基于CDIO的“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”課程研究

摘要：引入CDIO教育理念，針對“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”課程在教學(xué)理念、教學(xué)手段和考核方法等方面提出了改革構(gòu)想并進(jìn)行了具體的實(shí)踐，在增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、創(chuàng)新性和協(xié)作能力等方面取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：CDIO；電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)；改革；實(shí)踐

作者簡介：周童（1981-），男，江蘇南通人，南通大學(xué)電子信息學(xué)院，講師；周晶（1976-），女，江蘇南通人，南通大學(xué)電子信息學(xué)院，講師。（江蘇 南通 226019）

基金項(xiàng)目：本文系南通大學(xué)教學(xué)研究課題（課題編號：2011B43）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）27-0117-02

CDIO（Conceive Design Implement Operate）[1]教育理念近年來在國際工程教育界十分流行，它的基本方法是以工程產(chǎn)品的研發(fā)到實(shí)際產(chǎn)品運(yùn)行這一過程為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO的培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生應(yīng)具備的能力按工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力這四個層面加以劃分，大綱要求通過綜合培養(yǎng)的方式使學(xué)生在這四個層面上均衡地達(dá)到預(yù)定培養(yǎng)目標(biāo)。

自2003年，周立功教授在江西理工大學(xué)首次以3+1教育模式率先開展了CDIO性質(zhì)的教育試點(diǎn)以來，已經(jīng)過去十個年頭了。其間，中國教育部多次組織會議與國內(nèi)外著名高校的專家學(xué)者討論了中國進(jìn)行工程教育改革的緊迫性與必要性，并制訂了一些工程教育改革方案。迄今為止，國內(nèi)已有近四十所高校先后被定為CDIO教育模式的研究與實(shí)踐試點(diǎn)單位，并均已獲得不同程度的教育成果。

一、關(guān)于“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”

1.課程的基本設(shè)置

“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”是南通大學(xué)（以下簡稱“我校”）計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院下計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程和網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的一門十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，由電路基礎(chǔ)和模擬電子技術(shù)綜合而成。原先的課程設(shè)置與課時分配如下：電路基礎(chǔ)部分共10章40學(xué)時，模擬電子技術(shù)部分共10章40學(xué)時，實(shí)驗(yàn)部分共4次試驗(yàn)16學(xué)時，總共96學(xué)時，其中實(shí)驗(yàn)部分安排在期末進(jìn)行。教材的使用情況為：電路部分使用普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材《電路》第5版，模擬電子技術(shù)部分使用面向21世紀(jì)課程教材《電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分（第五版）》。

學(xué)生的期末總評成績按平時表現(xiàn)30%，期末考試70%的比例計(jì)算，期末考試為閉卷筆試，實(shí)驗(yàn)部分不計(jì)入最終的總評成績評定。

2.課程存在的問題

從前幾輪的教學(xué)情況來看，筆者認(rèn)為我校該課程在改革前存在以下問題：

（1）教材選取并不十分合適。《電路》和《電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分》這兩本教材內(nèi)容廣泛、講解詳盡、思維縝密，對于電類專業(yè)的學(xué)生而言十分合適。但是，對于總共只有80學(xué)時的“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”而言，這兩本教材的內(nèi)容顯然太多、太細(xì)、太深，結(jié)果只能是某些大章被舍棄不講，而保留的大章中也要對其中的小節(jié)有所取舍。即便如此，每一大章所能分得的平均學(xué)時數(shù)也只有4個學(xué)時，老師講解得很匆忙，學(xué)生聽起來也吃力。如此大量地削減書本中原有的知識點(diǎn)，會給學(xué)生的自學(xué)增加難度，多數(shù)有課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)習(xí)慣的學(xué)生都反映因知識不連貫造成了理解上的困難。

（2）電路基礎(chǔ)部分的講授過程過于抽象。電路基礎(chǔ)部分是“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”課程中最先講解的部分，從電路模型開始講到頻率響應(yīng)，前后涉及10個大章。其中絕大部分都是在做電路的等效變換和相關(guān)的數(shù)學(xué)計(jì)算，講授過程也是按傳統(tǒng)的順序講解。對于電類的學(xué)生而言，他們有整個學(xué)期的時間去不斷實(shí)踐和強(qiáng)化相關(guān)的知識。然而，對于憧憬著自己未來成為計(jì)算機(jī)硬、軟件或者網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方面人才的計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生而言，大學(xué)里第一門專業(yè)基礎(chǔ)課就如此抽象、枯燥，而且里面的知識似乎也跟計(jì)算機(jī)沒什么太大聯(lián)系，多數(shù)的學(xué)生都表現(xiàn)出了反感和厭學(xué)的情緒，從而直接影響了后續(xù)的模電部分的學(xué)習(xí)。

