基于CDIO工程教育理念的電子信息類專業基礎課程群改革

岳 姝

(唐山學院 智能與信息工程學院，河北 唐山063000)

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基于CDIO工程教育理念的電子信息類專業基礎課程群改革

岳 姝

(唐山學院 智能與信息工程學院，河北 唐山063000)

為加強對學生的工程能力培養，借鑒CDIO工程教育理念，以電子信息類基礎課程群為改革對象，構建課程群一體化教學大綱和項目實例庫，將基于實例的教學方法和多層次的實驗應用于教學實踐，力求使學生的理論知識和工程實踐能力獲得平衡發展。實踐表明，基于CDIO工程教育理念的專業基礎課教學模式，有利于調動學生的學習熱情，有效改善教學環境，提升學生的工程創新意識和工程應用能力。

CDIO模式；電子信息專業；課程群改革

0 引言

隨著大數據、云計算等新技術的出現，我國社會已進入到信息化深入發展階段，國家“十三五”規劃剛要提出建設創新型社會，將創新作為國家發展的第一動力。在此大背景下，社會對信息類工程人才提出了新的要求：不僅要具備對所學知識的理解和應用能力，還應該具備專業的系統性能力和創新精神[1]。為適應這種變化，傳統的工程教育教學模式應該作出相應改革，學生的工程綜合能力和創新精神需要進一步提升，以滿足社會發展對信息技術人才的需求。

“電路原理”“模擬電子技術”“數字電子技術”是電子信息類專業基礎課，作為入門課程，在電子信息類專業課程體系中占有重要地位。學生從專業基礎課程開始接觸工程教育理念，課程的工程教育質量和理念直接決定學生在專業學習的開始階段就接受良好的工程訓練，以順利進入后續課程的學習和實踐。因此，工程能力培養和創新教育應該從專業基礎課開始。為此，筆者以電子信息類專業基礎課程群為改革對象，引入國際工程教育模式CDIO，借鑒其先進的工程教育理念，彌補傳統課程工程能力教學的不足，以提升專業基礎課教學水平。

CDIO是由CDIO工程教育國際合作組織于2004年創立的工程教育模式，CDIO即構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)。構思是指確定產品需求、技術和開發理念；設計是指創建系統實施的方法和算法；實現是指完成從設計到產品的轉變過程；運作則是指系統的維護、改造等。CDIO將工程師的產品創新過程作為教育的背景環境，一體化統籌制定專業教學要求和課程體系，采用基于項目、案例的教學方法，協調學生的理論知識、工程實踐能力和人際交往能力間的平衡，將工程教育置于一個基于經驗學習的連續的過程之中，較好地解決工程教育中理論知識與實踐能力之間的平衡問題[2]，其模式符合創新型社會對人才培養的要求，是培養創新型工程人才的有效途徑和較好選擇。

1 電子信息類基礎課程群改革的具體做法

借鑒CDIO工程教育理念，以理論知識與工程能力并重為原則，以強化培養工程實踐能力和工程創新能力為目標，重構電子信息類基礎課程群一體化教學大綱，采用基于實例的教學方法，開展多層次的項目式實踐活動，著力培養學生的工程實踐能力和創新能力，設置多元的課程考核方式，從多角度對學生的知識、能力做出評價，以期學生的理論知識、工程能力和個人素質得到提升和協調發展。

1.1 構建一體化課程群教學大綱

一體化課程群教學大綱包含兩方面內容：課程知識結構的一體化、知識與能力的一體化。知識結構的一體化就是統籌制定在課程群層面的教學大綱，以專業培養目標為導向。筆者在研究國內外相關課程教學內容的基礎上，從課程群一體化的角度出發，對三門課程內容進行優化整合，各門課程大綱的改變體現在以下方面。

1.1.1 “電路原理”課程大綱

①刪除了線性電路的頻域分析、動態電路的沖激響應等與信號系統課程重疊的內容；②改變了以能量處理電路分析為主的現狀，提高了信號處理功能電路在課程中的比重，兼顧電路能量處理與信號處理兩方面的功能；③引入了模擬信號與數字信號的概念，拓展電路分析范圍；④從電路分析的角度引入MOSFET元件，將MOSFET反相器以晶體管應用的形式提出，建立門電路的概念，將電路原理與模擬器件、數字器件同時討論；⑤強化了非線性電路分析的要求，明確了對非線性電路的分段線性化、小信號分析法的要求；⑥引入電路分析和設計仿真工具。

“電路原理”課程大綱的制訂原則是要更好地發揮基礎課的功能作用。一個主要的改革點是將晶體管和門電路引入課程，因為實際應用電路中，多端元件和集成電路已經成為電路的主要構成器件，而“電路原理”以電阻、電容、電感三大基本元件為討論對象，已經嚴重脫離工程實際，晶體管和門電路的引入，將模擬、數字單元電路與電路理論結合起來，既有利于學生建立現代電路的概念，使理論緊密結合工程實際，又為后續課程的學習奠定基礎，發揮了“電路原理”先導課程的基礎功能作用，同時為“電路原理”課程的受控源模型提供了工程實例。

