CDIO模式下課程教學改革的探索與實踐

摘要：以“數字電子技術”課程為例，介紹了基于CDIO 教育模式下課程教學改革的基本思想，探討了課程授課體系、教學方法、考核方法等方面所開展的一系列改革措施，最后在總結CDIO模式下課程教學改革之特點的基礎上，給出了在空軍工程大學航空電子工程專業推行CDIO工程教育模式改革的行動框架。

關鍵詞：CDIO；工程教育；教學改革

作者簡介：吳軍（1972-），男，湖南長沙人，空軍工程大學航空航天工程學院，副教授；彭芳（1973-），女，湖南長沙人，空軍工程大學航空航天工程學院，講師。（陜西 西安 710038）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）35-0117-02

CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運行（Operate），[1，2]是由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學，歷經四年的研究、探索和實踐創立的一種先進的工程教育理念。它以項目或產品的研發到運行的整個生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習和獲取工程能力，包括個人的科學和技術知識、終身學習能力、交流和團隊工作能力，以及在社會和企業環境下構建產品或系統的能力。其目的是造就適應21世紀需要的有工程專業能力、有社會意識和創業創新精神的工程師，此模式符合工程人才培養的規律，代表先進的教育方法。

空軍工程大學（以下簡稱“我校”）是空軍唯一的綜合性大學和專業技術院校的最高學府，素有空軍“工程師的搖籃”之美譽。如何依據高等教育新的形式、我校培養高層次工程技術人才的培養定位、CDIO等新的教學理念來構建新的培養方案和課程體系，探索新的教學方法和手段，以培養出滿足軍隊信息化建設需求的、綜合素質優良的創新型人才，是履行“理論先導、人才支持、科技支撐”的重大責任和神圣使命所必須認真思考的問題。筆者在“數字電子技術”課程教學過程中，以CDIO能力大綱和12條標準為導向，對CDIO模式下的課程教學改革進行了初步的探索與實踐，[3]以期獲取進一步推廣CDIO工程教育模式的依據和經驗。

一、優化和整合課程內容

“數字電子技術”課程是面向我院軍械、火控、自動控制、雷達、對抗、通信、計算機等專業的一門專業基礎主干課程，是“電路與電子技術基礎”課程群的重要組成部分。課程于第五學期實施，計劃為56學時，同期還開設有20學時的實驗課；在第六學期另外開設了為期一周（按30學時計）的“電子實習與裝調”課程，三門子課程分別進行考核。從課程的設置情況來看，涵蓋了理論、實驗和實踐三個重要環節，但也存在以下問題：

第一，理論課與實驗課單獨開設并由不同教員分別授課，不利于教員對學員學習效果的掌握，也不利于學員對學習內容的理解；理論與實驗內容之間、教員與學員之間的直接溝通渠道不夠通暢。

第二，實驗課與理論課的進度往往不能同步，不利于學員及時地對教學內容進行深入探討、理解和掌握；實驗內容還停留在特定器件、簡單電路的手工搭建與驗證階段，不能達到通過實驗貫穿并系統掌握理論知識的目的。

第三，實踐環節課程內容的實施，由于受限于課時、實驗室條件等多方面因素，現階段仍可看成是多次實驗課內容的合并與簡單綜合，沒有觸及EDA等當前數字系統設計的主流思想與流程，無法體驗工程設計與實現的基本環節。

基于以上存在的問題，將三門子課程合并為一門課程，總課時量為80學時，由一名理論課教員主講，一名實驗課教員輔助。教學內容上加強EDA相關知識及軟件使用的比重，并結合授課內容進行講解。按照工程設計的思路重新規劃實驗內容，與理論授課保持同步，要求使用EDA軟件進行設計與仿真，強調“構思-設計-實現-運行”各環節的重點與相互關聯性；最后以各次實驗課的成果為模塊，構成完整的數字系統。

課程內容的優化與整合為CDIO教學模式的開展奠定了基礎，不僅壓縮了學時，更重要的是將理論與實踐較好地結合成為統一的、完整的處理方式，讓學生在“做中學、練中思、踐中創”。通過課程的學習，建立起“工程（師）”的概念，并體驗到工程或系統的構思、設計、實現與運行的各個環節。

二、建立CDIO模式下的新型授課體系

根據CDIO能力培養大綱，把課程授課體系設計為課堂教學、實驗教學和課外興趣小組的層次結構，如圖1所示。

1.課堂教學

CDIO相比于傳統的教學模式，主要體現在教學與學習的過程以及學習的經驗獲取方式和技能的訓練方法上。因此首先是教師要更新教學觀念，從過去的“以教師為中心、傳授知識為目的”的傳統教育觀念，轉變成“以學生為中心，提高學生對知識的運用能力為目的”的新觀念，學生由被動的接受者轉變為獲取信息的主體，教師由知識的傳授者轉變為引導者、促進者。要將數字電子技術工程應用貫穿于課程的教學活動中，讓學生從解決工程問題的角度學習專業知識，掌握工程思維方法，進而形成對工程的興趣，提高學生獨立分析問題、認識問題、解決問題的能力。

其次，在教學方法和手段上，要根據教學內容的不同區別對待。“數字電子技術”是一門實踐性很強的課程，學生對電路的分析與設計通常都難以理解，在課堂教學中可以結合黑板、多媒體課件、EDA軟件設計與仿真演示等多種手段，激發學生的學習興趣，加深對知識的理解。

