基于CDIO模式的《模擬電子技術(shù)》課程改革與實(shí)踐

王照平 李文方 王玉巧 肜 瑤

（黃河科技學(xué)院嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)鄭州市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 450006）

CDIO工程教育模式是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面,大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

我國(guó)高等工科教育的迫切任務(wù)是盡快培養(yǎng)與國(guó)際接軌的中國(guó)工程師，然而我國(guó)工科的教育實(shí)踐中還存在著重理論輕實(shí)踐、強(qiáng)調(diào)個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、重視知識(shí)學(xué)習(xí)而輕視開(kāi)拓創(chuàng)新的培養(yǎng)等問(wèn)題。

從2005 年起，汕頭大學(xué)工學(xué)院開(kāi)始學(xué)習(xí)研討CDIO 工程教育模式并加以實(shí)施，現(xiàn)在已經(jīng)取得明顯的效果。

為進(jìn)一步在中國(guó)推廣這種模式，使CDIO服務(wù)于更多的國(guó)內(nèi)高校，從2008年4月教育部高等教育司發(fā)文成立“CDIO工程教育模式研究與實(shí)踐課題組”，開(kāi)展CDIO教育模式交流高級(jí)研修班、CDIO工程教育模式與實(shí)踐培訓(xùn)班、CDIO工程教育模式試點(diǎn)高校骨干教師培訓(xùn)班等，至今，國(guó)內(nèi)超過(guò)100所的高等院校的老師全面地接受CDIO人才培養(yǎng)模式的培訓(xùn)，并逐步有序地開(kāi)展基于CDIO理念的教學(xué)改革。

1 課程的現(xiàn)狀及主要問(wèn)題

《模擬電子技術(shù)》作為電子信息工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，多年來(lái)遵循“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的基本指導(dǎo)思想，在教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和科研上都取得了很多的成績(jī)，但是與工程教育的目標(biāo)還有很大的差距。傳統(tǒng)教學(xué)主要側(cè)重于電路原理的講解.過(guò)分追求理論分析的嚴(yán)謹(jǐn)，強(qiáng)調(diào)定量概念理解，強(qiáng)化定量分析和微觀細(xì)節(jié)內(nèi)容，這樣的教學(xué)方式對(duì)于理論知識(shí)較為薄弱、自主學(xué)習(xí)能力不是很強(qiáng)的學(xué)生來(lái)說(shuō)授課效果較差，容易導(dǎo)致大多數(shù)學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，且不易培養(yǎng)學(xué)生的電路認(rèn)識(shí)和應(yīng)用能力。主要表現(xiàn)在：

1.理論教學(xué)與工程教育聯(lián)系不緊密。選用高等教育出版社《電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）》作為教材，全書(shū)11個(gè)章節(jié)，理論體系縝密，不失為一本好教材，但與我校三本生源實(shí)際情況和技能型人才培養(yǎng)的目標(biāo)有偏差；

2.沿用之前多年的實(shí)驗(yàn)教材，從13個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選作其中10個(gè)，多個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能構(gòu)成一個(gè)完整的小項(xiàng)目；

3.課程設(shè)計(jì)的題目與理論課講授、實(shí)驗(yàn)課實(shí)踐的內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密，與工程教育的要求相差太遠(yuǎn)。

2 基于CDIO模式的課程改革

《模擬電子技術(shù)》的課程改革遵循引入CDIO教學(xué)模式改革，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電路的分析、設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用能力的原則，要求首先把CDIO思想貫穿在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中；其次把CDIO思想灌輸給學(xué)生；最后授課方式從以講授為主轉(zhuǎn)為以引導(dǎo)為主，建立基于CDIO的新型授課模式。主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

2.1 教材選擇與內(nèi)容的調(diào)整

針對(duì)之前教材理論性較強(qiáng)的問(wèn)題，仔細(xì)斟酌，反復(fù)比較，選用機(jī)械工業(yè)出版社的《模擬電子線路分析與Multisim仿真》作為教材，該書(shū)本書(shū)介紹了基本概念懂得同時(shí)，詳細(xì)介紹了電子線路模型分析和仿真，并以放大器電路、振蕩器電路、模擬信號(hào)運(yùn)算電路、濾波電路、信號(hào)交換電路、開(kāi)關(guān)電路、交流功率放大電路為實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)講述。其特點(diǎn)在于該書(shū)以元器件和電路的分析模型及仿真為主線，以模擬分析和仿真為基本工具，比較全面地介紹了通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)研究電子線路的方法。

在分析電路的時(shí)候結(jié)合Multisim輔助分析軟件。一方面可以提高課程的教學(xué)效果，另一方面可以培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。例如在分析放大電路失真情況，可以在Multisim運(yùn)行電路，用示波器觀察各電流電壓波形，改變電路參數(shù)，可以直觀觀察飽和失真和截止失真波形。

2.2 將CDIO理念貫穿于課程每一個(gè)章節(jié)

