基于CDIO理念的電子信息類專業(yè)教學(xué)實(shí)踐研究

摘要：在CDIO工程教育人才培養(yǎng)模式下，探討了電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的方法。為培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力，針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的不足進(jìn)行了分析，提出了案例式綜合教學(xué)和創(chuàng)新思維教學(xué)的改革方案，使學(xué)生具備設(shè)計(jì)和實(shí)施工程實(shí)驗(yàn)的能力，掌握基本的創(chuàng)新方法，進(jìn)而達(dá)到電子信息類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

關(guān)鍵詞：CDIO模式；工程教育；案例式教學(xué)；創(chuàng)新思維教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：朱曉明（1982-），女，黑龍江哈爾濱人，黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，講師；王司（1961-），男，黑龍江哈爾濱人，黑龍江工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，教授。（黑龍江 哈爾濱 150050）

基金項(xiàng)目：本文系黑龍江省教育廳教學(xué)改革項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）34-0150-02

隨著科技的進(jìn)步，社會(huì)對(duì)高等人才的需求類型也在不斷提高，更加注重大學(xué)生所具有的實(shí)踐和創(chuàng)新素養(yǎng)，因此在高等教育教學(xué)過(guò)程中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)得到了各高校更多的重視和改革研究。所謂實(shí)踐教學(xué)是相對(duì)于理論教學(xué)而言的一種教學(xué)形式，是鞏固理論知識(shí)和加深對(duì)理論認(rèn)識(shí)的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)。[1]傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)一般是指教學(xué)環(huán)節(jié)中的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，雖然能在一定程度上與所學(xué)的理論知識(shí)相結(jié)合，但是多偏重于所學(xué)知識(shí)的驗(yàn)證，而脫離了真實(shí)的工程背景。因此這種傳統(tǒng)實(shí)踐培養(yǎng)模式可以加深對(duì)抽象概念和理論知識(shí)點(diǎn)的理解，但是對(duì)學(xué)生的工程和創(chuàng)新意識(shí)所起到的作用甚微，學(xué)生還是無(wú)法了解到所學(xué)知識(shí)與真實(shí)工程之間的聯(lián)系，仍會(huì)認(rèn)為所學(xué)無(wú)用。

針對(duì)高等教育的現(xiàn)狀，黑龍江工程學(xué)院（以下簡(jiǎn)稱“我校”）力求不斷改革和創(chuàng)新，成為首批加入教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”模式的試點(diǎn)高校，推行CDIO工程教育人才培養(yǎng)模式，以建設(shè)特色應(yīng)用型本科院校為目標(biāo)。CDIO工程教育模式代表構(gòu)思（conceive）、設(shè)計(jì)（design）、實(shí)施（implement）、運(yùn)行（operate），它體現(xiàn)了現(xiàn)代工程師所應(yīng)具備的服務(wù)于現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品從構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)到運(yùn)行的全過(guò)程所必須擁有的基本能力。[2]CDIO工程教育理念就是要以此全過(guò)程為載體，更新教育教學(xué)觀念，改革人才培養(yǎng)模式和體制，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，打造復(fù)合型、創(chuàng)新型的高素質(zhì)技能型人才培養(yǎng)模式。

一、實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

專業(yè)理論知識(shí)是一切工程實(shí)際應(yīng)用的源頭，但是電子信息類專業(yè)課程多數(shù)具有較強(qiáng)的理論性和抽象性，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中面對(duì)抽象的概念和復(fù)雜的理論公式會(huì)有畏懼感，容易失去專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性。在教學(xué)環(huán)節(jié)中，針對(duì)每門專業(yè)課程開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)可以使教學(xué)內(nèi)容更形象，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，因此實(shí)踐教學(xué)必不可少。

目前我校電子信息類專業(yè)根據(jù)專業(yè)課程的類別，在信號(hào)與信息處理、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)控與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方向都開(kāi)設(shè)了配套的實(shí)踐環(huán)節(jié)。為了充分發(fā)揮這些實(shí)踐教學(xué)的作用，在一定程度上對(duì)理論學(xué)時(shí)進(jìn)行了壓縮，在每學(xué)期的課程理論教學(xué)后，分配了更多的學(xué)時(shí)給予專業(yè)教育實(shí)踐環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力。但是這種實(shí)踐教學(xué)形式在某種程度上也存在一些局限性。

