電子技術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。《電子技術基礎》課程實踐性強，將cdio工程教育理念引入到電子技術教學中來，可以讓學生以主動、實踐的方式學習該課程。河北工業大學電氣工程學院電子學課程組通過合理組織理論教學、合理安排《電子工藝實習》進度、改進實驗和《電子工藝實習》的驗收考核環節等諸多教學方法的改變，突出工程教育理念，取得了較好的效果。

關鍵詞：電子技術；CDIO；教學方法；教育理念

構思Conceive、設計Design、實現Implement和運作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。該模式讓學生主動地以實踐的方式學習產品的研發、產品的設計、產品的運行整個過程，以綜合的培養方式使學生在多方面具有工程師的素養。對于《電子技術基礎》課程，國內很多高校將CDIO理念融入到該課程教學模式中。黑龍江工程學院借鑒CDIO工程教育理念對專業教育進行一體化設計，將《數字電子技術》與《EDA技術》兩門課程有機地融合為一門課程《數字電子與EDA技術》，將《電工電子工藝實習》和《PROTEL實習》有機地融合為《電工電子工藝實習》[1]。廣西科技大學基于CDIO理念對課堂教學、實驗教學和課程考核方面進行了有益的實踐[2]。成都信息工程學院改革《電子技術綜合設計》課程，培養學生綜合運用專業知識的能力[3]。東北林業大學基于CDIO對數字電子技術課程進行了教學改革探索[4]。南京工程學院將CDIO融入數字電子技術教學模式改革中，使理論教學、實驗課程與課程設計相輔相成進行[5]。浙江工業大學基于CDIO教育工程模式下進行了“模擬電子技術”授課體系改革，該體系分成課堂授課、課外輔導小組授課、建立課外興趣小組授課這3個層次，具有諸多優點[6]。河北工程大學在CDIO教育理念的指引下，對電子應用系統項目實施模式進行探索和研究，對項目訓練教學中的項目體系結構、項目訓練方式、項目訓練成績評定、項目指導過程及項目空間環境建設等方面的實施模式進行構建和實踐[7]。經過實踐證明，《電子技術基礎》課程引入CDIO工程教育理念的教學模式后，教學質量得到了提高，學生的工程意識、項目實踐能力、團隊合作能力、自學創新能力和表達能力均得到了提高[8-10]。

1《電子技術基礎》課程引入CDIO工程教育理念的優點

《電子技術基礎》課程實踐性強，有很多通過學習、實踐易于實現的電子產品，如秒表、節日彩燈、簡易信號發生器、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《電子技術基礎》的課程教學中，可以讓學生自行進行電子產品的思考、設計及實現，從電子產品的研發到產品運行為主線，培養學生的工程意識，提高學生對《電子技術基礎》課程基礎知識的掌握。引入CDIO工程教育理念后，《電子技術基礎》的課程教學具有以下優點：1）能加強學生對電子技術基礎理論知識的理解和記憶，提高學生學習的主動性和興趣，提高該課程的教學質量；2）該教學方法的實施能建立起學生在現行教育中缺失的工程意識，激發學生產生主動學習的興趣，從而轉變學習態度；3）該方法還能培養學生的團隊協作意識，鍛煉學生的合作交流能力；4）能鍛煉學生的語言表達能力。

2引入CDIO的《電子技術基礎》教學方法

把CDIO工程教育理念引入到《電子技術基礎》教學中，任課教師必須具備很強的實踐經驗和較強的工程知識與能力，這樣才能在《電子技術基礎》的課堂教學中提供恰當的工程實例。另外，學生在實踐過程出現這樣或那樣的問題時，具備工程實踐經驗的老師能及時給學生提供經驗性的指導。一般來說，青年教師缺乏工程實踐經驗，河北工業大學電氣工程學院電子學課程組采取了“傳、幫、帶”的措施，青年教師上講臺前必須跟經驗豐富的教師聽課并助課，課程團隊同時還為年輕教師指定工程經驗豐富的教師作為指導教師，進行為期一年的指導。定期召開教學研討會，對教學方法、工程實例進行討論和共享。另外課程團隊積極鼓勵工程經驗少的教師到企業單位參觀，并積極鼓勵教師參加工程項目，提高教師的工程實踐能力。2014年春季學期，課程組教師去同輝電子有限公司參觀；2014年秋季學期，課程組教師去天津職業技能公共實測中心參觀；2015年春季學期，兩位教師去天津職業技能公共實測中心進行實際操作培訓。通過參觀和培訓，教師的工程實踐能力得到了提高。