結(jié)合電子技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，加強(qiáng)課程的信息量，拓展視野。在教學(xué)內(nèi)容方面，從外部電路分析元件，強(qiáng)化元件的外部特性，淡化元件的內(nèi)部原理；從工程思維的觀念出發(fā)，強(qiáng)化定性分析，淡化定量推導(dǎo)；從典型電路出發(fā)，注重分析規(guī)律和思維方法的講授，強(qiáng)化宏觀設(shè)計(jì)應(yīng)用，淡化微觀細(xì)節(jié)內(nèi)容；增加應(yīng)用電路舉例，建立以實(shí)例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式。

在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該注重學(xué)生的主體地位，經(jīng)常組織學(xué)生進(jìn)行分組討論和課堂提問(wèn)，提出引導(dǎo)性問(wèn)題引發(fā)學(xué)生的辯論。例如在講授二極管的應(yīng)用時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生利用二極管的單向?qū)щ娦裕纸M討論，利用二極管設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)某種功能。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改革

在過(guò)去傳統(tǒng)的教學(xué)中，理論教學(xué)學(xué)時(shí)較長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)較短，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐的愿望得不到滿足，而且實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容上以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，不能反映社會(huì)實(shí)際和生產(chǎn)、科研實(shí)際，不能激發(fā)學(xué)生興趣。針對(duì)這一點(diǎn)重新修訂了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)量和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。經(jīng)調(diào)整，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)增加至30學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容由原來(lái)孤立的15個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，調(diào)整為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、晶體管放大電路、運(yùn)算放大電路、功率放大電路和電源電路五個(gè)單元，同時(shí)后五個(gè)單元結(jié)合具體的生產(chǎn)實(shí)際，構(gòu)建相應(yīng)的工程項(xiàng)目向課程設(shè)計(jì)過(guò)渡。如圖1所示就是在這種思想指導(dǎo)下，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)向“音頻功率放大器”工程項(xiàng)目過(guò)渡的示意圖。

另一方面，改變以往提供實(shí)驗(yàn)箱讓學(xué)生連接電路的教學(xué)模式，要求老師提出設(shè)計(jì)構(gòu)想、讓學(xué)生自主完成計(jì)算機(jī)Multisim軟件仿真、自主焊接實(shí)驗(yàn)電路和檢測(cè)相關(guān)電路參數(shù)，一方面提高了學(xué)生的應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)電路、電路調(diào)試能力，同時(shí)熟悉了從理論知識(shí)到工程實(shí)踐的流程。

2.4 考核方式的改革

傳統(tǒng)的純筆試考核方式只能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，很難體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)踐能力。因此在CDIO思想的指導(dǎo)下改革了《模擬電子技術(shù)》課程的考核機(jī)制。整個(gè)考核包括平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和期末成績(jī)?nèi)糠帧?/p>

圖1 基于CDIO理念的實(shí)驗(yàn)教學(xué)向課程設(shè)計(jì)過(guò)渡圖

其中，平時(shí)成績(jī)占最終總成績(jī)的10%，主要是平時(shí)作業(yè)和課堂表現(xiàn)為主。作業(yè)主要是以理論學(xué)習(xí)內(nèi)容為主.這一部分要求基本跟傳統(tǒng)的平時(shí)成績(jī)考核方式一致。課堂表現(xiàn)主要以分組討論的表現(xiàn)為主.分為個(gè)人表現(xiàn)和團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)兩個(gè)部分。

實(shí)驗(yàn)成績(jī)占最終總成績(jī)的30%，主要是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成情況為主。由于實(shí)驗(yàn)是分組完成的，所以，在考核中又分為個(gè)人實(shí)驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分。個(gè)人實(shí)驗(yàn)主要以基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主，要求獨(dú)立完成 團(tuán)隊(duì)作業(yè)主要以擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為主，組內(nèi)成員相互討論、設(shè)計(jì)電路。要求通過(guò)仿真軟件Multisim完成，并要提供電路原理說(shuō)明。

期末成績(jī)最終占總成績(jī)的60%，分為理論考試部分和綜合設(shè)計(jì)部分。理論考試部分采用筆試方式，以選擇、判斷、電路分析題、電路設(shè)計(jì)題的形式考核基本理論知識(shí)，綜合設(shè)計(jì)部分要求每組學(xué)生提供一個(gè)電路設(shè)計(jì)作品。

3 結(jié)束語(yǔ)

從2009年，我校開(kāi)始在電子信息工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中引入CDIO的教學(xué)理念，把CDIO的“項(xiàng)目教學(xué)”觀念貫穿于教學(xué)中，構(gòu)建了課程體系，改革了核心課程教學(xué)，培養(yǎng)了師資隊(duì)伍，提高了學(xué)生素質(zhì)。但是現(xiàn)有教材偏重理論，與應(yīng)用型工程實(shí)踐有一定距離，期待符合自身特點(diǎn)的應(yīng)用型本科教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材；同時(shí)期待建立完善CDIO模式下的課程反饋機(jī)制，有效監(jiān)控教學(xué)質(zhì)量和效果。

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[4]李哲秀，駱麗，李金平.模擬電子線路分析與Multisim仿真, 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008年1月

[5]黃河科技學(xué)院 ，黃河科技學(xué)院信息工程學(xué)院本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案，2009年.