首先，每個(gè)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)都僅是針對(duì)一門或兩門課程而設(shè)計(jì)的，例如對(duì)于單片機(jī)課程開(kāi)設(shè)了單片機(jī)應(yīng)用實(shí)習(xí)，對(duì)于通信原理和移動(dòng)通信課程開(kāi)設(shè)了通信系統(tǒng)仿真實(shí)習(xí)，對(duì)于微波技術(shù)與天線課程開(kāi)設(shè)了天線仿真與設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理課程開(kāi)設(shè)了DSP應(yīng)用實(shí)習(xí)等等，這種實(shí)踐設(shè)計(jì)方法可以提高學(xué)生對(duì)于該門課程或該方面涉及到的專業(yè)知識(shí)的理解，但是對(duì)于一個(gè)完整的工程實(shí)踐需要的是多方面課程的綜合體現(xiàn)，所以此實(shí)踐教學(xué)方式還具有一定的局限性。

其次，由于信息科學(xué)技術(shù)屬于IT產(chǎn)業(yè)，發(fā)展極其迅速，新技術(shù)、新方法不斷涌現(xiàn)，因此需要對(duì)電子信息類專業(yè)教師提出更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，要對(duì)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及時(shí)更新，才能達(dá)到課程教學(xué)內(nèi)容新穎，與實(shí)際聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，充分體現(xiàn)CDIO工程教育模式對(duì)人才的培養(yǎng)。

二、CDIO實(shí)踐教學(xué)改革思路

1.案例式綜合教學(xué)

在CDIO工程教育背景下，為體現(xiàn)出工程應(yīng)用性的特點(diǎn)，擬采用案例式綜合教育方式作為實(shí)踐教學(xué)的新嘗試，即在學(xué)生掌握了一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)后，將多門專業(yè)課程知識(shí)融合，以工程案例的形式作為實(shí)踐題目。學(xué)生們以團(tuán)隊(duì)的方式從案例整體構(gòu)思開(kāi)始，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，初步確定工程系統(tǒng)框架，在此環(huán)節(jié)中學(xué)生們需要結(jié)合多門課程所涉及到的知識(shí)點(diǎn)才能確定整體流程。以學(xué)期或是學(xué)年為研究時(shí)限，根據(jù)興趣選擇案例題目，在整個(gè)設(shè)計(jì)和實(shí)施環(huán)節(jié)中學(xué)生們可以帶著問(wèn)題來(lái)選擇與學(xué)習(xí)專業(yè)相關(guān)課程，從而有效提高學(xué)習(xí)積極性，鍛煉團(tuán)隊(duì)間的分配和協(xié)作能力。該案例式教學(xué)方式的實(shí)現(xiàn)也需要學(xué)校能在制度上給予大力配合，如實(shí)踐地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放使用，學(xué)生可以更寬范圍的自主選課，同時(shí)實(shí)踐過(guò)程轉(zhuǎn)化為專業(yè)課程學(xué)分的有效性等。

以射頻識(shí)別系統(tǒng)（RFID）的設(shè)計(jì)作為案例進(jìn)行教學(xué)分析：在構(gòu)思階段要自學(xué)射頻識(shí)別系統(tǒng)的基本原理和整體架構(gòu)，它是由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)三大部分組成，如圖1所示。在設(shè)計(jì)階段，為了進(jìn)一步具體實(shí)現(xiàn)射頻識(shí)別系統(tǒng)的各功能模塊，必須要設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制器、編碼器、調(diào)制器、本地振蕩器、發(fā)射器、接收器、存儲(chǔ)器、天線等，因此一個(gè)完整的系統(tǒng)實(shí)際包含了很多個(gè)微單元。在實(shí)施階段，根據(jù)所設(shè)計(jì)電路圖，利用電子元器件搭建實(shí)物射頻識(shí)別系統(tǒng)，焊接、測(cè)試、調(diào)試電路，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能指標(biāo)。在運(yùn)行階段可以將實(shí)現(xiàn)的射頻識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用于指定的工程案例環(huán)境中，設(shè)計(jì)上位機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)軟件，例如射頻門禁卡、小區(qū)物業(yè)管理、學(xué)生上課簽到、圖書(shū)館借閱圖書(shū)等系統(tǒng)中。此工程案例涵蓋的專業(yè)課程內(nèi)容包括“高頻電子線路”、“單片機(jī)原理應(yīng)用”、“數(shù)字信號(hào)處理”、“微波技術(shù)與天線”、“信息論與編碼”、“通信原理”、“監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)”等。

