基于CDIO的電類基礎(chǔ)課程群實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建與實(shí)施

盛孟剛 陳洋卓 湯紅忠

摘要：電類基礎(chǔ)課程群實(shí)踐教學(xué)是電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)，基礎(chǔ)性和知識(shí)的邏輯性強(qiáng)，具有廣闊的工程背景。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力，引入CDIO教育理念，對(duì)該課程群實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行改革與探索，通過(guò)課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)施，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品與專業(yè)課程之間的有機(jī)聯(lián)系，使得學(xué)生得到了CDIO所要求的四大能力的初步訓(xùn)練，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：CDIO；課程群；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)體系

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）06-0193-02

一、引言

電類基礎(chǔ)實(shí)踐課程技能的掌握程度直接決定了電類專業(yè)畢業(yè)生作為電子設(shè)計(jì)人員在技術(shù)上能達(dá)到的高度。CDIO教育模式將理論落到實(shí)處，各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都圍繞“項(xiàng)目設(shè)計(jì)”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生作為主體參與整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程，能夠有效激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和研究能力具有重要的意義。

二、CDIO工程教育模式下電類基礎(chǔ)實(shí)踐課程改革的必要性

我國(guó)高校電子信息與電氣工程類專業(yè)培養(yǎng)方案中一般都設(shè)有電路和電子技術(shù)及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，其中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要進(jìn)行的是課程原理的分析與驗(yàn)證，大多為單一知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用。大多數(shù)同學(xué)修完相應(yīng)學(xué)分后還是不了解行業(yè)背景、實(shí)際電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，以及對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)的影響。基于CDIO工程教育理念從低年級(jí)入手讓學(xué)生初步了解完成一件產(chǎn)品，從需求分析、經(jīng)濟(jì)決策、設(shè)計(jì)構(gòu)思、制作調(diào)試等方面感受產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程，為后續(xù)工程實(shí)踐打下基礎(chǔ)，通過(guò)分階段的工程教育使學(xué)生主動(dòng)綜合所學(xué)知識(shí)，分析和探究遇到的工程問(wèn)題，培養(yǎng)初步的工程意識(shí)。

三、基于CDIO的電類基礎(chǔ)實(shí)踐課程目標(biāo)

現(xiàn)代工程教育理論表明，工程師必須具備廣泛的個(gè)人能力、人際溝通能力以及產(chǎn)品、過(guò)程及系統(tǒng)的構(gòu)建能力，這些能力保證學(xué)生在實(shí)際社會(huì)和企業(yè)背景環(huán)境下的團(tuán)隊(duì)工作中發(fā)揮重要作用。由此，根據(jù)社會(huì)和企業(yè)對(duì)人才的需求，結(jié)合CDIO能力大綱，我校在低年級(jí)電類基礎(chǔ)課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)針對(duì)學(xué)生工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際溝通能力和工程系統(tǒng)構(gòu)建能力四個(gè)層面，綜合培養(yǎng)達(dá)成學(xué)生預(yù)定能力目標(biāo)。

課程建設(shè)目標(biāo)從三個(gè)方面考慮，首先是讓學(xué)生了解工程實(shí)踐的背景環(huán)境，如經(jīng)濟(jì)、歷史、環(huán)境、顧客和社會(huì)的需求等，了解現(xiàn)代企業(yè)期待的工科畢業(yè)生的個(gè)人能力，認(rèn)識(shí)社會(huì)和企業(yè)的需求和問(wèn)題，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)。其次通過(guò)產(chǎn)品需求分析、經(jīng)濟(jì)決策、設(shè)計(jì)制作及調(diào)試等實(shí)踐環(huán)節(jié)，初步構(gòu)建電子系統(tǒng)的基本框架，基于探究和解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)方式提取產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和工程能力的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。最后通過(guò)工程實(shí)踐體會(huì)工程師在工作中最重要的能力：搜集和分析信息，在團(tuán)隊(duì)中有效地工作，進(jìn)行有效溝通，自主學(xué)習(xí)等。

四、電類基礎(chǔ)課實(shí)踐課程體系建設(shè)

根據(jù)CDIO教學(xué)大綱建立層次性電類基礎(chǔ)課程群實(shí)踐教學(xué)體系，如基本操作技能訓(xùn)練層、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)層、模塊設(shè)計(jì)與綜合應(yīng)用層、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新實(shí)踐層等，即含有電子產(chǎn)品基本技能訓(xùn)練、基本原理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)品的構(gòu)思、設(shè)計(jì)及制作等，形成基本技能訓(xùn)練→實(shí)踐應(yīng)用→創(chuàng)新研究的三階段實(shí)踐教學(xué)體系，并細(xì)分為階梯狀的4個(gè)不同層次實(shí)踐教學(xué)模塊，構(gòu)建如圖1所示的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，這些教學(xué)活動(dòng)分別在課程群中各實(shí)踐環(huán)節(jié)中落實(shí)，使學(xué)生掌握學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)個(gè)人能力、人際協(xié)調(diào)能力、產(chǎn)品及系統(tǒng)構(gòu)建能力的基本訓(xùn)練。其中，第一層次掌握正確使用各類電子儀器儀表、基本測(cè)量和研究方法、工程中常用的電氣控制設(shè)備和裝置的使用等，激發(fā)學(xué)生的實(shí)踐興趣并使其意識(shí)到實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要性；第二層次是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)層，即驗(yàn)證專業(yè)基礎(chǔ)理論的實(shí)驗(yàn)，從理論到實(shí)踐，掌握實(shí)踐操作和仿真分析的初步技能；第三層次是學(xué)生從基礎(chǔ)到綜合的一個(gè)過(guò)渡階段，通過(guò)某些簡(jiǎn)單功能系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法；第四層次是系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)，主要是通過(guò)前三個(gè)階段的訓(xùn)練，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的綜合和系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力，在實(shí)踐層面上，初步形成工程推理與問(wèn)題解決技能、實(shí)驗(yàn)與知識(shí)發(fā)現(xiàn)技能、系統(tǒng)思維能力等。