1.1.2 “模擬電子技術”課程大綱

①總體上相對削弱了對電子技術基礎理論的要求，加強了電路實際應用能力的要求，特別是集成電路應用能力的要求；②由于在后續課程設置上，有些專業方向不開設感測技術課程，為此，將以運算放大器構成的測量放大器、隔離放大器、溫度測量電路作為基本測量電路引入到“模擬電子技術”課程中；③引入采樣保持電路和簡化的模-數轉換電路，為數字電路的學習打下基礎；④增強了對電路頻率特性的分析要求；⑤增加了簡單電路故障診斷與排除的內容；⑥增加了電路的仿真分析與設計能力的要求。

“模擬電子技術”課程大綱的制訂以結合工程實際、提高學生的應用和設計能力為原則，主要增強了對集成電路應用、簡單電路故障診斷排除和仿真設計能力的要求。因為在實際應用中，運算放大器、有源濾波器是模擬電路的主角，所以，集成電路的應用應該成為“模擬電子技術”課程的重要內容，電路故障分析和排除也應該是需要學生了解的內容，而提高設計能力則必須要掌握仿真軟件。此外，將采樣保持電路和簡化的模-數轉換電路在“數字電子技術”課程提前講授，目的在于使學生提前了解模擬與數字信號的轉換關系，為后續課程學習奠定基礎。

1.1.3 “數字電子技術”課程大綱

①壓縮了在先導課程中已經建立的概念和出現過的器件內容；②總體上加強了電路設計能力的要求；③將課內實驗內容以電路分析為主改變為以電路設計為主；④增加了數字電路的仿真分析與設計能力的要求。

由于在先導課程中已經建立了數字信號、門電路等基本概念，因此學生可以快速進入數字電路的學習。在“數字電子技術”課程大綱制訂中，“數字電子技術”作為課程群終端課程，主要的出發點是提高學生的綜合設計能力。

上述大綱的制定都特別增加了對學生能力培養的要求。在各門課程大綱的每個章節都規定了學生運用原理或方法對問題的求解所應該達到的具體能力；在實驗大綱中則提出了對具體電量、參數等的測量和對實驗結果的分析、解釋所應達到能力的要求。

1.2 建立課程實驗項目庫

通過篩選與課程知識點相匹配的工程項目，建立多層次的實驗項目庫，將項目與理論知識相融合，分布在課程群教學的各個階段。項目分為三類：課內外實驗項目、課程綜合項目和課程群綜合項目。

1.2.1 課內外實驗項目

課內實驗要改變以驗證性試驗為主的現狀，增加設計性實驗的內容。為彌補課內實驗的不足，增加課外實驗項目。課外實驗是單一內容的實驗項目，屬于學生自主性實驗，老師只起引導作用，課外實驗形式靈活多樣，學生可以重復進行實驗，便于學生鍛煉動手能力、進行主動學習和探索式學習，實現在“做中學”的CDIO工程教育理念。

1.2.2 課程綜合項目

它是在一門課程結束后進行的綜合實踐活動，目的是對課程多個知識點的綜合和總結，以鍛煉學生的學科綜合能力。綜合項目也可以拆分成多個實踐項目，分布在課程學習過程中進行，課程結束后綜合成一個完整的項目。

1.2.3 課程群綜合項目

它是一個小型的“設計-實現”項目，目的是綜合多門課程知識，通過這個小型工程項目將多門課程知識聯系起來，鍛煉學生“構思、設計、實現和運作”的系統思維能力。

1.3 構建基于工程實例的課堂教學模式

在課堂教學中，采用實例教學法，將工程實例作為單元內容的引導或問題提出，在單元內容結束后，運用單元所學原理或方法對實例中提出的問題進行描述和抽象，以及定性和定量分析，最后解決該問題。在課堂教學中，通過實例將工程問題與相關理論知識聯系起來，使學生了解所學理論可以解決什么樣的問題和如何解決問題，強化其工程意識和能力。為鼓勵和激發學生的學習熱情，在課堂教學中，教師會提出不同層次的教學要求，學生可以根據自己的基礎和能力選擇適宜的層次，使每位學生都有明確的學習目標。

1.4 課程考核

考核包含理論知識考核與實踐能力考核。理論知識考核除了期末考試外，增加學習過程考核。在課程進行的不同階段設置小型階段測驗，測驗的目的是對該階段知識學習的總結、回顧和對學生學習的督促。過程考核有助于學生及早進入學習狀態，有效促進其學習，也有利于師生雙方及時發現并糾正教學中的問題。課程理論知識的最終成績應該是過程考核成績與期末成績的綜合。

實踐環節的考核包括課內實驗考核與綜合實踐項目的考核。課內實驗考核主要考核學生實際操作能力及對數據的處理和分析能力；綜合實踐項目的考核主要考核“構思-設計-實現”的能力，包括設計方案的制定、方案的仿真和實現，該環節反映學生系統思維能力、工程設計能力和綜合實踐能力，需要劃分項目或實驗的難度層次，依據層次、設計水平和實驗結果給出比較客觀的、體現學生能力的考核結果。實踐考核也需要注重過程考核，可將項目分解為多個階段：問題描述、模型抽象、定性和定量分析、解決方案、實驗和實現的結果等，并分別給出評定，以突出工程能力考核的理念。

