基于CDIO模式的電子信息工程專業綜合訓練改革探索

何穎, 張星陽

(1.西安思源學院 電子信息工程學院，西安 710038，2.陜西高速交通工貿有限公司，西安 710003)

0 引言

“三電”基礎課程是電子信息工程專業重要的基礎課程模塊，包括“電路分析基礎”、“模擬電子技術”及“數字電子技術”三門課程?；A課程及核心課程內容理論性、邏輯性很強。傳統課程教學相對淡化工程實踐能力培養，理論課多，實驗課少，并未解決好知識轉化為能力的問題，知識學習與工程實踐并未形成有機整體。實驗設置環節中驗證性實驗偏多，設計性、綜合性及創新性實驗偏少，學生缺乏主動實踐的興趣，缺少對項目構思(C)、設計(D)、實現(T)、運作(O)訓練各環節，致使學習者的工程素質和技術應用能力得不到應有的提高。

CDIO工程教育模式是建立在真實世界的產品和系統的構思、設計、實現及運行過程各環境基礎上的工程教育，不僅包括專業技術知識，還包括在社會和企業環境下，對產品、生產流程、工程系統進行構思、設計、實施、運行的能力，注重合作溝通等社會能力，解決問題、企業創新、系統思維等綜合能力以及終身學習的自我提升能力。同時以產業需求為導向，教學內容和方法與產業發展同步，理論與實踐相結合，并且具有完整的能力評價體系[1]。將CDIO工程教育模式應用到“三電”基礎課程群當中，理論與實踐相結合，三門課程提取出相應的模塊，使三門課程的知識貫穿起來，形成有機的整體。以三門基礎課做基石，專業課為核心，大學生設計競賽為引導，構建學生的積極性和創新性，培養學生自學解決問題及團隊合作能力。這種工程教育模式對于創新性人才培養具有緊迫的現實意義。

1 CDIO模式下創新實踐課程體系建設

1.1 CDIO模式下“三電”基礎課程群體系建設，注重知識體系的融合

深入開展CDIO教學模式研究，結合工程人才培養的特點，對三門課程補充新的知識理論，使教學內容緊跟科技的發展。注重培養學生系統工程能力，尤其是項目的構思、設計、開發和實施能力，以及較強的自學能力、組織溝通能力[2]?；贑DIO工程教育理念針對電子信息工程專業的“三電”基礎課程結構進行研究與分析，按內容的關聯性融合為若干獨立的教學模塊。CDIO模式下“三電”基礎課程群體系如圖1所示。

圖1 CDIO模式下“三電”基礎課程群體系

1.2 體現創新人才培養的教學方法及過程考核方式

依據CDIO工程教育理念指導教學設計，將Matlab、Multisim等仿真軟件研究引入課堂；教學中注重案例教學并采取專題討論，引入項目探究式學習，采取CDIO工程模式下知識+能力+素質的綜合過程考核模式[3,4]。

1.3 構建 CDIO創新實踐課程體系，打造CDIO工程實踐環境

融入CDIO工程教育模式的理念，以單門課程實驗為基礎，課程群系統綜合實驗為基石，課外科技活動競賽以及教師科研項目轉化為創新，形成CDIO工程教育的實踐教學體系。對于學生綜合訓練項目，分為3個級別，由易到難，結合大學生設計競賽和教師科研轉化項目，提出更新穎的創新訓練項目。通過創新實踐訓練評價、質量評估以及畢業生反饋結果及時調整人才培養方案，以達到最優的創新人才培養體系[5,6]。CDIO創新實踐課程體系如圖2所示。

圖2 CDIO創新實踐課程體系

2 基于CDIO模式的中小型糧庫智能溫濕度控制項目教學實踐

2.1 項目簡介

目前由于我國糧庫存糧技術不是很發達，很多地方糧庫還是采用人工測量溫、濕度的方法來存儲糧食，這種方法不僅使工作量大，而且效率還很低。所以對于糧庫溫濕度的檢測應及早完成，防止糧食的大面積變質。