這樣的案例式綜合教學(xué)方式既貼近工程設(shè)計(jì)實(shí)例，又能涵蓋多門專業(yè)課程的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，可以提高學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力，解決學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生不知專業(yè)知識(shí)用在何處的彷徨和迷茫。理論與工程案例的結(jié)合充分體現(xiàn)了工程教育的實(shí)踐教學(xué)模式。

2.創(chuàng)新思維教學(xué)

所謂創(chuàng)新能力是指人們產(chǎn)生新認(rèn)識(shí)、新思想，發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，提出新概念、新方法，建立新理論和發(fā)明新技術(shù)、新產(chǎn)品的創(chuàng)建性、發(fā)展性和開(kāi)拓性能力。[3]對(duì)于CDIO工程教育模式下的創(chuàng)新能力培養(yǎng)，即是把創(chuàng)新教育貫穿于工程科技人才培養(yǎng)的全過(guò)程中，培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展需要的創(chuàng)新型工程技術(shù)人才。

為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，需要改革教學(xué)模式。傳統(tǒng)的教學(xué)模式多以講授為主，以考試結(jié)果作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，采取的多是被動(dòng)式教學(xué)。而創(chuàng)新思維的培養(yǎng)基礎(chǔ)是學(xué)生要具有獨(dú)立的、主動(dòng)的學(xué)習(xí)和思考能力，在此基礎(chǔ)上才能具有創(chuàng)造能力。在教學(xué)中不能以固定模式對(duì)全部學(xué)生做整體的培養(yǎng)，要根據(jù)學(xué)生們的不同興趣，鼓勵(lì)多元化的學(xué)習(xí)和發(fā)展方向，例如：對(duì)實(shí)物制作感興趣，可以注重培養(yǎng)其硬件電路的動(dòng)手能力；對(duì)語(yǔ)言編程感興趣，可以注重培養(yǎng)其系統(tǒng)的軟件編程能力；對(duì)理論研究感興趣，可以注重培養(yǎng)其系統(tǒng)算法方面的設(shè)計(jì)能力等等。

同時(shí)我校依托大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和各類電子信息專業(yè)相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽、科技競(jìng)賽，通過(guò)參與過(guò)程可轉(zhuǎn)化為綜合素質(zhì)學(xué)分的政策，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與，營(yíng)造了濃厚的校園創(chuàng)新氛圍。自實(shí)施創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目以來(lái)，在專業(yè)導(dǎo)師或企業(yè)導(dǎo)師的指導(dǎo)下，學(xué)生們以團(tuán)隊(duì)的形式，根據(jù)興趣自由選擇創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目或創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目，充分激發(fā)了學(xué)生參與創(chuàng)新的積極性和主動(dòng)性，過(guò)程中通過(guò)獨(dú)立設(shè)計(jì)、發(fā)表論文或申請(qǐng)專利等項(xiàng)目，培養(yǎng)了學(xué)生的科研創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。廣泛開(kāi)展大學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽，近些年電子信息專業(yè)學(xué)生積極參與各類學(xué)科競(jìng)賽，其中包括全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生系列科技學(xué)術(shù)競(jìng)賽、大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、“TRIZ”杯大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等，通過(guò)競(jìng)賽學(xué)生們不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并獨(dú)立解決問(wèn)題，該過(guò)程不僅可以學(xué)習(xí)到更多的課堂外的專業(yè)知識(shí)，鍛煉學(xué)生們理論聯(lián)系實(shí)際的實(shí)踐能力，還可以激勵(lì)學(xué)生積極創(chuàng)新的能力。

三、結(jié)束語(yǔ)

CDIO工程教育是為了培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，具有綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)和過(guò)程的能力。基于CDIO理念，對(duì)于電子信息類專業(yè)而言，需要教師投入足夠的時(shí)間和精力用于教學(xué)與指導(dǎo)學(xué)生，大力開(kāi)展學(xué)生的工程實(shí)踐活動(dòng)和創(chuàng)新活動(dòng)，同時(shí)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，教師要緊隨該專業(yè)的發(fā)展方向?qū)?shí)踐教學(xué)進(jìn)行持續(xù)改革，才能有效地培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王永生，劉拓，章梓茂.建設(shè)有利于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系[J].中國(guó)高等教育，2006，（22）：48-50.

[2]顧學(xué)雍.聯(lián)結(jié)理論與實(shí)踐的CDIO——清華大學(xué)創(chuàng)新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009，（1）：11-23.

[3]鄧湘，唐寧.從指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目談創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].中國(guó)電力教育，2013，（4）：27-28.

（責(zé)任編輯：孫晴）