五、CDIO工程教育模式與電類基礎(chǔ)課實(shí)踐環(huán)節(jié)的具體結(jié)合

本次研究以電工電子工藝實(shí)習(xí)“收音機(jī)的安裝與調(diào)試”項(xiàng)目為例，具體介紹電類基礎(chǔ)課實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的CDIO工程教育模式。（1）構(gòu)思階段。學(xué)生分組通過(guò)搜集和分析資料提出問(wèn)題，如收音機(jī)是什么？收音機(jī)的使用需求有哪些？收聽(tīng)廣播電臺(tái)需要什么條件？收音機(jī)的工作原理是什么？電路的設(shè)計(jì)需求有哪些？有哪些方法能實(shí)現(xiàn)收音機(jī)功能等。通過(guò)各種渠道了解該項(xiàng)目的理論基礎(chǔ)，然后每個(gè)小組學(xué)生將搜集掌握的知識(shí)匯總整理，討論交流，提出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及解決方案，分析實(shí)驗(yàn)中的種種關(guān)鍵因素。（2）設(shè)計(jì)階段。學(xué)生根據(jù)已掌握的理論知識(shí)，確定采用哪種方法實(shí)現(xiàn)收音機(jī)功能；電路各功能模塊的設(shè)計(jì)；成本核算，培養(yǎng)學(xué)生將技術(shù)與成本、經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的能力；確定測(cè)試的方案等，根據(jù)設(shè)計(jì)方案分模塊進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。（3）實(shí)施階段。根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇合適的電子元器件，制作PCB電路板，實(shí)現(xiàn)硬件電路的搭建以及電路的調(diào)試。首先學(xué)生要查閱相關(guān)的電子器件資料，熟悉常用電子器件的類別、型號(hào)、規(guī)格、性能及其使用范圍，掌握識(shí)別和測(cè)試元器件的能力；其次要掌握基本的焊接技術(shù)，熟悉電子產(chǎn)品的裝配流程；最后要掌握查找和排除電子電路故障的方法，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各小組成員積極配合完成任務(wù)，遇到問(wèn)題時(shí)先從原理上分析原因，培養(yǎng)理論與實(shí)際相結(jié)合的能力；分析并討論解決辦法，重新構(gòu)思設(shè)計(jì)等。這種模式培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作與交流，以及分析解決問(wèn)題的能力。（4）運(yùn)行階段。對(duì)前三個(gè)階段做出的電路，對(duì)比市場(chǎng)收音機(jī)的功能，進(jìn)行優(yōu)化，重新審視設(shè)計(jì)過(guò)程中各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析問(wèn)題出處及原因，嘗試解決問(wèn)題。作品完成后每個(gè)小組制作PPT講解整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路及產(chǎn)品制作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案，由小組自評(píng)、互評(píng)和老師綜合評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)成績(jī)。這種方式有利于學(xué)生理論知識(shí)的互補(bǔ)，也利于提高學(xué)生的溝通能力。此外，通過(guò)各小組學(xué)生對(duì)收音機(jī)制作與調(diào)試的親身體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)將理論知識(shí)進(jìn)行拓展，找出生活和工作中的相關(guān)實(shí)例，進(jìn)一步加深對(duì)電類基礎(chǔ)理論的理解，有利于知識(shí)的鞏固。整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程按照構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的步驟，以項(xiàng)目為指導(dǎo)，學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)的工程教育新模式，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，遇到問(wèn)題積極尋找分析和解決方案，團(tuán)隊(duì)協(xié)作，勇于質(zhì)疑與創(chuàng)新，達(dá)到了工程教育的教學(xué)效果。

六、結(jié)束語(yǔ)

總之，通過(guò)以上實(shí)踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生基本克服了電類專業(yè)大學(xué)生早期專業(yè)學(xué)習(xí)中常有的一些缺點(diǎn)，初步培養(yǎng)和提高了個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)交流及創(chuàng)新思維的能力，達(dá)到了預(yù)期要求。由于電類基礎(chǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)在整個(gè)電類CDIO教學(xué)環(huán)節(jié)中起著承前啟后的作用，因此我們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中要不斷完善訓(xùn)練模式，使學(xué)生不斷得到構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行的訓(xùn)練機(jī)會(huì)。同時(shí)，我們注意到此時(shí)學(xué)生尚未掌握太多的專業(yè)知識(shí)，因此在實(shí)踐過(guò)程中主要側(cè)重考查學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、構(gòu)思與設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通交流能力以及創(chuàng)新思維能力等，使學(xué)生了解產(chǎn)品的制作過(guò)程，加深感性認(rèn)識(shí)，從而有目的、有系統(tǒng)地規(guī)劃未來(lái)的專業(yè)學(xué)習(xí)。

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