基于CDIO模式下模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

于軍

卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃的主要目標(biāo)是面向工業(yè)、面向世界、面向未來(lái)，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。近年來(lái)，課程組對(duì)模擬電子技術(shù)課程采用CDIO工程教育模式，在教學(xué)內(nèi)容、課程體系、教學(xué)方法、實(shí)施過(guò)程等方面進(jìn)行了一系列改革與實(shí)踐，取得了初步成效和一些有益的成果，對(duì)其他課程起到了示范的作用。

一、模擬電子技術(shù)課程的特點(diǎn)

模擬電子技術(shù)是高等學(xué)校工科電氣、電子信息類專業(yè)本科生的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有自身的體系和很強(qiáng)的工程性與實(shí)踐性。課程通過(guò)對(duì)常用電子器件、模擬電子電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基本知識(shí)、基本理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。模擬電子技術(shù)課程涉及的內(nèi)容多，理論性強(qiáng)，具有基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和先進(jìn)性。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感到困難，出現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相分離，重視理論教學(xué)忽視實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生學(xué)完課程后，知識(shí)不知如何應(yīng)用，造成學(xué)習(xí)效果差、學(xué)習(xí)積極性低等現(xiàn)象。課程教學(xué)亟待深化改革，探索實(shí)踐。

二、CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是國(guó)際工程教育改革的最新成果，自2005年引入中國(guó)以來(lái)，短短幾年對(duì)中國(guó)工程教育產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Imple?ment）、運(yùn)行（Operate），以產(chǎn)品項(xiàng)目研發(fā)到產(chǎn)品項(xiàng)目運(yùn)行的生命周期為載體，建立一體化的相互支撐和有機(jī)結(jié)合的課程體系，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的方式學(xué)習(xí)工程項(xiàng)目的理論、技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作精神和可持續(xù)發(fā)展能力。《CDIO教學(xué)大綱》和《CDIO標(biāo)準(zhǔn)》是實(shí)施CDIO工程教育模式兩個(gè)最重要的指導(dǎo)性文件。《CDIO教學(xué)大綱》在“培養(yǎng)什么人”的問(wèn)題上提出了工程教育人才培養(yǎng)的總目標(biāo)：一是深入強(qiáng)調(diào)工程教育以技術(shù)知識(shí)與學(xué)科基礎(chǔ)為根基；二是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠引領(lǐng)新產(chǎn)品、新流程和新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)行的能力；三是培養(yǎng)學(xué)生能夠理解科學(xué)與技術(shù)發(fā)展對(duì)社會(huì)的重要性、戰(zhàn)略性以及對(duì)社會(huì)的影響。《CDIO標(biāo)準(zhǔn)》在“如何培養(yǎng)人”方面采用建構(gòu)主義教育理論，通過(guò)CDIO的12條標(biāo)準(zhǔn)指引工程教育改革的實(shí)施方法，主要包含的內(nèi)容有：工程背景（標(biāo)準(zhǔn)1）、課程發(fā)展（標(biāo)準(zhǔn)2、3、4）、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)和工作平臺(tái)（標(biāo)準(zhǔn)5、6）、教學(xué)和學(xué)習(xí)方法（標(biāo)準(zhǔn)7、8）、高水平導(dǎo)師隊(duì)伍建設(shè)（標(biāo)準(zhǔn)9、10）、評(píng)估（標(biāo)準(zhǔn)11、12）。CDIO工程教育模式與很多工程教育改革相比，是一個(gè)國(guó)際性較全面的、系統(tǒng)的工程教育改革模式。模擬電子技術(shù)是電氣、電子信息類專業(yè)主要的基礎(chǔ)課程，是學(xué)生必修的主干課程，是學(xué)生后續(xù)課程的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和創(chuàng)新能力方面起著重要的作用。因此針對(duì)課程的特點(diǎn)及目前教學(xué)中存在的問(wèn)題，探討CDIO工程教育模式下的模擬電子技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和工程實(shí)踐能力具有十分重要的意義。

三、CDIO模式的教學(xué)內(nèi)容

隨著電子技術(shù)新器件、新技術(shù)、新方法的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新、換代，現(xiàn)有的模擬電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容已不能滿足學(xué)生和社會(huì)的需求，主要表現(xiàn)在：第一，注重理論分析，忽略工程性和實(shí)踐性；第二，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容陳舊，滯后于新器件、新技術(shù)的發(fā)展。此外，模擬電子技術(shù)課程的特點(diǎn)是學(xué)時(shí)少，內(nèi)容覆蓋面廣，基本概念抽象，電路形式多樣且難懂等。學(xué)生在學(xué)完后，普遍反映入門(mén)難，知識(shí)得不到應(yīng)用，造成學(xué)習(xí)效果差、學(xué)習(xí)積極性不高等現(xiàn)象。為此，對(duì)模擬電子技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，確定了以模擬電子技術(shù)的CDIO工程項(xiàng)目為教學(xué)內(nèi)容，具體見(jiàn)130頁(yè)表。

CDIO工程項(xiàng)目重在強(qiáng)調(diào)器件外部特性，淡化器件內(nèi)部工作原理，注重教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性和工程性，從傳統(tǒng)的以教師為中心教給學(xué)生向以學(xué)生為中心學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，在講授知識(shí)點(diǎn)時(shí)實(shí)施以工程項(xiàng)目為內(nèi)容的教學(xué)模式。在實(shí)踐環(huán)節(jié)中實(shí)施多層次、立體化教學(xué)模式；理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式。CDIO工程項(xiàng)目使學(xué)生在基礎(chǔ)知識(shí)的理解、工程思維、工程實(shí)踐和解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)等方面有了顯著提高。