2.2 設計方案

學生按5-6 個人組成一個團隊，明確設計要求的功能，從準備技術器件資料到硬件電路設計制作及軟件設計，調試、產品制作及測試項目流程實現工程項目[7]。

2.3 項目實施

這個系統主要的功能是通過DHT11溫濕度傳感器實時的檢測糧庫中的溫濕度，并將采集到的溫濕度信息通過串行總線發送給單片機，單片機通過液晶顯示電路顯示溫濕度。傳感器內部可以對溫濕度進行上限值和下限值的設定，程序主要將設定的溫濕度讀出與之對比，如果等于上限設定溫濕度或下限溫室度設定值，這時報警電路就會產生高溫或低溫報警。繼電器就會驅動電機風扇轉動，從而降低糧庫內溫濕度[8]。

(1)溫度檢測模塊

溫度的檢測主要采用的傳感器是DHT11溫濕度傳感器，它有3個電源引腳，接地引腳，還有數據引腳，數據引腳和單片機的P2.1引腳連接，電源引腳外接上拉電阻并且接電源正極。

(2)風扇模塊

風扇主要作用是當室內溫度過高時通過它可以降低室內溫度，它的控制主要是通過繼電器來控制，但是驅動風扇還是用電機來使風扇轉動。它主要和單片機的P3.3引腳連接，通過一個三極管放大電流來驅動并且連接LED燈，通過燈的亮滅來表示繼電器是否正常工作。

(3)按鍵模塊

按鍵主要是來設置溫濕度傳感器溫度上限報警，和下限報警，通過P3的2、4、5、6四個引腳分別接四個按鈕，分別是確定鍵、增減鍵等。通過輸入低電平，當單片機檢測到以后進行相應的設置。

(4)報警模塊

報警模塊主要通過蜂鳴器來實現。它和P1.7引腳連接利用三極管放大電流的特點驅動蜂鳴器，單片機的P2.3、P2.4、P2.5、P2.6四個引腳分別和LED燈連接，當溫度過高時，LED燈閃爍并且蜂鳴器報警。

2.4 項目評價

這種以基于CDIO模式項目式的綜合訓練使理論與實際相結合，使學生學會分析和解決實際問題的方法。另外，還將教師從事的研究領域相關的科研項目介紹給學生，拓展學生的知識面。從實際效果來看，有些學生對實際工程案例和科研工作很感興趣，主動申請研究領域方向的本科創新項目和發表學術論文。評價標準包括項目報告書(20 %)、答辯(30 %)、演示(40 %)和考勤(10 %)四部分，通過評價標準給出每個學生的最終成績。

3 總結

從學校實際出發，依據CDIO的培養大綱制定出適應電子信息工程專業的CDIO創新實踐課程體系，從培養方案-課程體系-教學方法及考核方式-實踐環節-教師能力-質量監控及反饋體制等進行完整的創新人才培養體系——CDIO系統工程。大一新生除了通識課外，對學生增設一些專業課的訓練，包括實驗室基本儀器的使用，專業課導論的學習，以及工程導論的知識滲透，并且讓學生了解電子競賽的相關知識資料搜集。到了大二，學生在學習專業課的同時就可以自己設計小的項目，這其中會遇到一些問題，有興趣的學生可以加入到CDIO創新實踐團隊，包括老師和其他學長都可以對他們進行幫助和引導，從而完成對項目的制作。

此次教學改革，主要針對電子信息工程專業的實踐教學環節，以工程項目的方式對學生進行綜合素質的培養，學生對電子信息工程專業產生了極大的興趣，學生愿意在實驗室進行學習，并自覺形成團隊進行項目制作，CDIO創新實踐團隊為學生提供了良好的實踐平臺，為各種大學生設計競賽做了充足的訓練和鋪墊。結合各種設計競賽題目和教師科研轉化項目，積極培養了學生的自主學習知識建構能力及行動力表現，同時教師也不斷提高工程知識和CDIO能力的雙重效果。