（3）模擬電子技術(shù)部分的講授內(nèi)容過多。從現(xiàn)有教學(xué)大綱來看，《電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分》教材中除了最后一章SPICE輔助分析設(shè)計(jì)不講以外，其余大章基本一個不落。這些內(nèi)容雖然都有實(shí)際的器件和實(shí)用電路作為支撐，但由于電路結(jié)構(gòu)多變，設(shè)計(jì)參數(shù)眾多，計(jì)算過程繁瑣，對于之前已經(jīng)對該課程產(chǎn)生了厭惡情緒的學(xué)生來說，更繁更難的模電內(nèi)容無疑是雪上加霜。而對于有較好學(xué)習(xí)方法的學(xué)生，要在短時間內(nèi)掌握如此多的內(nèi)容，也是不小的挑戰(zhàn)。

（4）實(shí)驗(yàn)部分安排不合理。實(shí)驗(yàn)課安排在學(xué)期末進(jìn)行，時間上跟理論課脫節(jié)，往往是做實(shí)驗(yàn)的時候，相關(guān)的理論知識已經(jīng)遺忘殆盡了；同時，實(shí)驗(yàn)部分不計(jì)入最終的總評成績評定，這就使得實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性再次降低，學(xué)生根本不認(rèn)真對待。

（5）考核方式與工程教育的理念不相符合。傳統(tǒng)的閉卷筆試，以各自獨(dú)立的分析計(jì)算題為主，配以選擇、填空題。學(xué)生為了通過考試而海量做題，整個課程學(xué)完，學(xué)生說不出學(xué)過什么，學(xué)的知識有什么用，當(dāng)然也就無法應(yīng)用于實(shí)際的工程實(shí)踐。

二、基于CDIO的課程改革構(gòu)想

對“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”課程引入CDIO教育模式進(jìn)行改革，主要是為了增強(qiáng)學(xué)生電子電路技術(shù)的興趣度、認(rèn)知度和實(shí)踐能力。從電路的宏觀功能入手，對項(xiàng)目的組成模塊逐一分解，各個擊破，讓學(xué)生從“做中學(xué)”。筆者在研究了相關(guān)課程[2，3]的改革思想之后，針對本課程的CDIO模式改革提出了以下構(gòu)想：

1.選用更合適的教材

針對之前的教材理論性強(qiáng)、內(nèi)容多的問題，我校反復(fù)比較，仔細(xì)斟酌，選擇了“十一五”國家教材《電路與模擬電子技術(shù)（第二版）》一書。該書專門針對計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生編寫，壓縮了傳統(tǒng)教材中電路基礎(chǔ)部分，重新整合了模電部分，更加適合計(jì)算機(jī)專業(yè)這樣既需要較熟練地掌握電工電子技術(shù)的方法而又不要求作深入研究的學(xué)生使用。

2.適當(dāng)改變授課順序

以往的授課順序都是自下而上，這樣雖然起步時較為輕松，但對于現(xiàn)學(xué)的知識在整個課程體系中的作用，學(xué)生幾乎都是一頭霧水。建議可以從一個具有綜合性但又不太復(fù)雜的實(shí)際系統(tǒng)入手，反過來自上而下地講解相關(guān)知識點(diǎn)。例如通過單相小功率直流穩(wěn)壓電源，用圖1的講解方式逐漸引出各個相關(guān)的知識點(diǎn)。

3.弱化電路基礎(chǔ)與模擬電子技術(shù)之間的課程界線

采用圖1的講解方式之后，電路基礎(chǔ)和模電中各自的知識點(diǎn)不再涇渭分明，而是需要什么就講什么。實(shí)際器件、電路和抽象的定理、方法互相穿插，相互支撐，可以降低學(xué)生學(xué)習(xí)的疲勞度，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣和信心。