基于CDIO工程項(xiàng)目模擬電子技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容

四、CDIO模式的課程體系

CDIO工程教育模式堅(jiān)持以學(xué)生為中心，以工程能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育為主線，夯實(shí)基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)，重視實(shí)踐，培養(yǎng)能力，鼓勵(lì)創(chuàng)新，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，課內(nèi)講授與課外輔導(dǎo)相結(jié)合，共性教育與個(gè)性教育相結(jié)合，以相應(yīng)配套政策制度為保障，努力培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的卓越工程師人才，構(gòu)建了多層次、多樣化的課程體系，見(jiàn)下圖。CDIO模式課程體系的優(yōu)點(diǎn)是：采用分層次、多樣化授課方式，針對(duì)不同的學(xué)生采取不同的方式，逐步引導(dǎo)學(xué)生以自學(xué)為主；注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)、課內(nèi)講授與課外輔導(dǎo)的有機(jī)結(jié)合；解決了共性教育和個(gè)性教育之間的矛盾；注重專業(yè)學(xué)習(xí)與素質(zhì)教育、學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新思維培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合；培養(yǎng)學(xué)生逐步形成科學(xué)的思維方式、實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

課程體系圖

五、CDIO模式的教學(xué)方法

模擬電子技術(shù)授課在CDIO工程教育模式框架內(nèi)進(jìn)行，需將CDIO工程教育理念靈活地貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，要樹(shù)立以學(xué)生為中心的教育理念，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。授課教師首先提出工程項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生思考、研討，倡導(dǎo)“做中學(xué)”的教學(xué)方法，增加工程實(shí)踐動(dòng)手機(jī)會(huì)，培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在實(shí)施素質(zhì)教育、推進(jìn)教育現(xiàn)代化的過(guò)程中，模擬電子技術(shù)教育要跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。為了使CDIO工程教育授課形式統(tǒng)一，教學(xué)行為規(guī)范，課程組教師課前要進(jìn)行研討，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出重點(diǎn)和難點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，融入CDIO工程教育模式，以學(xué)生動(dòng)手為主、教師輔導(dǎo)為輔的方式進(jìn)行。

六、CDIO模式的教學(xué)手段

1.利用多媒體技術(shù)，使傳統(tǒng)板書(shū)與現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合。模擬電子技術(shù)課程具有理論性強(qiáng)、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多、電路圖示多、實(shí)踐性強(qiáng)、分析和設(shè)計(jì)手段新等特點(diǎn)。課程組教師自己動(dòng)手制作電子教案，充分利用多媒體技術(shù)手段進(jìn)行課程教學(xué)，課堂教學(xué)內(nèi)容形象、直觀、生動(dòng)、活潑，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了課堂效率。在課堂教學(xué)中傳統(tǒng)板書(shū)和現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容采取不同的教學(xué)手段。

2.利用仿真技術(shù)，使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。受實(shí)驗(yàn)設(shè)備、器材的限制，實(shí)踐教學(xué)無(wú)法在課堂上正常進(jìn)行，造成理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相脫節(jié)。Multisim10是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，是能夠代替電子實(shí)驗(yàn)室中多種傳統(tǒng)儀器的虛擬電子實(shí)驗(yàn)室。任課教師可以在課堂上一邊講解理論內(nèi)容，一邊通過(guò)Multisim10軟件仿真向?qū)W生仿真電路功能，既加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，又解決了實(shí)驗(yàn)條件不足的困難。利用仿真軟件構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有利于學(xué)生掌握模擬電子技術(shù)電路設(shè)計(jì)和分析的方法技術(shù)，是培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和實(shí)踐能力的重要手段。

3.利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使課內(nèi)教學(xué)與課外輔導(dǎo)相結(jié)合。在信息化、網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)的背景下，課程組教師采取研制開(kāi)發(fā)和引進(jìn)相結(jié)合的辦法，建立基于校園網(wǎng)的模擬電子技術(shù)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，內(nèi)容包括課程信息、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、電子教案、例題精解、練習(xí)思考、測(cè)試園地、教學(xué)討論區(qū)、資料下載等豐富完整的教學(xué)資源。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)為課程組教師組織網(wǎng)上教學(xué)和討論、課外輔導(dǎo)和答疑提供了快速、便捷的手段，為開(kāi)展教學(xué)研究、課程改革提供了平臺(tái)。在CDIO工程教育模式框架內(nèi)進(jìn)行模擬電子技術(shù)課程教學(xué)，課程組教師要力圖做到將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)與課堂教學(xué)有機(jī)結(jié)合，使課內(nèi)教學(xué)與課外輔導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，相互補(bǔ)充。

七、CDIO模式的實(shí)施過(guò)程

CDIO工程教育模式將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，有效解決了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相脫節(jié)的問(wèn)題，使學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，體現(xiàn)了教學(xué)中學(xué)生的主體作用，有利于學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，激發(fā)求知欲望，提高學(xué)習(xí)效率。教學(xué)過(guò)程為：項(xiàng)目要求—實(shí)物演示—分析任務(wù)—任務(wù)設(shè)計(jì)—任務(wù)實(shí)施—發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—完成項(xiàng)目/理論分析—評(píng)估總結(jié)。

實(shí)踐證明，在模擬電子技術(shù)課程教學(xué)中采用的CDIO工程教育模式極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效率。CDIO工程教育模式有利于培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人專業(yè)能力和素質(zhì)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)精神和溝通能力，為學(xué)生今后開(kāi)展工作打下良好基礎(chǔ)，將成為培養(yǎng)卓越工程師人才的有效途徑。