2.1根據工程實際，確定課程教學內容

1）在教學過程中，積極進行教學內容的改革，去除《電子技術基礎》課程里陳舊的教學內容，比如集成電路的內部結構，突出集成芯片的外部特性與應用。2）理論教學內容模塊化。《數字電子技術基礎》突出計數器模塊，學生可以進行秒表設計；突出寄存器模塊，學生可以進行節日彩燈設計；《模擬電子技術基礎》突出直流電源模塊，學生可以進行直流穩壓穩流電源和充電器設計；突出波形發生和振蕩電路模塊，學生可以進行簡易信號發生器設計；突出運算放大電路模塊，學生可以進行各種運算電路和濾波電路的設計等。具體模塊化內容與實踐性項目如表1所示。3）理論教學與實驗教學中均加入電子線路的仿真。《電子技術基礎》課堂教學中加入仿真，幫助學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《電子技術基礎》實驗教學中也引入仿真。學生在實驗室搭接硬件電路前，利用仿真幫助學生掌握實驗儀器的基本使用方法及電路參數的測試方法，如放大電路的交直流參數的不同測試方法。仿真完成后，學生再進行硬件電路的實驗環節。加入仿真的方法后，學生對理論知識的理解更加透徹，通過理論與實驗結合的方法有效地激發了學生對《電子技術基礎》課程的學習興趣。圖1和圖2分別為數字時鐘仿真和RC正弦波振蕩電路仿真。

2.2將《電子工藝實習》貫穿到整個《電子技術基礎》理論課程教學中

目前，大部分高校的電子技術教學體系中，《電子技術基礎》與《電子技術基礎實驗》是分別開設的，《電子技術課程設計》（或者《電子工藝實習》）是一門單獨的實踐類課程，這種課程設置的本意是讓學生重視實踐課程，但是這種課程設置卻達不到預期的目標。理論與實踐分開，課程進度不做協調，并且一般課程結束數周后才進行為期一周的課程設計（或《電子工藝實習》），不利于學生連貫性、持續性的學習。課程組將《電子工藝實習》和《模擬電子技術基礎》安排在同一學期，《電子工藝實習》安排在《模擬電子技術基礎》課程后，內容為穩壓穩流電源設計與制作，該內容涉及到《模擬電子技術基礎》的直流電源這一章節的內容。在理論課程未講述到時，就下達設計任務，學生可以自行預習這一章節，提高學生學習的興趣。在理論課程講述完負反饋放大電路后，給學生安排穩壓穩流電源的仿真與印刷電路板設計任務，學生兩人一組進行電源電路仿真和印刷電路板（PCB）的設計。在講述完直流電源內容后，學生即可進入實驗室進行實際的電路焊接與調試工作。焊接與調試時，每位同學做出一個電源成品。學生自行進行調試工作。最后學生進行實習報告的書寫、分組講解穩壓電源的功能，提升整個實習的理論高度。經過《電子工藝實習》，學生普遍反映收獲很大，極大地提高了學生的動手能力和學習電子技術基礎課程的興趣。

2.3改進實驗和《電子工藝實習》的驗收考核環節

CDIO其中的一個理念是團隊合作能力，課程組采用口試答辯和現場調試相結合的方法進行。口試答辯和調試過程強調每個組員的作用，每位成員承擔的任務不同，講解及調試的重點也不同。調試通過后還要進行設計報告的提交工作，通過設計報告的制作提高學生的科技寫作能力。

3結束語

將CDIO工程教育理念引入到《電子技術基礎》的教學模式中，在課堂教學、實驗教學、《電子工藝實習》中均引入與電子產品相關的各個項目，改變了原有的教學方法。從實踐結果看，取得的教學效果良好。不僅激發了學生學習《電子技術基礎》的興趣，還提高了學生的工程意識、項目實踐能力、團隊合作能力、自學創新能力和表達能力。然而，將傳統的教學方法轉變到這種教學方法時，課程組也遇到了不少問題，比如：任課教師（尤其是青年教師）的工程實踐經驗欠缺；為了提供更多的工程實例，任課教師的工作量增加；學校與企業聯系偏少；隨著高校的不斷擴招，學生人數在短時間內急劇增加，實踐場地不易調配；等等。在后續的課程改革和實踐中要積極逐步解決這些問題。

參考文獻：

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[2]田敬北，劉勝永，徐劍琴.基于CDIO理念的“電子技術基礎”課程教學探討[J].中國電力教育，2013（28）：126-127.

[3]陸繼慶，徐慶.基于CDIO模式的“電子技術綜合設計”課程改革[J].電氣電子教學學報，2011，33（5）：22-23.

[4]張妤，白雪冰，戴天虹.基于CDIO的“數字電子技術”教學改革探討[J].中國電力教育，2013（26）：53-55.

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[6]胡雄心，姚遠，高紅俐.CDIO模式下模電授課模式的探討[J].電氣電子教學學報，2008，30（4）：106-108.

[7]馬永強，吳開興，賈少銳.基于CDIO的電子應用系統項目實施模式研究[J].河北工程大學學報（社會科學版），2013，30（1）：84-86.

[8]牛小玲，王軍.基于CDIO理念的“電子技術”系列課程改革與實踐[J].中國電力教育，2014（5）：74-75.

[9]于軍.基于CDIO模式下模擬電子技術課程教學改革與實踐[J].教育與職業，2014（8）：139-131.

[10]徐吉鋒.基于CDIO理念的EDA課程教學模式改革與實踐[J].中國電力教育，2010（34）：125-126.

作者：翁玲 陳盛華 邢慶國 單位：河北工業大學電氣工程學院