4.實(shí)驗(yàn)課程的改革

增加實(shí)驗(yàn)課的課時量，將實(shí)驗(yàn)課平行于理論課進(jìn)行，甚至可以直接進(jìn)入理論課的教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取須緊密結(jié)合理論課內(nèi)容，借助EWB或者SPICE仿真軟件，在理論課堂上就可以直接向?qū)W生展示電路的仿真原理圖和結(jié)果。同樣，某些理論課上的知識點(diǎn)也可以在實(shí)驗(yàn)課上通過實(shí)驗(yàn)的方式提出并呈現(xiàn)給學(xué)生。另一方面，實(shí)驗(yàn)課不能局限于軟件仿真，應(yīng)該在條件允許的情況下多進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)，通過在面包板上搭建實(shí)物電路并運(yùn)行，不僅鍛煉了學(xué)生個人操作能力，還能培養(yǎng)其人際團(tuán)隊(duì)合作能力。

5.考核方式的改革

純粹的理論閉卷筆試必須被理論結(jié)合實(shí)踐的考核方式所替代。建議只把最基本的理論分析和計(jì)算作為筆試內(nèi)容，如電阻電路的基本分析方法和定理，基本共射極放大電路的計(jì)算等。實(shí)踐考試則以在規(guī)定時間內(nèi)，按小組劃分，完成隨機(jī)抽取的項(xiàng)目設(shè)計(jì)題的方式進(jìn)行。實(shí)踐考試中允許翻閱相關(guān)資料或在組內(nèi)互相討論。實(shí)踐部分的評分方式可以參考模糊層次分析法，[4，5]按成果、口試和團(tuán)隊(duì)三個方面綜合評分。最終的考核成績中，理論筆試占50%，實(shí)踐考試占40%，平時表現(xiàn)占10%。

三、已實(shí)施的改革步驟

由于得到我校教學(xué)研究課題的基金支持，“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”課程的CDIO模式改革已經(jīng)初見成效：

第一，在更換教材的同時，重新分配了電路基礎(chǔ)與模電部分所占的課時比例，增加了實(shí)驗(yàn)課的課時量。電路基礎(chǔ)調(diào)整為28學(xué)時，模擬電子技術(shù)為36學(xué)時，實(shí)驗(yàn)32學(xué)時。考慮到原先的課后作業(yè)多有抄襲現(xiàn)象發(fā)生，現(xiàn)將平時作業(yè)從課后作業(yè)改為課堂練習(xí)，題目也精選極具代表性的題型。

第二，理論課內(nèi)容進(jìn)一步精簡。新教材的理論內(nèi)容已經(jīng)較原來的教材有所壓縮，但由于課時所限，有些知識點(diǎn)在實(shí)際授課時必須做弱化處理。例如二極管、三極管和運(yùn)算放大器只強(qiáng)調(diào)外特性而不細(xì)究內(nèi)部工作原理，交流電路只涉及單相正弦穩(wěn)態(tài)電路的一般分析而對三相電路和相量圖分析法不做要求。

第三，實(shí)驗(yàn)課不再放到學(xué)期末進(jìn)行，而是有機(jī)地穿插在理論課當(dāng)中。在某些理論課的授課過程中加入SPICE軟件的仿真演示，很好地提高了學(xué)生對抽象知識點(diǎn)的認(rèn)知度，提高了學(xué)習(xí)積極性，降低了思維疲勞度。在實(shí)驗(yàn)機(jī)房中完成的實(shí)驗(yàn)課，則讓學(xué)生自愿組合成固定的實(shí)驗(yàn)小組，一般3至5人一組，每個人選取大項(xiàng)目中不同子項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)。

第四，期末考核方式由原先的閉卷筆試改為筆試和實(shí)踐相結(jié)合。筆試部分只占總評成績的50%，主要是考查學(xué)生最基本的概念和基礎(chǔ)的分析與計(jì)算。實(shí)踐能力考核占總評的40%，考核時依然以平時實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)小組為單位，完成當(dāng)場抽取的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，最終按子項(xiàng)目的難易程度與完成度評出個人能力成績，按大項(xiàng)目的完成度及優(yōu)劣評出人際團(tuán)隊(duì)能力成績。平時表現(xiàn)占10%，包括理論課上課堂練習(xí)完成的情況和實(shí)驗(yàn)課上口頭問答的情況。

四、結(jié)束語

CDIO是一種先進(jìn)的教育模式，本文將CDIO理念引入到“電子電路技術(shù)與實(shí)驗(yàn)”課程中，在教學(xué)理念、教學(xué)手段和考核方式等方面提出了改革構(gòu)想，并在校教學(xué)研究課題基金的支持下完成了部分改革，取得了一定的效果。同時，也為近電類專業(yè)中的電類課程的改革提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)：

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