2.實驗教學

將實驗課全部并入理論教學活動是該課程內容優化與整合的重點之一。任課教師既承擔理論教學任務，又是課程實驗教學的教師之一，負責統籌安排實驗計劃和內容；既可采用邊講邊實驗邊討論的方式與理論教學相結合，也可把實驗內容與單元復習講評相結合。在實驗項目的設置方面，壓縮驗證性的基礎實驗項目，結合相關聯的課程知識、專業特點和裝備，設置豐富的設計性和綜合性實驗（二級、三級實驗項目），體現工程應用的特點，并有意識地將一個相對復雜的數字系統進行模塊化拆分，形成各實驗項目，最后再將各實驗項目的成果進行集成，得到事先想定的數字系統原型。在實驗教學的具體實施方面，要求學生嚴格按照構思、設計、實現、運行產品項目開發程序，系統地完成一個工程實踐經歷。

3.課外興趣小組

在日常的理論教學與實驗教學活動中，教師給予有興趣、有見解的學生以正面的引導和鼓勵，成立課外興趣小組。給各小組布置相同或不相同的任務，甚至可以參與教員的科研項目，吸收高年級學生或研究生進行輔導幫助，教員負責指導和統籌安排。在任務的完成過程中，建立小組工作進度報告制度，報告自己本周取得的成果、下周的目標以及實現目標的計劃；鼓勵小組成員參加全國大學生電子設計競賽，在競賽中得到錘煉和成長。

課外興趣小組的成立及其各項任務的達成，培養了學生的創新精神、實踐能力、自學能力、綜合能力、交流溝通與表達能力、團隊合作精神和對大系統的適應與調控能力，同時對于班級中其他學生來說，也具有相當的刺激作用，能夠激發起全體學生的學習興趣和積極性。

三、細化課程考核方法

本課程教學改革之前，理論、實驗、實踐環節的考核是獨立進行的，其中理論課的考核基本上是以期末一張試卷決定課程的成績。其弊端是缺乏對學生平時學習情況的檢查和監督，難以給出對學生能力的正確評價；實驗和實踐環節的考核結論只有合格與不合格兩種情況，其依據往往只是一紙實驗報告書，而且幾乎所有的結論都是“合格”。

CDIO 模式是能力本位的培養模式，與知識本位的培養模式是有本質區別的。CDIO標準要求采用有效的方法來衡量學生的基本個人能力和人際合作能力、產品和系統構建能力以及學科專業知識。在對課程內容進行優化整合以后，建立了新的教學評價體系，細化了課程考核方法，加大了平時考核力度，將一次考核變為全程考核。并且在開學之初就向學生公布課程考核辦法，使學生在學習的過程中有明確的努力方向。課程的考核成績包括：課堂回答問題的情況、作業完成的質量、實驗項目完成的質量、期末試卷得分情況，同時對于一些在實驗項目中有突出表現的團隊和個人給予加分。

四、結束語

在實施CDIO模式的“數字電子技術”課程教學改革過程中，筆者的真實體會是：在整個教學活動中，教學和學習的過程都發生了很大的變化，以學生為中心主動學習的觀念得以體現（CDIO標準8）。理論與實驗一體化的教學模式突破了雙方的固有界限，在激發學生學習興趣、提高創新實踐能力、培養團隊合作意識等方面都發揮出明顯的作用，同時也對教師的教學能力和專業綜合能力提出了挑戰（CDIO標準9、CDIO標準10）。貫穿全課程的設計性和綜合性實驗項目，使學生置身于“做中學、練中思、踐中創”的環境之中，不僅使學生明白了為什么要學習本課程、對今后的工作有什么用處，同時也使之對電子技術基礎課程群若干核心課程的知識融會貫通，系統分析能力和專業技能得以提升（CDIO標準3、CDIO標準5）。CDIO的能力本位培養模式必須有一個科學的評價體系作為支撐（CDIO標準11、CDIO標準12）。

為使改革穩妥進行，也為今后全面推廣CDIO模式提供經驗，筆者選取了一門課程當作試驗田。但也清醒地認識到，CDIO的教育理念和模式絕對不僅僅是一門課程的教學改革所能涵蓋得了的，而是一個復雜而龐大的系統工程。在今后的推廣工作中，還必須系統地關注以下問題：第一，如何通過培養方式和課程的改革縮短與國內外核心工程技術發展的差距。第二，提高教學質量不能只靠競爭，更要加強合作，才能處理好良性競爭與誠信合作的關系。第三，院校應該正確看待教學與科研，與裝備科研單位實現互惠互利、資源共享，在院校有限的條件下，為學生提供更為廣泛和實際的工程實踐環境。第四，CDIO教學實踐并不是關乎一個教師個人教學生涯的事業，更是關乎所有工程教育利益相關者的事業，如何取得教、學、管等多方的全力支持與配合是開展CDIO教育模式改革的基礎。

參考文獻：

[1]陶勇芳， 商存慧.CDIO大綱對高等工科教育創新的啟示[J].中國高教研究，2006，（11）：81-83.

[2]王剛.CDIO工程教育模式的解讀和思考[J].中國高教研究，2009，（4）：86-87.

[3]于歆杰.麻省理工學院教育教學考察報告（三）——“電路與電子學”課程教學法篇[J].電子電氣教學學報，2004，26（4）：6-10.

（責任編輯：王意琴）