2 基于CDIO理念的課程教學相對于傳統課程教學的比較優勢

2.1 一體化整合優化課程內容

課程群是學科課程體系的模塊劃分，不同課程的知識具有明確的聯系和相互支撐作用，但在傳統課程體系下，多注重課程自身的完備性和各自的教學要求，導致單門課程內容相對封閉，課程間內容聯系松散、重疊、銜接不暢。在CDIO教學模式下，通過一體化課程群大綱整合課程內容，消除了課程間的壁壘和知識的簡單重復，補充缺失的知識點，理順前后課程知識間的關系，使先修與后續課程過渡順暢，課程內容逐次遞進、融合貫通。

2.2 實例化課堂教學使理論與工程應用結合

在傳統課程體系下，基礎課多注重理論性，與實踐的結合較松散，不利于學生工程能力的培養。CDIO教學模式下的實例化課堂教學，能將模塊知識點與簡化的工程實例進行匹配，每個實例應用的知識點不多，但都來源于工程或生活實際，并緊扣理論知識主題，通過實例教學使學生了解理論知識的實際工程意義。

2.3 在多層次的實踐教學中使學生獲得工程實踐能力

在傳統模式下，課程實驗的形式單一，內容以驗證性為主，導致學生的工程能力不足[3]。在CDIO教學模式下，通過多層次的項目式實踐教學活動，為學生創造更多的參與實踐鍛煉的機會和條件，通過實踐使學生置身于客觀環境中，從而獲得實踐的經驗，進而深層理解理論知識，理解理論與實踐的聯系和局限[4]，最終獲得工程能力和工程創新的靈感。

2.4 多角度評價學生能力

學生能力的評價結果是反映教學效果的重要指標，在傳統教學模式下，學生能力的評價方式單一。在CDIO教學模式下，針對課程的不同環節設計不同的考核方式，可以對預期的學習效果進行比較全面的評定。

2.5 促進學生多種能力平衡發展

工程師的工程創新過程需在一定的環境中進行，技術的口頭交流與工作的團隊協作是工程師工作的重要組成部分。在CDIO工程教育理念中，將個人能力和人際交往能力統稱為通用能力，而這種通用能力與系統的“設計-實現”能力是相互支撐的關系[5]，因此，在以小組為單位的實踐活動中，同學間的討論、思想的碰撞可能產生創新的靈感和火花，同時，學生對工程的熱愛、同學間的溝通能力和團隊精神也會得到鍛煉和培養。在CDIO模式下，將個人能力、人際交往能力和學科知識進行有機融合，可以使學生在項目實踐過程中獲得雙重效果[4]。

3 結語

引進先進的CDIO工程教育理念，重構電子信息類專業基礎課程群教學模式，著力加強學生的工程實踐能力培養，可以改變傳統教學的工程和創新能力培養不足的現狀，改善學生的知識結構，提高工程教學質量，使學生的知識、能力和素質達到平衡發展。

電子信息類專業基礎課程群的改革還需要在實踐中不斷改進與完善，要培養滿足時代要求、具有創新精神和工程能力的信息類工程人才，還需要進一步加強教學的軟硬件建設，尤其需要提升教師本身的工程能力和創新意識，這也將是今后電子信息類基礎課改革的重點。

[1] 張璐，趙永久，丁嵐，等.電子信息類專業新型人才培養體系改革的研究與實踐[J].科教文匯，2014(10A)：70-72.

[2] 厲威成.CDIO模式的教育理念及其實踐研究[D].成都：四川師范大學，2012.

[3] 張煥龍，趙雪華，舒云星.工程案例教學法在“模擬電子技術”課程中的應用[J].中國電力教育，2009(12下)：108-110.

[4] 張志美，程立英，齊維毅.電子信息類專業基礎課教學改革的探究[J].沈陽師范大學學報，2013，31(4)：552-555.

[5] Edward F. Crawley， Johan Malmqvist. Rethinking engineering education： the CDIO approach[M].顧佩華，沈民奮，路小華，譯.北京：高等教育出版社，2009.

(責任編校：夏玉玲)

On the Reform of Major Basic Course Group for Electronic Information Based on CDIO

YUE Shu

(College of Intelligence and Information Engineering， Tangshan University， Tangshan 063000，Chain)

Based on CDIO， the author of this paper has constructed an integrated curriculum syllabus for the course group of electronic information and a project library and applied case-based teaching methods and multi-level experiments in teaching practice， so as to strengthen the students’ theoretical knowledge and engineering competence. The results show that this CDIO-based teaching approach helps to arouse the students’ enthusiasm， improve the teaching environment， and enhance the students’ engineering innovation consciousness and engineering competence.Key Words： CDIO； electronic information； course group reform

岳姝(1958-)，女，河北赤城人，副教授，主要從事電路理論和圖像處理研究。

G642.0

A

1672-349X(2016)05-0090-04

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2016.06.022