(yàn)豐富的教師作為指導(dǎo)教師，進(jìn)行為期一年的指導(dǎo)。定期召開教學(xué)研討會，對教學(xué)方法、工程實(shí)例進(jìn)行討論和共享。另外課程團(tuán)隊(duì)積極鼓勵工程經(jīng)驗(yàn)少的教師到企業(yè)單位參觀，并積極鼓勵教師參加工程項(xiàng)目，提高教師的工程實(shí)踐能力。2014年春季學(xué)期，課程組教師去同輝電子有限公司參觀；2014年秋季學(xué)期，課程組教師去天津職業(yè)技能公共實(shí)測中心參觀；2015年春季學(xué)期，兩位教師去天津職業(yè)技能公共實(shí)測中心進(jìn)行實(shí)際操作培訓(xùn)。通過參觀和培訓(xùn)，教師的工程實(shí)踐能力得到了提高。

2.1根據(jù)工程實(shí)際，確定課程教學(xué)內(nèi)容

1）在教學(xué)過程中，積極進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的改革，去除《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程里陳舊的教學(xué)內(nèi)容，比如集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，突出集成芯片的外部特性與應(yīng)用。2）理論教學(xué)內(nèi)容模塊化。《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》突出計(jì)數(shù)器模塊，學(xué)生可以進(jìn)行秒表設(shè)計(jì)；突出寄存器模塊，學(xué)生可以進(jìn)行節(jié)日彩燈設(shè)計(jì)；《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》突出直流電源模塊，學(xué)生可以進(jìn)行直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源和充電器設(shè)計(jì)；突出波形發(fā)生和振蕩電路模塊，學(xué)生可以進(jìn)行簡易信號發(fā)生器設(shè)計(jì)；突出運(yùn)算放大電路模塊，學(xué)生可以進(jìn)行各種運(yùn)算電路和濾波電路的設(shè)計(jì)等。具體模塊化內(nèi)容與實(shí)踐性項(xiàng)目如表1所示。3）理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中均加入電子線路的仿真。《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課堂教學(xué)中加入仿真，幫助學(xué)生理解難懂的電路原理，比如正弦波振蕩電路的啟動振蕩過程。在《電子技術(shù)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也引入仿真。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室搭接硬件電路前，利用仿真幫助學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)儀器的基本使用方法及電路參數(shù)的測試方法，如放大電路的交直流參數(shù)的不同測試方法。仿真完成后，學(xué)生再進(jìn)行硬件電路的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。加入仿真的方法后，學(xué)生對理論知識的理解更加透徹，通過理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法有效地激發(fā)了學(xué)生對《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)興趣。圖1和圖2分別為數(shù)字時鐘仿真和RC正弦波振蕩電路仿真。

2.2將《電子工藝實(shí)習(xí)》貫穿到整個《電子技術(shù)基礎(chǔ)》理論課程教學(xué)中

目前，大部分高校的電子技術(shù)教學(xué)體系中，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》與《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》是分別開設(shè)的，《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)》（或者《電子工藝實(shí)習(xí)》）是一門單獨(dú)的實(shí)踐類課程，這種課程設(shè)置的本意是讓學(xué)生重視實(shí)踐課程，但是這種課程設(shè)置卻達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)。理論與實(shí)踐分開，課程進(jìn)度不做協(xié)調(diào)，并且一般課程結(jié)束數(shù)周后才進(jìn)行為期一周的課程設(shè)計(jì)（或《電子工藝實(shí)習(xí)》），不利于學(xué)生連貫性、持續(xù)性的學(xué)習(xí)。課程組將《電子工藝實(shí)習(xí)》和《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》安排在同一學(xué)期，《電子工藝實(shí)習(xí)》安排在《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程后，內(nèi)容為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源設(shè)計(jì)與制作，該內(nèi)容涉及到《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》的直流電源這一章節(jié)的內(nèi)容。在理論課程未講述到時，就下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生可以自行預(yù)習(xí)這一章節(jié)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在理論課程講述完負(fù)反饋放大電路后，給學(xué)生安排穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的仿真與印刷電路板設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生兩人一組進(jìn)行電源電路仿真和印刷電路板（PCB）的設(shè)計(jì)。在講述完直流電源內(nèi)容后，學(xué)生即可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際的電路焊接與調(diào)試工作。焊接與調(diào)試時，每位同學(xué)做出一個電源成品。學(xué)生自行進(jìn)行調(diào)試工作。最后學(xué)生進(jìn)行實(shí)習(xí)報(bào)告的書寫、分組講解穩(wěn)壓電源的功能，提升整個實(shí)習(xí)的理論高度。經(jīng)過《電子工藝實(shí)習(xí)》，學(xué)生普遍反映收獲很大，極大地提高了學(xué)生的動手能力和學(xué)習(xí)電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的興趣。

2.3改進(jìn)實(shí)驗(yàn)和《電子工藝實(shí)習(xí)》的驗(yàn)收考核環(huán)節(jié)

CDIO其中的一個理念是團(tuán)隊(duì)合作能力，課程組采用口試答辯和現(xiàn)場調(diào)試相結(jié)合的方法進(jìn)行。口試答辯和調(diào)試過程強(qiáng)調(diào)每個組員的作用，每位成員承擔(dān)的任務(wù)不同，講解及調(diào)試的重點(diǎn)也不同。調(diào)試通過后還要進(jìn)行設(shè)計(jì)報(bào)告的提交工作，通過設(shè)計(jì)報(bào)告的制作提高學(xué)生的科技寫作能力。

3結(jié)束語

將CDIO工程教育理念引入到《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的教學(xué)模式中，在課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、《電子工藝實(shí)習(xí)》中均引入與電子產(chǎn)品相關(guān)的各個項(xiàng)目，改變了原有的教學(xué)方法。從實(shí)踐結(jié)果看，取得的教學(xué)效果良好。不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的興趣，還提高了學(xué)生的工程意識、項(xiàng)目實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、自學(xué)創(chuàng)新能力和表達(dá)能力。然而，將傳統(tǒng)的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變到這種教學(xué)方法時，課程組也遇到了不少問題，比如：任課教師（尤其是青年教師）的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)欠缺；為了提供更多的工程實(shí)例，任課教師的工作量增加；學(xué)校與企業(yè)聯(lián)系偏少；隨著高校的不斷擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)在短時間內(nèi)急劇增加，實(shí)踐場地不易調(diào)配；等等。在后續(xù)的課程改革和實(shí)踐中要積極逐步解決這些問題。

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作者：翁玲 陳盛華 邢慶國 單位：河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院